新型低烟无卤阻燃电缆料的研究

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(TG)和微分热分析(DTG)图。由图中可以看出纯 LDPE的热失重温度为470℃左右,在600℃质量保 留率只能达到0.38%。阻燃LDPE电缆料的TG图 中有一个较大的失重台阶,其对应的是酚醛、聚乙烯 和红磷三者重叠的失重的台阶,一个不明显的失重 的台阶叮能是Mg(OH),的失水和酚醛树脂中小分 子挥发而造成的。且在温度大于450 oC时复合材料 的热分解速率比纯LDPE的热分解速率明显降低。 阻燃的复合材料在温度600 oC时质量保留率为 45%左右。很高的质量保留率可能是由于MRP吸 收Mg(OH):分解释放的大量水分并受热生成的磷 酸、偏磷酸、聚偏磷酸等这些有氧酸促使高含碳的 PF.T和LDPE脱水炭化造成的,这是使其成炭率提 高原因之一。另一个原因是由于Mg(OH):分解成 MgO造成的。这也进一步解释了试样有很好的阻 燃性能原冈是:(1)PF.T有较高的含炭最,磷的含氧 酸覆盖于高含炭量的高聚物表面,可使其表面加速 脱水炭化,形成了很厚的液膜炭层,将氧与可燃性挥 发物、热与内部的高聚物基质隔开,减弱或中断燃
将纳米Mg(OH):与一定量的硬脂酸和去离子 水加到三口烧瓶中,将装有反应物的三口烧瓶放入 一定温度的电热恒温水浴锅,开动增力搅拌器(转 速在700 r/min)并开始计时,等反应到一定时I'日J后 取出样品,并经抽滤、真空风干后待用。
按照配方称取原料,加入一定量的抗氧剂,在 130 oC的双辊开炼机上熔融混合10 min,然后在平 板硫化机上压制成1 mm和3 mm厚的薄片。 2.4性能测试
O引 言
聚烯烃类高分子材料是一种易燃材料,用其制 作的电线电缆,当周围环境发生火灾后,火焰会沿着 线缆迅速蔓延到整个线路,导致火焰的蔓延和扩大, 因此,应该选择含阻燃剂的阻燃电线电缆。卤系阻 燃剂以其添加量少、阻燃效果显著而得到广泛应用, 在阻燃聚烯烃领域中曾占有重要地位。但此类含卤 阻燃材料在燃烧时发烟量大,会产生大量腐蚀性气 体和有毒气体,给灭火、逃离和恢复工作带来很大困 难,并造成二次危害。
(2)活化的Mg(OH):表面已经包覆了一层有机物, 降低了表面能,因此不易团聚;(3)加入了热塑性酚 醛树脂,使体系的流动性增加,以及热塑性酚醛树脂 在无机粉体之间能充分均匀的填充。因此从在微观 上看,没有单个的无机粉体的颗粒或“小孔”,无机 粉体得到了更好地包覆。

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(LDPE)复配成低烟无卤阻燃电缆料。通过反复试验得出基料LDPE为100份(质量份),(PF·T)、MRP和纳
米Mg(OH)2的份数比为25:8:40时协同效果最佳,其氧指数达到36,水平燃烧通过FH-l,拉伸强度达13
MPa,断裂伸长率为370%。热失重结果表明,协效阻燃体系提高了该复合材料的质量保持率,失重速率明显
3研究的主要内容
3.1 阻燃电缆料的部分指标 将改性纳米Mg(OH),、PF—T和MRP按不同比
例与LDPE进行组合,通过多次试验,最终确定了一 个合理科学的复合材料最佳配方(质量比):改性纳 米Mg(OH):为40,MRP的用量为8,PF—T用量为 25,LDPE为100。其各项性能见表l。
表1 电缆料部分性能指标
热失重仪(Pyris 6 TGA型),美国Perkin Elmer 公司;双辊筒开放式塑炼机(SK,160B型),上海橡 胶机械厂;平板硫化机(QLB—D型),上海橡胶机械 厂;氧指数测定仪(HC-2CZ型),南京市方山分析仪 器设备厂;交流耐压试验机,上海蓝波电压技术设备 有限公司;2C-90型的高绝缘电阻测量仪,上海精密 科学技术有限公司;水平垂直燃烧试验仪(AG 5100 型),珠海安规测试有限公司;电热恒温水浴锅 (PKS.12删),上海经济区嘉兴市中新医疗仪器有限 公司;增力电动搅拌器(DJI C型),江苏大地自动化 仪器厂;真空风干燥箱(101.1型),上海市实验仪器 总厂;扫描电镜分析仪(FEI Sirion 200型),荷兰飞 利浦公司。 2.3样品及其试样的制备
降低;流变试验表明,添加了PF—T后复合材料的平衡扭矩明显降低;用电子扫描显微镜对复合材料的微观结
构分析发现,PF—T和LDPE相容性很好,没有界面产生,无机材料在基料中有很好的分散性。
关键词:低密度聚乙烯;改性纳米氢氧化镁;微胶囊化红磷;热塑性酚醛树脂;阻燃协效
中图分类号:TM215.1
文献标识码:A
氧指数测 阻燃复合材料的氧指数,试样尺寸为:110 mm×6.5
mm×3 mmo
水平燃烧测试。按照GB/T 2408--1996标准测 定阻燃复合材料的水平燃烧等级,试样尺寸为:125
mm×13.0 mm×3.0 mm。
力学性能测试。按照GB/T 1040一92《塑料拉 伸性能试验方法》标准测定阻燃复合材料的力学性 能,最大拉力为500 N,拉伸速度为20 mm/min,试样 基本尺寸100 mm×6 mm×1 mm。
因此,应选择低烟无卤阻燃电缆。经多年攻关 和努力,目前已研制了多种低烟无卤阻燃电缆并广
收稿日期:2009-06—10 作者简介:张新(1981一),男。助理工程师. 作者地址:江苏吴江市七都工业区[215234].
万方数据
泛应用于核电站、城市轨道、地铁、医院和高层建筑 等场所。
1 研发依据
根据本公司特种电缆项目部提出的开发计划, 结合国内外复合阻燃剂的应用情况,初步试验已经 取得了阶段性进展。笔者在材料试验室采用成炭性 好的热塑性酚醛树脂¨’21(PF—T)/微胶囊化红磷 (MRP)/改性纳米Mg(OH):与低密度聚乙烯 (LDPE)复配成新型低烟无卤阻燃LDPE电缆料。 研究了PF-T、MRP和改性纳米Mg(OH):对其阻燃 和力学性能的影响;通过PF—T、MRP和改性纳米Mg (OH):并用,大大降低氢氧化镁的用量,不仅使材 料阻燃和加工性能均得以改善,而且力学性能的降 低也很小。至于新型低烟无卤阻燃电缆料能否用于 工业生产还需进一步验证。
2010年第1期
NO.1 2010
电线电缆
Electric Wire&Cable
2010年2月 Feb.,2010
2试验情况
2.1主要试剂及原料 纳米Mg(OH):,(d50为86.9),大连亚科技太新
材料有限公司;微胶囊化红磷(MRP),北京蓝星精 细化I:有限公司;PF.T,IlI东莱芜润达化工有限公 司;硬脂酸,天津恒兴化学制造有限公司;去离子水, 自制;牌号为PE—F—18DOl2(7042)低密度聚乙烯,中 国石油大庆石化公司;抗氧剂1010,市售。 2.2主要试验仪器、设备
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图1 阻燃电缆料的TG和DTG a一阻燃电缆料b一纯LDPE
3.3 阻燃电缆料流变性能分析 图2为阻燃电缆料的流变特性(扭矩一时间的关
系曲线图)。由图中可以看出,纯LDPE的平衡扭矩 为4.6 N·m;添加PF-T阻燃电缆料的平衡扭矩在 7.8 N·m左右;没有添加PF—T的阻燃电缆料平衡 扭矩为12.3左右。由此可见添加PF-T平衡扭矩显 著降低。酚醛树脂本身具有很长的碳干主链,因此 与LDPE就有很好的相容性。阻燃电缆料的平衡扭 矩降低,有利于生产加工成型,也降低机械设备的磨 损,延长设备使用寿命,而且节约电能,降低成本。
热分解温度的测定。采用美国Perkin.Elmer公 司TGA Phyris 6型热重分析仪,测试条件为:氮气保
.30.
万方数据
护及水冷,起始温度为50℃,终止温度为700 oC,升 温速率为20 oC/rain。
采用FEI Sirion 200唰场发射扫描电子显微镜 对复合材料的断面形貌进行扫描电镜测试和分析。
文章编号:1672-6901(2010)Ol-0029-03
Study of a New Low Smoke Halogen-Free Flame Retardant Cable Compound ZHANG Xin
(Jiangsu Hengtong Wire Cable Co.,Ltd.,Wujiang 21 5234,China) Abstract:A new low smoke halogen—free flame retardant cable compound was prepared by compounding modified nano—magnesium hydroxide(Mg(OH)2),micro-encapsulated red phosphorus(MRP),thermoplastic phenol-formalde— hyde resin(PF—T)and low density polyethylene(LDPE).Repeated tests showed the best synergy was obtained by U· sing 100 pans(mass)LDPE and 25:8:40 pans ratio for PF—T:MRP:nano-Mg(OH)2 where LOI reaches 36,the horizontal flame test FH.1 is satisfied.the tensile strength reaches 13 MPa and the elongation at break is 370%. Mass loss test showed the synergized flame retardant system raised the remnant mass of the composite material and re- markably reduced the mass loss rate.The rheological test showed that the balancing torque of the composite material decreased remarkably by adding PF—T.The analysis of the microstmcture of the material by SEM indicated good com- patibility(no interface)between PF-T and LDPE and good dispersion of the inorganic components in the substrate. Key words:LDPE;modified nano—magnesitum hydroxide;micro-encapsulated red phosphorus;thermoplastic phe- nol—formaldehyde resin;flame retardant synergy