聚烯烴阻燃電纜技術(shù)綜述

胡言麗

摘 要：針對(duì)人們迫切希望開(kāi)發(fā)出阻燃性能和力學(xué)性能均優(yōu)良的聚烯烴電纜料，文章對(duì)最令人關(guān)注的阻燃聚烯烴電纜進(jìn)行了介紹，簡(jiǎn)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(fā)展背景及現(xiàn)狀，并重點(diǎn)分析了日本對(duì)聚烯烴阻燃電纜的專(zhuān)利申請(qǐng)情況情況。

關(guān)鍵詞：阻燃；聚烯烴；電纜

1 阻燃機(jī)理

絕大多數(shù)塑料都是可燃的，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度之后，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的可燃?xì)怏w，促使其進(jìn)一步燃燒[1][2]。塑料聚合物是電纜基材的主要來(lái)源，賦予塑料聚合物一定的阻燃性能是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。科研工作者研究了在塑料聚合物中可添加不同種類(lèi)的阻燃劑來(lái)賦予電纜料阻燃性能。

阻燃劑的種類(lèi)主要包括如下：

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

（2）膨脹型阻燃體系，化學(xué)膨脹型阻燃劑（IFR）是以磷、氮為主要成分的無(wú)鹵阻燃劑，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NH3、N2、H2O等能起到氣相稀釋的作用，降低可燃?xì)怏w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(shí)的高溫促使含磷阻燃劑經(jīng)一系列的反應(yīng)生成有很強(qiáng)脫水性的聚磷酸。產(chǎn)成的聚磷酸可以促使有氧有機(jī)物快速脫水而碳化，碳化后所形成的物質(zhì)是一種難以燃燒的結(jié)構(gòu)致密的物質(zhì)[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?xì)怏w，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(chǎn)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(lái)的水蒸氣又有稀釋可燃?xì)怏w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(luò)合物等。

2 關(guān)于日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社所生產(chǎn)的阻燃電纜的分析

通過(guò)對(duì)重點(diǎn)申請(qǐng)人——住友電氣工業(yè)株式會(huì)社的聚烯烴阻燃電纜的申請(qǐng)的閱讀，從中挑選出各個(gè)時(shí)間段阻燃劑使用較多且較為典型的專(zhuān)利申請(qǐng)，圖1即為按照時(shí)間順序擬出的日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社聚烯烴阻燃電纜專(zhuān)利申請(qǐng)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(jià)或三價(jià)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(shù)在30以上，煙密度低于100。其中，該申請(qǐng)?zhí)峒傲硕r(jià)或三價(jià)的金屬碳酸鹽或氫氧化物大量使用產(chǎn)生的弊端，即降低了材料的力學(xué)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(lái)的力學(xué)性能下降的缺陷，就需要開(kāi)發(fā)填充量小、阻燃效果好的阻燃劑。

JPH05287117A是以熱塑性樹(shù)脂為基材，如EVA，聚烯烴，含量100份、10-80份的雙鹵苯基對(duì)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(cè)試（UL Standard VW-1）為A，具有較好的阻燃效果。

但是雙鹵苯基對(duì)苯酰胺代表的鹵系阻燃劑存在著產(chǎn)生鹵化氫有毒氣體的條件，且會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)的缺陷。2003年，歐盟頒發(fā)RoHS指令后其發(fā)展受到嚴(yán)重影響，環(huán)保問(wèn)題成為了其發(fā)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(lái)的力學(xué)性能下降的缺陷較為容易克服可通過(guò)細(xì)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(lián)劑和脂肪酸處理的。氫氧化物選用較小粒徑進(jìn)行表面處理，也是為了氫氧化物大量使用產(chǎn)生的弊端，即降低材料的力學(xué)性能。

鹵素阻燃劑的環(huán)保問(wèn)題和氫氧化物阻燃劑大量填充帶來(lái)的力學(xué)性能下降的缺陷均可以通過(guò)減少用量來(lái)實(shí)現(xiàn)，二者的復(fù)配可以同時(shí)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(zhì)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(duì)于聚丙烯和聚烯烴100質(zhì)量份、溴系阻燃劑10-30質(zhì)量份、三氧化二銻1-20質(zhì)量份、氫氧化鎂10-90質(zhì)量份，三氧化二銻與溴系阻燃劑的復(fù)配使阻燃效果良好。與氫氧化鎂復(fù)配使用，可實(shí)現(xiàn)低鹵化，同時(shí)提高耐磨性，也可以降低氫氧化鎂的使用所帶來(lái)的力學(xué)性能的下降。

豐富阻燃劑的種類(lèi)、開(kāi)發(fā)阻燃效果好的阻燃劑也是住友電氣工業(yè)株式會(huì)社的重要研究方向。

JP5549675B2（公開(kāi)日期2015年）含有100質(zhì)量份樹(shù)脂成分，包含30-85質(zhì)量份的聚烯烴基樹(shù)脂、10-50質(zhì)量份的聚苯醚基樹(shù)脂、5-30質(zhì)量份的苯乙烯基彈性體以及5-40質(zhì)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(guò)環(huán)磷腈的開(kāi)環(huán)聚合而獲得的聚磷腈化合物，得到的組合物垂直燃燒試驗(yàn)VW-1均合格。

JP5825536B2（公開(kāi)日期2014年）是以聚烯烴系樹(shù)脂和苯乙烯系彈性體為基材，二者的質(zhì)量比為90：10-50：50。相對(duì)于100質(zhì)量份的所述擠出聚合物，含有10-50質(zhì)量份的金屬次磷酸鹽和10-50質(zhì)量份的氮系阻燃劑。得到的組合物力學(xué)性能優(yōu)異，且通過(guò)了UL標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的垂直試樣燃燒試驗(yàn)（VW-1）。

3 結(jié)束語(yǔ)

性能提高點(diǎn)多樣化和手段多樣化是今后阻燃電纜的發(fā)展趨勢(shì)，不僅從阻燃劑種類(lèi)的選擇及復(fù)配方面來(lái)提高阻燃性能，還從電纜的結(jié)構(gòu)及內(nèi)外層級(jí)的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)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(shí)提高了電纜的多方面性能，這將是今后的大趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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