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塑料知识:硅酮母粒在电缆料中的应用

来源:www.cqbaozhuan.com 发布时间:2018年05月11日
含有超高分子量硅酮,以聚烯烃或矿物粉作载体的母料(粒状或干粉状)作为加工助剂,国内最早是在十年前从美国道康宁公司引入,先作为润滑剂或流变改性剂使用,当发现其能与金属水合物协同,作为阻燃增效剂使用后,用量陡然增长,国内的生产厂家也如同雨后春笋般不断涌现。

商用的硅酮母料技术参数应包含如下内容:
(1)硅酮含量:应明确注明。用作阻燃增效剂时,含量在40~80%之间,
而用作流变改性剂时,含量在5~50%之间
(2)载体:应考虑与硅酮或用户主配方基材的相容性,注明载体的聚合物名称、熔融指数,以便用户在设计配方时参考。如果以无机矿物粉作为载体,则应注明粉末名称。无机粉末的白度和细度对客户至关重要,应尽可能选用白净、微米级的粉末制作。
一、无卤阻燃增效剂
近五年来,我国的阻燃电缆无卤化发展十分迅猛,初步统计,每年以20~50%的速度递增,我国去年(2009年)在线缆行业就用掉了近10万吨的无卤阻燃电缆料。这些料绝大部分采用金属水合物[Al(OH)3或Mg(OH)2]作阻燃剂,而且在配方中的添加量都在60%以上。即使如此,无卤阻燃料仍然存在阻燃效果差,特别是氧指数低,自熄性差的问题。试验表明适量加入硅酮,对氧指数的提高十分明显,尤其是与Mg(OH)2体系协同(见图1)。
试验还表明,用氧指数大于36的无卤阻燃料,就可使绝大部分外径大于3mm的电线电缆通过单根垂直燃烧试验,其原因就在于配方中有硅酮的加入,使电线燃烧时,热释放速度降低,同时在燃烧表面形成一层二氧化硅的覆盖膜,隔绝了新鲜空气的进入所致。
与同样作为阻燃增效剂使用的红磷相比,硅酮无色、无味、低烟,而红磷颜色紫红,燃烧时会产生大量烟雾和难闻的气味,所以长久以来难以在无卤电缆料中推广使用。
作为阻燃增效剂使用的硅酮另一个优点是有内外润滑作用(见后节),而其最大的美中不足(缺点)是“不延燃性”差,此问题由来已久,并一直受到客户和有关专家的关注,相信会在不久的将来得到解决。
二、润滑剂或流变改性剂
2.1聚乙烯料
众所周知,在挤制聚乙烯绝缘或护套电线电缆时,会经常出现“鲨鱼皮”现象,尤其是在挤出线性低密度聚乙烯(LLDPE)或超低密度聚乙烯(ULDPE或POE)时。挤出交联聚乙烯料(无论是过氧化物交联还是硅烷交联),也会时而发生“鲨鱼皮”现象,其原因是因为材料配方中的润滑体系考虑欠周。目前国际通行的做法是在配方中加入微量的含氟聚合物,但成本较高,应用有限。
我们通过试验,在聚乙烯料或交联聚乙烯料中加入微量的超高分子量硅酮(0.1-0.2%)即可有效防止“鲨鱼皮”的产生,同时借助其润滑作用,还能有效降低挤出扭矩,以免拖动电机因过载而停机。
作为润滑剂使用的硅酮由于加入量极少,所以要使硅酮在加工过程中起作用,必须使硅酮在材料中均匀分布。由于硅酮在化学上呈惰性,所以不会与配方中的组分其化学作用。建议电缆料厂在塑化造粒时就将硅酮均匀混入其中,以利线缆厂使用。
2.2无卤阻燃料
前已述及,由于此类材料中含有大量的阻燃剂(矿物粉),使做出的材料粘度极高,流动性极差;粘度高,使挤出时,电机难以拖动,流动性差使挤出时出胶量小。所以,线缆厂在挤制无卤线缆时,其效率仅为聚氯乙烯的1/2~1/3。而在无卤料的配方中适当加入一定量的硅酮,不仅提高了材料的阻燃性能,而且明显改善了挤出流动性和降低了材料的粘度。