LSZH低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料性能、挤塑设备及工艺设计推荐

1、WORD格式整理低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料性能、挤塑设备及工艺推荐摘要：本文针对低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料从配方技术、性能、挤塑设备及 工艺等几个方面做一分析，希望能为无卤阻燃聚烯姓电线电缆生产厂家提供参 考，以便更好地选择无卤电缆料品种、挤塑设备及制定合理的挤塑工艺。随着我国冶金、电力、电子、自动化及信息化网络等行业的迅猛 发展，使得与之配套的电线电缆特别是阻燃电线电缆的用量急剧增 加，包括电力电缆、控制电缆、信号电缆、仪器仪表电缆、计算机电 缆等。传统的阻燃电缆一般采用聚氯乙烯做为护套，虽然聚氯乙烯材料具有阻燃性好、价廉、挤出工艺好等特点，但由于其含有卤素，燃 烧时会放出大量卤化氢气体和浓烟，

2、造成火灾的“二次危害”，从而 加大了火灾的损失。尤其是很多科学研究已证实，卤化物对人体健康 与环境所造成的损害已愈来愈严重， 人们越来越重视环保，欧盟和日 本一些大公司例Sony、Toshiba等都提出了对聚氯乙烯限制使用的条 例；在国内，北京市供电局1998年3月发文规定禁止PVO电线电 缆在该局系统内使用，2002年华东建筑设计研究院推出的民用建 筑电线电缆防火设计规程明确提出了使用低烟无卤电线电缆的要 求。以上这些，使得不含卤素的低烟无卤阻燃电缆料得到广泛的使用 并呈现出很大的发展潜力，特别是在地铁、船舰、高层建筑和石油平 台用电缆、家用电器用电线、汽车低压电线等场合大有完全取代聚氯 乙

3、烯之势。目前使用的低烟无卤阻燃电缆料通常有聚烯炫和乙丙橡胶两大 类，其中以低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料为主流，本文将对低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料的配方技术、性能、挤塑设备及工艺做一分析。1、 配方技术低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料通常由聚烯炫共混树脂加阻燃填充 剂氢氧化铝、氢氧化镁和一些为了提高耐热寿命而添加的适量抗氧剂 组合而成。有时为了降低其燃烧时的发烟量，还加入了一些发烟抑制 剂，如钮、银、铝、铁、硅、氮系化合物。具阻燃机理为：燃烧时， 阻燃填充剂氢氧化铝、氢氧化镁会释放出结晶水，吸收大量热量；与 此同时，脱水反应会产生大量水蒸汽，它可以稀释可燃性气体，从而 阻止燃烧，另外会在材料表面形成一层不熔不

4、燃的氧化物硬壳，阻断了高聚物与外界热氧反应的通道，最终材料阻燃、自熄。低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料要具有较好的阻燃性， 配方中氢氧化 铝、氢氧化镁必须有较大的填充量，通常要达到 150份以上，而大量 的无机阻燃剂填充必将导致材料在物理机械性能、电气性能和挤塑工 艺性能方面大大劣化。为了解决其阻燃性和物理机械等性能方面的平 衡，使材料能充分满足最终使用的技术要求，常用的方法有：一方面 对聚烯炫材料进行改性、接枝，以提高聚烯炫材料极性；另一方面是 对无机阻燃剂的表面进行化学改性，通常用偶联剂处理。2、 性能大量无机阻燃剂的使用赋予了低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料阻燃、 低烟、无卤、低毒等特性，同时也使其在物

5、理机械性能、电气性能和 挤出工艺性能等方面与其他非阻燃及含卤阻燃材料存在差异。由于低烟无卤电线电缆使用场合及其配套产品生产工艺不同， 性能要求也不 尽相同，如在抗张强度、断裂伸长率、老化温度和指标、体积电阻系 数、耐油性能、耐刮磨性能、柔软性、阻燃要求等方面，不同的电缆 往往有所偏重。在无卤材料技术中，以上有的指标是相互制约的，不 可能有一种全能的产品能满足以上所有各类电线电缆的要求，比较突出的是：断裂伸长率与阻燃性之间的矛盾、 柔软度与热变形及老化性 能之间的矛盾。材料厂家能做到的只能是在满足基本性能要求的基础上，在某些性能之间进行优劣平衡，以不同牌号的产品适应不同要求 的电线电缆。以下对常

6、规低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料性能做一介绍。1、阻燃特性低烟无卤阻燃电缆料除具有阻燃性外，与含卤阻燃电缆料相比， 还具有低烟、无卤、低腐蚀、低毒等特性。(1)氧指数目前在国内主要以GB/T 2406方法来测试常温下阻燃电缆料的氧 指数，以考核材料的阻燃性，高温下的氧指数对阻燃电线电缆来说尽 管也比较重要，但因为测试条件等因素，一般很少进行测试。另外一 个与材料阻燃性密切相关的参数一一温度指数也很少测试。其测试方 法在NES715中有规定，表示了在环境温度到底升到多高时，材料能 在空气中点燃。低烟无卤电缆料常温下氧指数达到 33-35即可满足一 般电缆阻燃要求，其温度指数为 300左右。氧指数作为世

7、界范围内最常用的燃烧试验，并不能作为判断材料 阻燃性的唯一指标，材料自熄性的考核似乎更能贴切地衡量材料的阻 燃性能。例如聚氯乙烯或含卤阻燃聚烯炫氧指数只要达到30左右，用其做为绝缘截面为0.5mm的电线即可通过UL标准中的VW-1燃烧 试验，而低烟无卤阻燃聚烯炫材料氧指数即使达到34以上，也未必能满足VW-1燃烧要求。另外，同样是低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料， 氧指数高的产品自熄性也未必就好。 例如：用碳酸钙和聚硅氧烷作阻 燃剂的无卤料经过适当的基材配合，氧指数可做得较高，甚至达到 36-38 ,但很可能自熄性不如氧指数为 32-34的聚烯炫/矿物氢氧化物 体系。国外有的用户已开始采用 UL94中

8、的V-0等级来考核无卤材料 的自熄性，作为对氧指数考核指标的补充。现在在阻燃指标方面，有 一种更为接近实际燃烧性能的锥体量热计法越来越受到人们的关注，该方法可对材料燃烧时的着火时间、 发热速度、总发热量等燃烧参数 进行定量评价。经实验表明，发热速度越大的无卤材料，向周围传播 热量越容易，越有可能扩大燃烧范围，即易于延燃、自熄性差，而氧 指数高的无卤材料发热速度不一定就比氧指数低的发热速度小。尽管单纯用氧指数来考核材料的阻燃性，存在一定的局限性，但由于其测 试方法简便易行，且对于同一类材料在绝大多数情况下来说还是可以 相对表明其阻燃性的差异，所以通常把氧指数作为材料阻燃性的一项 考核指标，也未尝

9、不可。(2) 烟密度成品电缆一般采用GB/T17651的成束燃烧方法测试电缆燃烧 后的透光率来考核电缆低烟性能，低烟无卤电缆透光率达到60蛆上符合要求。对材料来说，一般采用 GB/T8323的方法来测试其有焰及 无焰燃烧时的最大烟密度 Dm以此来考核材料的发烟性能。低烟无 卤电缆料燃烧时的发烟性远低于含卤阻燃电缆料，其指标一般为有焰D年100，无焰Dmi 200，而含卤阻燃电缆料有焰及无焰 Dmt匀为300以 上。(3)卤素含量目前有IEC 754-1和MIL-C-24643A两种方法用来测定卤素及 氢卤酸气体含量。前者不适于卤酸气体含量低于 5mg/g的场合，即不 适于无卤材料含卤量的测定，

10、后者为采用x射线原理测量体系卤元素 的含量，测试精度为0.2%,严格意义上来说凭此方法也不能完全判 定被测材料是否丝毫不含卤素。因此很多无卤材料标准中不将卤素含 量做为一项考核指标，更多地是通过PH值及电导率来表征其无卤性。 只有BS IEC等标准中将无卤体系中卤化氢释放量的指标定在三 5mg/g,作为分界点考核。(4)腐蚀性IEC 1991年公布IEC 754-2,通过测定PH值和电导率来测试 电缆材料燃烧时释放气体的酸度，并规定测得PHB4.3及电导率至10 ws/mm为无卤、低腐蚀标准。IL-C-24643A规范中规定电缆材料燃烧 时释放出的气体，卤素含量至0.2%乍为无卤、低腐蚀性标准

11、。低烟无 卤电缆料PH值一般为4.5-6.0,电导率为0.7-5 ws/mm(5)毒性指数毒性指数目前主要采用NES 713,即气体分析法来检测，英 国海军在海军工程标准 NES 518-1983 ”降低火灾危险的电缆护套规 范”中规定了无卤材料毒性指数不大于 5,国内通常也采用这一指标， 但国外对一些无卤绝缘产品也有不大于 3的要求。2、物理机械及电气性能由于大量的无机阻燃剂填充，使低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料的物 理机械性能及电气性能比非阻燃及含卤阻燃聚烯炫电缆料均有所降 低，主要表现在以下几个方面：(1)抗张强度及断裂伸长率降低。 无卤电缆料抗张强度在10-14Mpa左右，断裂伸长率在150

12、-250%E右； (2)抗老化性能有所降低。大量无机阻燃剂的加入，使无卤电缆料抗老化性能受到较大影响。热塑型无卤阻燃电缆料一般以经100cx168hr老化后，抗张强度及断裂伸长率变化率不大于士 30喊为考核指 标；(3)热变形变大。由于无卤阻燃电缆料中高 VA含量EVA比例较 大，致使其耐热变形性能较差，一般以 80cMhr变形率不大于50% 做为考核指标；(4)柔软度较差。一般无卤阻燃聚烯烧电缆料邵氏 A硬度均超过HA90,邵氏D硬度超过HD40O (5)耐外伤性能较差， 经外力擦划后易有伤痕。该性能的降低程度与配方有密切关系，不同品种的无卤电缆料差异很大。(6)耐潮湿性能较差。由于无机阻燃

13、剂氢氧化镁、氢氧化铝的加入，使无卤阻燃电缆料极易吸湿，若无真 空铝箔包装，常态下其贮存期最好不要超过1个月，否则将吸潮影响 使用。经对比实验发现，无卤阻燃电缆料浸水一天后，体积电阻率将 下降6080% (7)体积电阻率及电气击穿强度有所下降。与含卤阻 燃聚烯炫电缆料相比下降并不很明显，但与非阻燃聚烯炫电缆料相比 下降却比较明显。(8)介电常数及介质损耗角正切tg 5急剧下降。 这与大量填充剂的加入密切相关。表1为低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料与聚氯乙烯、含卤阻燃聚烯炫 及非阻燃聚烯炫电缆料一些性能比较。项目单位低烟无卤阻 燃聚烯姓聚氯乙烯含卤阻燃聚 烯姓非阻燃聚烯密度(23C)/ .3g/ cm1.

14、41.551.351.401.151.300.920.989085-90=90邵氏硬度HD40-4535-40熔体流动速率(190C/2.16kg )g/10min0.11.01.05.00.32.0抗张强度Mpa10-1418-2311-1715断裂件长率%150250 1160280400700600 1热老化条件100 c X135 c M68hr100 c X100 c X168hr168hr240hr抗张强度变化率%节0发0切发5断裂彳时长率变化率%节0发0发55040热义形%(80 C X4hr)(120 C X1hr)低温脆化温度C-25- -40-15- -20-4525介电常

15、数1 1MHZ3.45.25.06.03.24.52.42.8介质损耗角正切弧度0.0140.070.090.10.0080.050.0010.00 5极限氧指数%324128332730温度指数 自熄性C270350 1 稍差好较好 烟有焰密度无焰409080150543795300511540700140250 PH值4.56.011212电导率N s/ cm750470600卤素气体发生量 毒性指数(NES 713mg/g010.73.019030015.2121005011.77二恶英发生可能无有有无而寸SAE20#L油(70C Mhr)抗张强度变化率断裂彳时长率变化率%-10-30+

16、10-20+10+20+10+40-10-30-10-30-10-30-10-30吸水性(23 C 24hr)mg/cn21.02.50.51.00.51.00.50.6耐外伤好较好好n经济性稍差优较好好三、挤塑设备及工艺低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料中不熔化的氢氧化镁、氢氧化铝含量 达到60%U上，使其在塑化温度下具有比聚氯乙烯、非阻燃及含卤阻 燃聚烯炫电缆料更高的粘度。这一特点导致了低烟无卤阻燃聚烯凝电 缆料在挤塑设备及工艺上与其他电缆料有所不同。(1)挤塑设备电线电缆挤塑成型设备最基本和最通用的是单螺杆挤出机。螺杆是挤出机的最主要部件， 关系到挤出机的应用范围和生产效率。为适应不同塑料的加工，

17、螺杆种类很多，结构上也有些差异。表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒间隙等。螺杆结构特征的基本参数对塑料混炼、成型效果影响都较大。螺杆直径越大，加工能力越大。长径比越大，能改进物料温度分 布，有利于塑料的混合和塑化，但长径比过大时，会使塑料受热时间 增长易引起降解，并增大挤出机的功率消耗；长径比过短，易引起混 炼不好、塑化不良。经过实践表明，低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料使用 L/D为20 25的螺杆均可以得到较为理想的表面，但相比而言 L/D 为20的螺杆挤出表面更加光洁。这是因为低烟无卤阻燃聚烯炫电缆 料中高填充量的氢氧化镁或氢氧化铝，在 L/D为

18、25的螺杆中受热时 间较长后易有分解的危险而影响挤出表面质量。就螺杆压缩比、螺梢深度、螺旋角、螺杆与料筒间隙等方面而言，压缩比越大、螺梢深度 越浅、螺旋角越小、螺杆与料筒间隙越小对塑料产生的剪切作用和摩 擦力增大，物料在螺杆中的剪切生热也越大，容易引起物料热机械分 解，这些都对低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料的挤出不利，易造成不良挤出表面。所以，相比之下PVC1杆（压缩比较小、螺梢深度较深、螺 旋角较大、螺杆与料筒间隙较大）比聚乙烯螺杆更适于低烟无卤阻燃 聚烯炫电缆料的挤塑成型。一般挤出低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料时， 螺杆压缩比在1.1 : 1至3: 1之间比较适宜。目前，很多电缆厂为进 一步提高生产效

19、率和挤出电缆表面质量而采用的所谓“低烟无卤专用螺杆” 压缩比一般在1.1 1.5左右。对低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料来说，还存在挤出机选型的问题。 L/D为20-25的普通单螺纹螺杆挤出机最适合于这类电缆料，而剪 切作用较大的双螺纹螺杆、屏障式螺杆、带密炼块螺杆挤出机等则较 难适应。使用这些挤出机挤塑低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料时，一方面易出现上文提到的温度难控、挤出表面不太理想等情况，另外还会出 现螺杆转距、主机电流较大的现象。电缆生产厂家在使用低烟无卤阻 燃聚烯炫电缆料时必须注意到这一点。挤塑设备中另一影响低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料挤塑性能的因素 是挤出机的温控装置。因低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料在挤出

20、过程中粘 度较大，摩擦生热大，这就要求挤出机要有较好的冷却装置才能保证 稳定地控制工艺温度，这是挤塑工艺中不容忽视的一个问题。 经多次 实践表明，低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料要求挤出机最起码要做到各温 控区都有风冷，才能保证控温良好，挤出表面稳定。很多使用过这类 材料的电缆生产厂家都有这种经验。这是由该类材料的本性所决定 的。(2)挤塑模具低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料与聚氯乙烯、非阻燃及含卤阻燃 聚烯炫电缆料相比，在熔融状态下熔体强度、拉伸比、熔体粘度存在 较大差异，从而要求挤塑成型时模具的选配也有所不同。一般来说， 挤压式、半挤管式及挤管式模具均适用于低烟无卤阻燃聚烯炫电缆 料，但从制成电缆表面质量

21、比较而言，挤压式最好，半挤管式次之， 挤管式稍逊。使用挤压模时，因低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料熔体粘度 大使得机头压力增加、挤出制品压得较密实，导致离模时会有所膨胀， 可选用模套内径尺寸比成线标称外径小 5溢右；使用半挤管式或挤 管式模具时，必须考虑到低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料的拉伸比。笔者经过对多种阻燃聚烯炫电缆料进行工艺试验发现，聚氯乙烯、非阻燃及含卤阻燃聚烯烧电缆料拉伸比可达 67左右，低烟无卤阻燃聚烯炫 电缆料拉伸比可达2.53.2左右当然，模具选配拉伸比越小，挤出表 面会愈光洁，但这在实际生产中是不大可能的，也不可取，一般情况 下，选择拉伸比为1.72.0的较多。针对低烟无卤阻燃聚烯炫电缆料通常挤塑于绕包层外作为阻燃护套的特点， 经过摸索，认为挤塑低烟 无卤阻燃聚烯炫电缆料时模芯、 模套采用如下配比较为合理：模芯内 径=绕包层外径+11.5mm模套内径二电缆标称外径+27mm(3)挤塑工艺挤塑工艺主要包括工艺温度及螺杆转速的设置。随配方体系不同 各种低烟无卤阻燃聚烯烧电缆料的