以氢化丁腈橡胶和EVM为基料的低烟无腐蚀防火电缆护套

1、以氢化丁腈橡胶和EVM为基料的低烟无腐蚀防火电缆护套摘要在特定的领域里，防火无腐蚀性（FRNC）电缆护套必须承受严酷的环境条件。以氢化丁腈橡胶(HNBR)和乙酸乙烯酯/乙烯共聚物（EVM）为基料的化合物能满足严格的要求，即满足英国海军工程标准NES 518.HNBR和EVM饱和性结合过氧化物硫化赋予优异的耐高温性能，然而通过调节HNBR中腈的含量或EVM中乙酸乙烯酯含量控制其耐油性。阻燃抗腐蚀复合物的阻燃性取决于填充剂的类型和水平，以及EVM中乙酸乙烯酯的含量。EVM中醋酸乙烯酯含量超过50%时显著增加极限氧指数值。复合物燃烧气体的成分满足NES 518的毒性指数要求。介绍现今安全电缆必须满足

2、严格要求。单根电缆或电缆束不能自然或传递火。再者，电缆燃烧气体对人应无害。燃烧形成的烟雾不能阻碍人逃生或腐蚀机械。这些要求已被列为国际标准。出现在所有标准中的通用要求如下：高耐火性在火灾中烟密度低标准中提到的无腐蚀性气体气体的毒性必须低许多海洋电缆例子被列举出来（表一）。随后讨论NES 518 所描述的材料特性。表一 比较北约的电缆规格电缆规格/标题绝缘性能/护套材料电缆护套抵抗液体美国意大利德国法国英国挪威加拿大MILC24640和MILC24643NAV13A075VG95218E540规格No 1b ET/SETDEF Stan 6112 Pt25 ÷NES 526 * NES

3、 527STKD03001027/SK001低卤低烟低卤低烟无卤低烟无卤低烟无卤低烟低卤低烟低卤低烟与水、油、燃料和液体接触ASTMD471（接触盐水、热油）接触油、燃料、清洁剂No 2 ASTM 油 ,CET 811与水、油、燃料和液体接触IEC 811JP4和S、柴油、液压流体、油对制作完成的电缆进行定性实验。本文将给出实验结果从中选出合适的电缆护套材料。在这里不考虑电缆施工对电缆燃烧性能影响。以HNBR和EVM为基料的安全电缆护套的研究是非常有趣的。EVM作为基础聚合物EVM是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，特别适用于防火无腐蚀的电缆。表二商品名重量% VA粘度ML4/100 MFI/190密

4、度（g/cm3）EVM400EVM450 HVEVM500 HVVP KA 8385EVM700 HVVP KA 847940±1.545±1.550±1.560±1.570±1.580±1.520±1.526±1.524±1.524±1.526±1.528±1.5<5<5<5<5<6<60.980.991.001.041.081.11从本文中值得注意的事是醋酸乙烯酯含量对电缆护套燃烧性能的影响。如果不存在火源，可以推测出聚合物的低燃烧焓比

5、那些高燃烧焓更加不易燃烧和传递火灾。图1表一显示出电缆护套材料放热燃烧焓和氢氧化铝分解反应的吸热反应焓。在许多领域里聚氯乙烯、氯化丁胶和氯化聚乙烯是优异的阻燃电缆护套材料。与没有氯化的聚乙烯相比，它们的燃烧焓低。然而，由于PVC、CM、CR的燃烧气体的有腐蚀性以及刺激眼睛和呼吸道所以不适合阻燃无腐蚀电缆。EVM的燃烧焓与EVM中VA成线性关系。（见图二）随着VA含量的增加，热的释放量减少，因此没有燃烧材料被加热到着火点温度的比例增加。聚合物本身没有充分的阻燃性只有通过添加一定量的阻燃填充剂来达到要求。广泛用于FRNC电缆的填充剂是氢氧化铝。实验室样品燃烧特性评估中经常使用的一种性能是极限氧指数

6、LOI.图三表示EVM复合物中VA含量不变（50%VA）和氢氧化铝含量变化的极限氧指数。如图所示，经过一系列实验测试，随着氢氧化铝增大极限氧指数，燃烧样品越来越困难。氢氧化铝降低可燃有机成分的浓度。此外，氢氧化铝可分解出水，减弱燃烧的火焰。当燃烧焓H=0时，无火源复合物不能燃烧。表四表示需要多少能量去加热复合物的燃烧产物到750.在这个过程中300份氢氧化铝消耗掉了EVM（50%VA）三分之一的燃烧焓。另一个优点是聚合物的粘度低以至于在高剂量的填充剂作用下聚合物粘度也只是49。再者，过氧化物交联化合物的抗拉强度（TS=9.7MPa）和断裂伸长率(EB=120%)非常的高。图五表示极限氧指数与E

7、VM中醋酸乙烯酯含量的关系。氢氧化铝保持在190份EVM中VA含量是变化的。与没有加醋酸乙烯酯的EVM的极限氧指数相对比。在含有50%VA时极限氧指数的增加不能像燃烧焓似的成线性变化。似乎是高含量VA的EVM与填充剂之间有协同作用。电缆可能接触到实际应用中关键条件。尤其是在火灾中电缆可能接触到燃烧液体：可能发生油雾凝结铺设在电缆上，也就是在一个石油钻井平台或附近的柴油发动机。高含量VA的EVM的优点是其机械性能几乎不发生改变。（图六）以含有50%醋酸乙烯酯的EVM为基料的化合物在柴油浸泡后，氧指数变化的坡度几乎与直链聚乙烯化合物柴油浸泡后氧指数变化坡度一致。（图七）然而，浸泡在柴油后特别是在7

8、0%和88%的氧指数依然很高有很好的阻燃性能好。以氢化丁腈为基的聚合物HNBR是有特别好的机械性能的氢化丁腈橡胶。如果这些电缆需要非常好的力学性能数据以及如果允许浸泡在不同溶胀的介质中稍改变这些数据时，它特别适用于阻燃抗腐蚀电缆。与海洋电缆规格NES318联系，从中得出，HNBR能满足非常严格的要求。海洋电缆必须有优异的阻燃性能，良好的耐臭氧性、耐油性以及耐其他的流体性，此外能确保在实际应用中使用。表三表示HNBR的型号和其基本性能的数据表三如下：HNBR 的型号ACN（%）ML-1+4/100PDB+)(%)D(g/cm3)17072207344376±786±7<

9、1<10.950.97+)表示残余的双键与丁腈橡胶原料图八展示了氧指数依赖于含有34%腈的HNBR添料的灼减。随着氢氧化铝的剂量的增加，氧指数能增大到很大水平，达到77%。由于氢化丁腈优异的力学性能，含有320份氢氧化铝的过氧化物交联化合物具有8.7Mpa的抗张强度和250%以上的断裂伸长率。表四给出电缆护套的配方，单独使用HNBR、单独使用EVM（74%）以及HNBR和EVM混合的比较。表四防火电缆护套：EVM（70%）HNBR（34%）HNBR（43%）稳定剂硅烷氢氧化铝硬脂酸锌硼酸锌抗氧化剂SDPA癸二酸二辛酯TRIM过氧化氢总份量100 50 50 100 1003 3 2190

10、1101.960.76319.7 319.7 316.7 316.7选择含有70%的EVM是因为它能满足耐油性。表五EVA和HNBR电缆护套的力学性能实验条件：90s/200,2mm ISO dumbbell 2聚合物的类型EVM70 EVM70 HNBR34 HNBR34 HNBR34 （50:50）规格NES 518TS（MPa）EB (%)H (邵氏硬度)TR（N/mm）ASTMD 47011.7 10.7 13.8 14.9220 230 270 24075 78 76 782.1 3.9 5.8 5.1>8.0>200>5.0HNBR34和HNBR43力学性能TS、

11、EB、TR都比EVM的好。TR性要求只有HNBR满足了。臭氧实验（根据NES 518）EVM和HNBR电缆护套的耐臭氧性曝光条件：伸长：40%臭氧浓度：100ppm温度：RT曝光时间:5天结果：所有样品经检验合格由于聚合物都是饱和的所以不足为奇样品都通过实验。低温弯曲实验图九表示随温度下降不同硫化胶能够发生弯曲变形但没有断裂。EVM（含有70%VA）的玻璃转化温度达到-9下限。在相同的条件下HNBR相对低20。表六聚合物基 EVM70 EVM70 HNBR34 HNBR43 规格 HNBR34 NES （50:50） 518NATO F76 型号柴油，28d/23TS 9 20 27 16 -

12、40 EB -19 -25 -24 -29 -40V 19 25 11 6 25液压流体，OX30型号的石油，28d/50TS 15 21 27 28 -40 EB -19 -25 -15 -15 -40V 6 8 2 0 15液压流体，OX50型号的硅酮，28d/50TS 21 34 37 38 40 EB -24 -21 -19 -19 -40V -2 -2 -2 -2 15润滑油，OXD113型号洗涤剂，28d/50TS 15 27 36 37 -40 EB -24 -25 -19 -21 -40V -1 1 0 -1 10润滑油,OX 38合成树脂，28d/50TS -42 -7 27

13、 25 -40 EB -48 -36 -19 -17 -40V 62 40 8 8 50蒸馏水，23d/50TS -17 -5 -6 7 -20 EB 17 27 14 6 -20V 16 9 5 5 10含有3.5份氯化钠的蒸馏水TS 3 4 -9 -9 -30 EB 8 5 7 -4 -20V 5 5 0 0 10表六是溶胀实验的测试图十是柴油和OX38型号的合成树脂测试结果。柴油是非极性的OX38是极性的。有机橡胶通常只有一种极性性质。EVM（70%VA）是极性材料不溶于柴油，但由于VA是极性的，所以EVM也不溶于OX38。HNBR也不溶于这俩种介质，其溶胀远低于规定的限度。腈的含量从3

14、4提高到43%可以改善其抗溶胀性。火焰测试的结果 聚合物基EVM70 EVM70 HNBR34 HNBR34 HNBR34 （50:50）规格NES318LOI ASTM D 2863(%)温度指数，NES/715（）毒性指数，NES713烟密度阴燃（Dmax）有火焰燃烧（Dmax）腐蚀性烟雾的PH值41 43 42 45330 300 290 3101.0 1.9 3.2 3.7200 180 170 120170 110 250 1603.8 4.2 8.3 8.3>29>250<5.0从表七的力学性能数据中可以清楚看出燃烧实验的差别。所有测试的样品都满足实验的标准，然而EVM的极