低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料性能全面解析

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1、低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料性能全面解析低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料性能全面解析低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料性能摘要：本文针对低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料从配方技术、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烃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、工艺好等特点， 但由于其含有卤素，燃

2、烧时会放出大量卤化氢气体和浓烟，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 PVC 类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

3、用电线、汽车低压电线等场合大有完全取代聚氯 乙烯之势。目前使用的低烟无卤阻燃电缆料通常有聚烯烃和乙丙两大类，其中以低烟 无卤阻燃聚烯烃电缆料为主流，本文将对低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的配方技 术、性能、挤塑设备及工艺做一分析。一、配方技术低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料通常由聚烯烃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，如钒、镍、钼、铁、硅、氮 系化合物。其阻燃机理为：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

4、阻止燃烧，另外会在材料表面形成一层不熔不燃的氧化物硬壳， 阻断了高聚物与外界热氧反应的通道，最终材料阻燃、自熄。低烟无卤阻燃聚烯烃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：一方面对聚烯烃材料进行改性、接枝，以提高聚烯烃 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。二、性能大量无机阻燃剂的使用赋予了低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料阻燃、低

5、烟、无 卤、低毒等特性，同时也使其在物理机械性能、电气性能和工艺性能等方面与 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

6、适应不同要求的电线电缆。以下对常规低 烟无卤阻燃聚烯烃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 参数温度指数也很少测试。其测试方法在 NES 715 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

7、，其温度指数为 300 左右。氧指数作为世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烃氧指数只要达到 30 左右，用其做为绝缘截面为 0.5mm2 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烃材料氧指 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 燃聚烯烃电缆料，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

8、 的聚烯烃/矿物氢氧化物体系。国 外有的用户已开始采用 UL 94 中的 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

9、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%以上符合要求。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 Dm100,无焰 Dm200,而含卤阻燃电缆料有焰及无焰 Dm 均为 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

10、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，后者为采用 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 PH4.3 及电导率10s/mm 为无卤、低腐蚀

11、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0.2%作 为无卤、低腐蚀性标准。低烟无卤电缆料 PH 值一般为 4.5-6.0,电导率为 0.7- 5s/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烃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烃电缆料均有所降低，主要

12、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 150-250%左右;(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 100168hr 老化后，抗张强度及断裂伸长率变化率不大于30%做为考核指标;(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 804hr 变形率不大于 50%做为考核指标;(4)柔软 度较差。一般无卤阻燃聚烯烃电缆料邵氏 A 硬度均超过 HA90，邵氏 D 硬度超过 HD40。(5)耐外

13、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。与含卤阻燃聚烯烃电缆料相比下降并不很明 显，但与非阻燃聚烯烃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 急剧下降。这与大量填充剂的加入密切相关。昆山科信橡塑机械有限公司 陈纯 经理 15250

14、228990表 1 为低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料与聚氯乙烯、含卤阻燃聚烯烃及非阻燃聚烯 烃电缆料一些性能比较。PH 值4.56.01212 电导率s/750470600 卤素气体发生量mg/g0190300121000 毒性指数（NES 713）0.73.015.251.77二恶英发生可能 无有有无耐 SAE20#机油（704hr）抗张强度变化 率 断裂伸长率 变化率% %-10- 30+10-20+10+2 0+10+40-10-30-10-30-10- 30-10-30吸水性 （23 24hr）mg/cm21.02.50.51.00.51.00.50.6耐外伤稍差好较好好 经济性稍差优较好好

15、低烟无卤料的相关测试标准学习低烟无卤料的相关测试标准学习低烟无卤料的相关测试标准 1.无 卤:IEC 60754-1:Halogen Content HCL4.3,Conductor=60%;低卤要求烟密度 Dm30% 3.低 毒:NES 713(英国海军标准)TI(毒性指数),最 大不超过 5气体的毒性用 NES713 方法评测,毒性指数是指通过测试规定燃烧条件下产 生的12 种选择气体的浓度计算而出.TI (Insulation) :3 TI (Jacket) :5 IEC 61249-2-21 CL:900PPM Br:900PPM Total Halogen:1500PPM HCL 含

16、量:0.5%(Max)EN50267-2-1 氟含量:0.1%(Max)EN60684-2 1、燃烧时卤酸（HCL）释放量少于 5mg/g -IEC60754-12、PH 值4.3 -IEC60754-23、导电率10S/mm -IEC60754-24、透光率（烟密度）60%- IEC 61034-1符合以上四点要求可称为低烟无卤料注：IEC60754-1、IEC60754-2 是无卤标准，IEC61034-1 是低烟标准烟密度、卤素含量和毒性等级 IEC60754-1/BS6425-1 卤素气体含量的测定（Emission Of Halogens）这是 IEC 和 BS 标准中针对氯化氢（HCL）释放浓度的规范。卤素含氟 （Florine）、氯（Chlorine）、