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塑料知識(shí):硅酮母粒在電纜料中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2018-05-11
含有超高分子量硅酮,以聚烯烴或礦物粉作載體的母料(粒狀或干粉狀)作為加工助劑,國(guó)內(nèi)最早是在十年前從美國(guó)道康寧公司引入,先作為潤(rùn)滑劑或流變改性劑使用,當(dāng)發(fā)現(xiàn)其能與金屬水合物協(xié)同,作為阻燃增效劑使用后,用量陡然增長(zhǎng),國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家也如同雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。

商用的硅酮母料技術(shù)參數(shù)應(yīng)包含如下內(nèi)容:
(1)硅酮含量:應(yīng)明確注明。用作阻燃增效劑時(shí),含量在40~80%之間,
而用作流變改性劑時(shí),含量在5~50%之間
(2)載體:應(yīng)考慮與硅酮或用戶主配方基材的相容性,注明載體的聚合物名稱、熔融指數(shù),以便用戶在設(shè)計(jì)配方時(shí)參考。如果以無(wú)機(jī)礦物粉作為載體,則應(yīng)注明粉末名稱。無(wú)機(jī)粉末的白度和細(xì)度對(duì)客戶至關(guān)重要,應(yīng)盡可能選用白凈、微米級(jí)的粉末制作。
一、無(wú)鹵阻燃增效劑
近五年來(lái),我國(guó)的阻燃電纜無(wú)鹵化發(fā)展十分迅猛,初步統(tǒng)計(jì),每年以20~50%的速度遞增,我國(guó)去年(2009年)在線纜行業(yè)就用掉了近10萬(wàn)噸的無(wú)鹵阻燃電纜料。這些料絕大部分采用金屬水合物[Al(OH)3或Mg(OH)2]作阻燃劑,而且在配方中的添加量都在60%以上。即使如此,無(wú)鹵阻燃料仍然存在阻燃效果差,特別是氧指數(shù)低,自熄性差的問(wèn)題。試驗(yàn)表明適量加入硅酮,對(duì)氧指數(shù)的提高十分明顯,尤其是與Mg(OH)2體系協(xié)同(見圖1)。
試驗(yàn)還表明,用氧指數(shù)大于36的無(wú)鹵阻燃料,就可使絕大部分外徑大于3mm的電線電纜通過(guò)單根垂直燃燒試驗(yàn),其原因就在于配方中有硅酮的加入,使電線燃燒時(shí),熱釋放速度降低,同時(shí)在燃燒表面形成一層二氧化硅的覆蓋膜,隔絕了新鮮空氣的進(jìn)入所致。
與同樣作為阻燃增效劑使用的紅磷相比,硅酮無(wú)色、無(wú)味、低煙,而紅磷顏色紫紅,燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙霧和難聞的氣味,所以長(zhǎng)久以來(lái)難以在無(wú)鹵電纜料中推廣使用。
作為阻燃增效劑使用的硅酮另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有內(nèi)外潤(rùn)滑作用(見后節(jié)),而其最大的美中不足(缺點(diǎn))是“不延燃性”差,此問(wèn)題由來(lái)已久,并一直受到客戶和有關(guān)專家的關(guān)注,相信會(huì)在不久的將來(lái)得到解決。
二、潤(rùn)滑劑或流變改性劑
2.1聚乙烯料
眾所周知,在擠制聚乙烯絕緣或護(hù)套電線電纜時(shí),會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)“鯊魚皮”現(xiàn)象,尤其是在擠出線性低密度聚乙烯(LLDPE)或超低密度聚乙烯(ULDPE或POE)時(shí)。擠出交聯(lián)聚乙烯料(無(wú)論是過(guò)氧化物交聯(lián)還是硅烷交聯(lián)),也會(huì)時(shí)而發(fā)生“鯊魚皮”現(xiàn)象,其原因是因?yàn)椴牧吓浞街械臐?rùn)滑體系考慮欠周。目前國(guó)際通行的做法是在配方中加入微量的含氟聚合物,但成本較高,應(yīng)用有限。
我們通過(guò)試驗(yàn),在聚乙烯料或交聯(lián)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“鯊魚皮”的產(chǎn)生,同時(shí)借助其潤(rùn)滑作用,還能有效降低擠出扭矩,以免拖動(dòng)電機(jī)因過(guò)載而停機(jī)。
作為潤(rùn)滑劑使用的硅酮由于加入量極少,所以要使硅酮在加工過(guò)程中起作用,必須使硅酮在材料中均勻分布。由于硅酮在化學(xué)上呈惰性,所以不會(huì)與配方中的組分其化學(xué)作用。建議電纜料廠在塑化造粒時(shí)就將硅酮均勻混入其中,以利線纜廠使用。
2.2無(wú)鹵阻燃料
前已述及,由于此類材料中含有大量的阻燃劑(礦物粉),使做出的材料粘度極高,流動(dòng)性極差;粘度高,使擠出時(shí),電機(jī)難以拖動(dòng),流動(dòng)性差使擠出時(shí)出膠量小。所以,線纜廠在擠制無(wú)鹵線纜時(shí),其效率僅為聚氯乙烯的1/2~1/3。而在無(wú)鹵料的配方中適當(dāng)加入一定量的硅酮,不僅提高了材料的阻燃性能,而且明顯改善了擠出流動(dòng)性和降低了材料的粘度。