聚烯烴阻燃電纜技術綜述

胡言麗

摘 要：針對人們迫切希望開發出阻燃性能和力學性能均優良的聚烯烴電纜料，文章對最令人關注的阻燃聚烯烴電纜進行了介紹，簡要介紹了氫氧化物阻燃體系、磷系阻燃、膨脹型阻燃體系等不同體系的發展背景及現狀，并重點分析了日本對聚烯烴阻燃電纜的專利申請情況情況。

關鍵詞：阻燃；聚烯烴；電纜

1 阻燃機理

絕大多數塑料都是可燃的，當溫度達到一定程度之后，會產生揮發性的可燃氣體，促使其進一步燃燒[1][2]。塑料聚合物是電纜基材的主要來源，賦予塑料聚合物一定的阻燃性能是亟待解決的技術問題。科研工作者研究了在塑料聚合物中可添加不同種類的阻燃劑來賦予電纜料阻燃性能。

阻燃劑的種類主要包括如下：

（1）鹵素阻燃體系，其阻燃機理是鹵素阻燃劑可分解出HX。HX降解產生的自由基，終止并延緩了鏈反應。

（2）膨脹型阻燃體系，化學膨脹型阻燃劑（IFR）是以磷、氮為主要成分的無鹵阻燃劑，燃燒過程中產生的NH3、N2、H2O等能起到氣相稀釋的作用，降低可燃氣體的濃度，從而有效防止了火焰的傳播[2]。

（3）磷系阻燃體系，燃燒時的高溫促使含磷阻燃劑經一系列的反應生成有很強脫水性的聚磷酸。產成的聚磷酸可以促使有氧有機物快速脫水而碳化，碳化后所形成的物質是一種難以燃燒的結構致密的物質[4]。

（4）氮系阻燃劑，氮系阻燃劑受熱放出CO2、NH3、N2氣體和H2O，上述氣體均屬于難燃氣體，從而阻止燃燒。

（5）水合金屬化合物阻燃體系，水合金屬化合物阻燃由于其分解產生大量的H2O，一方面吸收了大量的熱，從而使材料的表面溫度降低，另一方面分解出來的水蒸氣又有稀釋可燃氣體的作用，因此具有良好的阻燃效果。

（6）其他阻燃劑，可作為非鹵阻燃劑使用的其他阻燃劑有三氧化二銻、硼酸鋅、多元醇、聚乙烯醇、一些金屬（如鐵、鋅、錫、鉬）的化合物及絡合物等。

2 關于日本住友電氣工業株式會社所生產的阻燃電纜的分析

通過對重點申請人——住友電氣工業株式會社的聚烯烴阻燃電纜的申請的閱讀，從中挑選出各個時間段阻燃劑使用較多且較為典型的專利申請，圖1即為按照時間順序擬出的日本住友電氣工業株式會社聚烯烴阻燃電纜專利申請使用的阻燃劑情況。

JPS59117549A是以醋酸乙烯含量在50-85%的EVA為基材，阻燃抑制煙劑使用的是二價或三價的金屬碳酸鹽或氫氧化物和硼酸鋅，二者的重量比在0.25-0.75之間。基于基材100份，阻燃抑制煙劑總量100份，氧指數在30以上，煙密度低于100。其中，該申請提及了二價或三價的金屬碳酸鹽或氫氧化物大量使用產生的弊端，即降低了材料的力學性能。

為了克服上述碳酸鹽或氫氧化物阻燃劑大量填充帶來的力學性能下降的缺陷，就需要開發填充量小、阻燃效果好的阻燃劑。

JPH05287117A是以熱塑性樹脂為基材，如EVA，聚烯烴，含量100份、10-80份的雙鹵苯基對苯酰胺、5-40份的三氧化二銻作為阻燃劑。得到的電纜垂直電纜阻燃測試（UL Standard VW-1）為A，具有較好的阻燃效果。

但是雙鹵苯基對苯酰胺代表的鹵系阻燃劑存在著產生鹵化氫有毒氣體的條件，且會產生致癌物質的缺陷。2003年，歐盟頒發RoHS指令后其發展受到嚴重影響，環保問題成為了其發展的一大障礙，這一障礙較為難克服，但是氫氧化物阻燃劑大量填充帶來的力學性能下降的缺陷較為容易克服可通過細化，表面處理。

JP2006310093A是以100份包括高密度聚乙烯和選自下列α-烯烴聚合物、乙烯-乙烯基酯共聚物、乙烯-α，β-不飽和羧酸烷基酯共聚物和苯乙烯熱塑性彈性體至少之一的聚合物為基材，添加30-25份金屬氫氧化物和1-20份鋅化合物。其中金屬氫氧化物是平均粒徑為0.1-20微米，且是使用偶聯劑和脂肪酸處理的。氫氧化物選用較小粒徑進行表面處理，也是為了氫氧化物大量使用產生的弊端，即降低材料的力學性能。

鹵素阻燃劑的環保問題和氫氧化物阻燃劑大量填充帶來的力學性能下降的缺陷均可以通過減少用量來實現，二者的復配可以同時克服上述缺陷。

JP2011219530A是以聚丙烯和聚烯烴彈性體為基體，聚丙烯和聚烯烴的質量比在50：50-90：10的范圍，阻燃劑使用的是氫氧化鎂、三氧化二銻和溴系阻燃劑，相對于聚丙烯和聚烯烴100質量份、溴系阻燃劑10-30質量份、三氧化二銻1-20質量份、氫氧化鎂10-90質量份，三氧化二銻與溴系阻燃劑的復配使阻燃效果良好。與氫氧化鎂復配使用，可實現低鹵化，同時提高耐磨性，也可以降低氫氧化鎂的使用所帶來的力學性能的下降。

豐富阻燃劑的種類、開發阻燃效果好的阻燃劑也是住友電氣工業株式會社的重要研究方向。

JP5549675B2（公開日期2015年）含有100質量份樹脂成分，包含30-85質量份的聚烯烴基樹脂、10-50質量份的聚苯醚基樹脂、5-30質量份的苯乙烯基彈性體以及5-40質量份的磷基阻燃劑。其中，磷基阻燃劑使用磷酸酯、次磷酸金屬鹽、磷酸三聚氰胺化合物、磷酸銨化合物、通過環磷腈的開環聚合而獲得的聚磷腈化合物，得到的組合物垂直燃燒試驗VW-1均合格。

JP5825536B2（公開日期2014年）是以聚烯烴系樹脂和苯乙烯系彈性體為基材，二者的質量比為90：10-50：50。相對于100質量份的所述擠出聚合物，含有10-50質量份的金屬次磷酸鹽和10-50質量份的氮系阻燃劑。得到的組合物力學性能優異，且通過了UL標準所規定的垂直試樣燃燒試驗（VW-1）。

3 結束語

性能提高點多樣化和手段多樣化是今后阻燃電纜的發展趨勢，不僅從阻燃劑種類的選擇及復配方面來提高阻燃性能，還從電纜的結構及內外層級的設計來進一步提高電纜的阻燃性。如在電纜中涉及隔氧層、耐火層、阻燃帶等，不僅提高了電纜的阻燃性能，而且同時提高了電纜的多方面性能，這將是今后的大趨勢。

參考文獻

[1]田計青，賈潤禮.聚乙烯復合阻燃體系的研究及應用進展[J].塑料助劑，2006（6）：6-10.

[2]尹建偉，劉招生.聚乙烯常見阻燃體系及在防火鋁塑復合板中的應用[J].中國建材科技，2004（4）：21-24.

[3]朱新軍，吳衛東，張勝.聚乙烯阻燃研究進展[J].中國塑料，2008，22（5）：1-7.

[4]趙澤星.磷氮系膨脹型阻燃劑的研究[D].上海：華東理工大學，2011

[5]李冬霞，張緒華.無鹵阻燃聚乙烯體系的研究[J].石油化工，

2005，34：642-644.