王射林 王思遠(yuǎn)

摘? ?要：由于含鹵電纜在火災(zāi)中燃燒會(huì)釋放出大量有害氣體和煙霧，極易造成人員傷亡，這已引起了世界各國(guó)對(duì)電線電纜阻燃和低煙無(wú)鹵問(wèn)題的高度重視。文章利用FTIR，TGA法對(duì)PVC以及低煙無(wú)鹵電纜料成分定性定量分析進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：PVC;低煙無(wú)鹵電纜;成分;樣品檢測(cè)

1? ? 項(xiàng)目介紹

（1）項(xiàng)目名稱(chēng)：聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）以及低煙無(wú)鹵電纜護(hù)套料性能研究與開(kāi)發(fā)。

（2）技術(shù)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)70 ℃和90 ℃的PVC電纜護(hù)套材料，低煙無(wú)鹵材料的檢測(cè)，識(shí)別上述材料是否發(fā)生變化，便于對(duì)原材料進(jìn)行品質(zhì)管控。

（3）技術(shù)內(nèi)容：針對(duì)70 ℃和90 ℃的PVC電纜護(hù)套材料，低煙無(wú)鹵材料，建立快速評(píng)定方法，以便對(duì)采購(gòu)的原材料進(jìn)廠驗(yàn)收，了解進(jìn)廠材料成分及配方穩(wěn)定性。

（4）技術(shù)方法和路線：利用傅里葉紅外光譜儀檢測(cè)設(shè)備、研究分析成果，對(duì)樣品材料進(jìn)行分析，達(dá)到對(duì)樣品的成分定性和部分定量結(jié)果分析。

2? ? 項(xiàng)目研究方案

2.1? 研究基礎(chǔ)

為順利開(kāi)展樣品檢測(cè)工作并建立一套材料質(zhì)量快速評(píng)價(jià)方法，我們首先對(duì)70 ℃和 90 ℃聚氯乙烯電纜護(hù)套材料和低煙無(wú)鹵材料方面的資料進(jìn)行調(diào)研。本次資料調(diào)研主要分為3個(gè)部分：（1）待檢材料樣品調(diào)研。（2）國(guó)內(nèi)PVC以及低煙無(wú)鹵電纜料知名生產(chǎn)廠家及其產(chǎn)品物性調(diào)研。（3）電線電纜用PVC護(hù)套料應(yīng)用技術(shù)參數(shù)調(diào)研。通過(guò)資料調(diào)研了解到，這些待檢樣品在電線電纜行業(yè)的用途，如HR-70系列為70 ℃柔軟護(hù)層級(jí)軟聚氯乙烯塑料，PVC-ST2系列為90 ℃熱塑性聚氯乙烯塑料，PVC-ST3系列為交聯(lián)聚乙烯、絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜用塑料。目前，國(guó)內(nèi)的大型PVC以及低煙無(wú)鹵電纜料廠家在生產(chǎn)PVC電纜護(hù)套料時(shí)所關(guān)注的產(chǎn)品物理性能，通過(guò)以上資料的調(diào)研，進(jìn)一步總結(jié)歸納出，在建立樣品的快速評(píng)價(jià)方法時(shí)，需要關(guān)注的物理性能，如材料的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊脆化溫度、20 ℃體積電阻率、介電強(qiáng)度、熱變形、200 ℃熱穩(wěn)定時(shí)間、老化后抗拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度變化率）、老化后斷裂伸長(zhǎng)率（斷裂伸長(zhǎng)變化率）、質(zhì)量損失率。對(duì)于阻燃/高阻燃/低煙低鹵阻燃PVC護(hù)套料還需要關(guān)注其氧化指數(shù)、氯化氫等鹵酸氣體釋放量、煙密度（N-溴代琥珀酰亞胺法無(wú)焰）、煙密度（N-溴代琥珀酰亞胺法有焰）等。

3? ? 樣品檢測(cè)

本項(xiàng)目的核心是建立一種樣品快速質(zhì)檢評(píng)價(jià)方案，重點(diǎn)是要研發(fā)一種快速區(qū)分樣品之間差異的方法，找出影響材料性能的關(guān)鍵因素，并探究如何影響材料的性能。同時(shí)，根據(jù)上述資料調(diào)研，我們需要對(duì)每組樣品中所關(guān)注的物理性能進(jìn)行測(cè)試，以考察其是否滿(mǎn)足電纜護(hù)套料的物性指標(biāo)要求。

基于一般塑料產(chǎn)品的檢測(cè)方法和過(guò)程，本文擬定了該類(lèi)聚氯乙烯電纜護(hù)套料產(chǎn)品的檢測(cè)分析方案。

（1）通過(guò)傅里葉紅外光譜儀對(duì)這7組樣品進(jìn)行初步的定性分析。（2）對(duì)加工前的樣品進(jìn)行熱重分析（Thermal Gravity Analysis，TG），得到每組樣品相應(yīng)的熱性能參數(shù)，如樣品的初始熱失重溫度、基體的初始分解溫度以及基體在初始分解時(shí)的最大分解速率溫度，為后續(xù)加工實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件和差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimeter，DSC）測(cè)試的測(cè)試條件提供了參考。（3）對(duì)這些原料進(jìn)行加工得到7組加工后的樣品，并對(duì)加工后的樣品進(jìn)行熱重分析。（4）對(duì)加工前后的這7組樣品進(jìn)行DSC分析，同時(shí)，對(duì)加工后樣品的物性進(jìn)行測(cè)試。

4? ? 檢測(cè)分析

4.1? 紅外檢測(cè)分析

（1）檢測(cè)目的：對(duì)樣品進(jìn)行初步的定性分析并探究7組樣品在結(jié)構(gòu)上的差異。

（2）檢測(cè)設(shè)備：傅里葉紅外光譜儀。

（3）圖線分析：特征區(qū)。2919：—CH2—不對(duì)稱(chēng)伸縮，2850：—CH2—對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，1719：C=O（酯），1414：—CH2—CHCl—對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)。指紋區(qū)。1266：—CH—Cl伸縮振動(dòng)，1111：—C—C—骨架彎曲振動(dòng)，614：C—Cl伸縮振動(dòng)，726：長(zhǎng)鏈飽和烴-（CH2）n—（n≥4）面內(nèi)搖擺振動(dòng)，常分裂為雙峰。

（4）結(jié)論：1～6號(hào)樣品紅外曲線相似度較高，皆為添加了增塑劑的PVC材料，最后一組樣品與前6組有著顯著區(qū)別，分析其為聚烯烴類(lèi)材料。

4.2? 熱重檢測(cè)分析

（1）檢測(cè)目的：探究每組樣品加工前后的熱穩(wěn)定性以及7組樣品之間的熱性能差異。

（2）檢測(cè)設(shè)備：熱重分析儀。

從熱重曲線中可以看出這7組樣品彼此之間的差別在加工前后差異不大，第一段熱分解過(guò)程中，7號(hào)樣品在加工前的初始熱分解溫度為284 ℃，高于前6組樣品，同時(shí)，其初始最大熱分解速率溫度也高于前6組。至于前6組樣品的第二個(gè)熱分解階段（主鏈的裂解），彼此之間較為分散的原因是每組樣品所含的PVC基體不同。由于這些樣品對(duì)于塑料生產(chǎn)廠家而言是通過(guò)PVC樹(shù)脂和增塑劑、穩(wěn)定劑等助劑加工而成的產(chǎn)品，而對(duì)于電線電纜加工企業(yè)而言則是用來(lái)生產(chǎn)電纜的原料，所以需要對(duì)這些樣品加工前后的TG曲線（見(jiàn)圖1）進(jìn)行比對(duì)，來(lái)考察每組樣品自身在加工前后其熱重曲線是否穩(wěn)定、有無(wú)變化。樣品加工前熱分析數(shù)據(jù)如表1所示。

（3）圖線分析：從抽出的這4組樣品的熱重曲線圖中可以看出，1號(hào)樣品在加工前后的熱重曲線較為穩(wěn)定，只是在填料的分解階段熱重分析（Differential Thermal Gravity，DTG）曲線峰向左略微偏移。對(duì)于3號(hào)和5號(hào)樣品，其DTG曲線在初始分解階段的最大熱分解速率相比于加工前有一定的升高，分析其原因是原料經(jīng)過(guò)加工后使得體系內(nèi)的穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，材料的熱穩(wěn)定性降低，最大分解速率提高。7號(hào)聚烯烴類(lèi)樣品在加工前后的熱重曲線沒(méi)明顯變化。

（4）結(jié)論：第7組樣品與前6組樣品的熱分解行為存在差異，前6組PVC類(lèi)材料樣品中2，3，4號(hào)樣品的熱分解曲線相似度很高，說(shuō)明這3組樣品的PVC質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同或非常相近，而1號(hào)樣品的PVC質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于2，3，4號(hào)樣品，6號(hào)樣品的PVC質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于1號(hào)樣品，且部分樣品在加工前后的熱穩(wěn)定性發(fā)生了變化。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)項(xiàng)目的要求，對(duì)國(guó)內(nèi)外PVC電纜料和低煙無(wú)鹵阻燃材料進(jìn)行了調(diào)研和文獻(xiàn)的查閱，并PVC電纜料和低煙無(wú)鹵阻燃材料樣品進(jìn)行基本物理性能、阻燃性能和熱性能的表征和分析。同時(shí)，考察了樣品經(jīng)加工后性能的變化，發(fā)現(xiàn)不同配方的材料經(jīng)熱加工和成型后其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和熱性能發(fā)生不同程度的變化，導(dǎo)致材料的宏觀性能發(fā)生變化。因此，可以根據(jù)材料在加工過(guò)程中的聚集態(tài)和熱性能的變化快速表征材料的性能。

Abstract：Because halogenated cables burn in fires， they will release a lot of harmful gases and fumes， which can easily cause casualties. This has caused the world to pay great attention to the flame retardant and low-smoke and halogen-free problems of wire and cable. In this paper， FTIR and TGA methods are used to explore the qualitative and quantitative analysis of PVC and low-smoke halogen-free cable materials.

Key words：PVC; low-smoke halogen-free cable; composition; sample detection