郭偉杰

摘要：主要進(jìn)行一種室溫硅烷交聯(lián)型低煙無(wú)鹵阻燃電纜料的研究，將低煙無(wú)鹵的阻燃性和硅烷交聯(lián)電纜料因?yàn)榻宦?lián)結(jié)構(gòu)形成的優(yōu)良電氣性能、物理性能等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，并且實(shí)現(xiàn)電纜成品在自然條件下放置一段時(shí)間可以自發(fā)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，降低電纜蒸煮能耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)保型產(chǎn)品對(duì)傳統(tǒng)電纜料產(chǎn)品的替代。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還研究了不同填料含量對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的效果，以及不同的催化劑對(duì)交聯(lián)速度以及電纜表面光潔度的影響。

關(guān)鍵詞：低煙無(wú)鹵；室溫硅烷交聯(lián)；阻燃；電纜料

本課題希望研發(fā)一種室溫硅烷交聯(lián)型低煙無(wú)鹵阻燃電纜料，它與硅烷交聯(lián)聚乙烯一樣，A、B料混合后擠出電纜即可，最大的特點(diǎn)是能夠在室溫條件下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后自然交聯(lián)，并且具有良好的阻燃性能。本實(shí)驗(yàn)以線(xiàn)性低密度聚乙烯為主要原料，經(jīng)接枝加工后再加入阻燃劑、潤(rùn)滑劑和抗銅劑等，以不同配比在密煉機(jī)中進(jìn)行共混，制備出具有阻燃性能的阻燃A料，同時(shí)將催化劑、抗氧劑等加入聚乙烯樹(shù)脂加工成催化劑母料B料。制造電纜時(shí)將A、B料按一定比例混合后擠出即可，生產(chǎn)出的電纜能夠在室溫條件下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后自然交聯(lián)，具有良好的電氣性能。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試樣制備

1.1.1接枝聚乙烯材料的制備根據(jù)我們所要求的材料性能，本產(chǎn)品的工作溫度，以及普及多年的兩步法硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣料的配方，我們選用LLDPE和LDPE混合作為主要基材，接枝交聯(lián)劑選用乙烯基三甲氧基硅烷，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出樹(shù)脂的同時(shí)按一定量加入，擠出造粒即可得到接枝聚乙烯材料。

1.1.2阻燃A料的制備將接枝聚乙烯材料和阻燃劑以及各種助劑等材料準(zhǔn)確稱(chēng)量后加入密煉機(jī)，密煉時(shí)間10～20min，密煉溫度130～140℃，密煉完成后進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)擠出造粒冷卻后得到阻燃A料。

1.1.3催化母料B料的制備將低密度聚乙烯、催化劑、和抗氧劑按配方稱(chēng)好后加入高速混合機(jī)混合均勻后一起加入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)水冷拉條切粒，干燥后得到催化母料B料。

1.1.4A、B料混合擠出制備樣品在阻燃A料和催化母料B料均制備完成后，即可進(jìn)行擠出實(shí)驗(yàn)，將阻燃A料和B料按一定比例混合均勻后在小型擠出機(jī)上擠出制片，要求厚度在（1.0±0.1）mm，在擠出模口采用壓輥軋光試樣，取其中部分片材裁成小段后用平板硫化機(jī)壓制成3mm厚的片材，用專(zhuān)用工具裁成氧指數(shù)測(cè)試樣條，然后在在自然條件下（（23±2）℃，濕度>50%）放置72小時(shí)后進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。

2測(cè)試結(jié)果分析

2.1交聯(lián)劑比例對(duì)接枝聚乙烯交聯(lián)度的影響

制備硅烷交聯(lián)聚乙烯主要包含兩個(gè)過(guò)程：接枝和交聯(lián)。在接枝過(guò)程中，聚合物在過(guò)氧化物引發(fā)劑的自由基作用下，失去叔碳原子上的H原子產(chǎn)生自由基，該自由基與乙烯基硅烷的-CH=CH2基反應(yīng)，生成含有三氧基硅酯基的接枝聚合物。在交聯(lián)過(guò)程中，接枝聚合物首先在水的作用下發(fā)生水解生成硅醇，-OH與鄰近的Si-O-H基團(tuán)縮合形成Si-O-Si鍵，從而使聚合物大分子間產(chǎn)生交聯(lián)。本實(shí)驗(yàn)獨(dú)創(chuàng)的工藝流程中的第一個(gè)步驟就是制備接枝聚乙烯。采用雙螺桿雙階造粒機(jī)，首先按比例準(zhǔn)確混合LDPE和LLDPE兩種樹(shù)脂，同時(shí)將交聯(lián)劑DCP和抗氧劑混合加入乙烯基三甲氧基硅烷中混合均勻，溶解后形成復(fù)配硅烷待用。然后將混合樹(shù)脂根據(jù)擠出速度按量投入雙螺桿擠出機(jī)料斗中，通過(guò)調(diào)節(jié)硅烷注射槍來(lái)調(diào)節(jié)復(fù)配硅烷的加入量，然后經(jīng)過(guò)擠出造粒即得到接枝聚乙烯材料。

2.2填料種類(lèi)及含量對(duì)材料性能的影響

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T32129-2015對(duì)本材料的性能要求，制備阻燃A料的主要目的是使材料的阻燃性能達(dá)到要求，并且在一定條件下能進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，同時(shí)其他機(jī)械性能、電氣性能也必須在合格范圍內(nèi)。阻燃劑的種類(lèi)和加入量對(duì)材料的阻燃性能有著決定性的影響，所以需要對(duì)配方進(jìn)行多次調(diào)試。

氫氧化鋁具有十分良好的阻燃抑煙效果，且由于分解溫度高于一般聚烯烴加工溫度，價(jià)格低廉，在低煙無(wú)鹵阻燃電纜料中使用量最大，但由于本實(shí)驗(yàn)材料是硅烷交聯(lián)類(lèi)型，而氫氧化鋁中由于-OH含量較高并且易吸收水分，對(duì)硅烷的交聯(lián)反應(yīng)有促進(jìn)作用，所以添加大量氫氧化鋁的材料在擠出過(guò)程中容易產(chǎn)生預(yù)交聯(lián)，影響電纜的加工性能和表面光潔度，作者經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)最終采取了多種阻燃劑復(fù)配的填料體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著磷氮阻燃劑比例的增加，材料的氧指數(shù)提高，并且預(yù)交聯(lián)時(shí)間大大的延長(zhǎng)，但由于磷氮阻燃劑成本較高，而實(shí)際生產(chǎn)中僅需要保證預(yù)交聯(lián)時(shí)間大于20min即可，所以磷氮阻燃劑用量為20～40份可以使材料具有較為優(yōu)良的性能。

2.3相容劑對(duì)阻燃A料力學(xué)性能的影響

在制備低煙無(wú)鹵阻燃材料的過(guò)程中，為了達(dá)到較好的阻燃效果，往往阻燃填料的添加量很大，這會(huì)引起材料的機(jī)械性能大幅下降，一般采用各種手段提高阻燃劑與樹(shù)脂體系間的相容結(jié)合程度，改善體系的分散塑化效果，以此來(lái)有效提高材料的物理機(jī)械性能。由于本實(shí)驗(yàn)所制備的材料需要在最后才進(jìn)行硅烷交聯(lián)反應(yīng)，所以不適合用硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑進(jìn)行填料處理來(lái)提高物理性能。本實(shí)驗(yàn)采取增加馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯相容劑來(lái)提高無(wú)機(jī)填料和樹(shù)脂之間的結(jié)合強(qiáng)度，由此來(lái)提高材料整體的物理機(jī)械性能。本實(shí)驗(yàn)研究了不同相容劑用量的情況下對(duì)材料力學(xué)性能的影響。

2.4 不同催化劑對(duì)材料自然條件下交聯(lián)速度的影響

室溫硅烷交聯(lián)型低煙無(wú)鹵阻燃電纜料在生產(chǎn)成電纜以后在自然條件下的交聯(lián)速度，跟催化母粒B料有著極大的關(guān)系，催化劑在電纜加工溫度下的反應(yīng)速度越快，后面電纜的交聯(lián)速度越快，但當(dāng)交聯(lián)速度太快，以至于在加工過(guò)程中就已經(jīng)完成交聯(lián)反應(yīng)時(shí)，則會(huì)造成電纜表面出現(xiàn)不光滑的現(xiàn)象，本產(chǎn)品要求達(dá)到電纜在自然條件下能夠盡快交聯(lián)的同時(shí)保證電纜加工過(guò)程中表面情況良好。

2.5 室溫交聯(lián)型無(wú)鹵阻燃硅烷絕緣料的性能

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究不同材料組分對(duì)材料力學(xué)性能和電氣性能的影響，以及對(duì)電纜料擠出工藝性能的影響，經(jīng)過(guò)多次對(duì)配方及工藝的調(diào)整，制備出了各項(xiàng)性能均能達(dá)到電線(xiàn)電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的材料，測(cè)得性能。

3結(jié)論

（1）硅烷接枝聚乙烯材料的制備過(guò)程中硅烷和催化劑的比例需要相互配合，并且催化劑的品種在硅烷交聯(lián)聚烯烴電纜料的制備中，必須保證有機(jī)錫催化劑和硅烷的最佳配比，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了不同品種催化劑以及復(fù)配催化劑交聯(lián)反應(yīng)速度的對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)于材料制成電纜后在室溫條件下的交聯(lián)速度有很大影響，采用復(fù)合催化劑可得到最佳效果。（2）大量使用氫氧化鋁作為阻燃填料容易引起預(yù)交聯(lián)，對(duì)產(chǎn)品的擠出表面有所影響，需要將氫氧化鋁和其他非金屬氫氧化物的阻燃劑配合使用，并且氫氧化鋁含量不能超過(guò)30%。（3）加入相容劑馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯能改善阻燃填料與基體樹(shù)脂的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而有效提升材料的力學(xué)性能，但添加量有一個(gè)最佳范圍，本試驗(yàn)中的最佳添加量為7.5%～12.5%。

參考文獻(xiàn)：

[1]張顯友，韓志東，吳澤.硅烷交聯(lián)阻燃聚烯烴電纜料的研究[J].絕緣材料通訊，2000，1：15-19.

（作者單位：南京中超新材料股份有限公司）