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塑料知識:硅酮母粒在電纜料中的應用

發布時間: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,國內最早是在十年前從美國道康寧公司引入,先作為潤滑劑或流變改性劑使用,當發現其能與金屬水合物協同,作為阻燃增效劑使用后,用量陡然增長,國內的生產廠家也如同雨后春筍般不斷涌現。

商用的硅酮母料技術參數應包含如下內容:
(1)硅酮含量:應明確注明。用作阻燃增效劑時,含量在40~80%之間,
而用作流變改性劑時,含量在5~50%之間
(2)載體:應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,以便用戶在設計配方時參考。如果以無機礦物粉作為載體,則應注明粉末名稱。無機粉末的白度和細度對客戶至關重要,應盡可能選用白凈、微米級的粉末制作。
一、無鹵阻燃增效劑
近五年來,我國的阻燃電纜無鹵化發展十分迅猛,初步統計,每年以20~50%的速度遞增,我國去年(2009年)在線纜行業就用掉了近10萬噸的無鹵阻燃電纜料。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,無鹵阻燃料仍然存在阻燃效果差,特別是氧指數低,自熄性差的問題。試驗表明適量加入硅酮,對氧指數的提高十分明顯,尤其是與Mg(OH)2體系協同(見圖1)。
試驗還表明,用氧指數大于36的無鹵阻燃料,就可使絕大部分外徑大于3mm的電線電纜通過單根垂直燃燒試驗,其原因就在于配方中有硅酮的加入,使電線燃燒時,熱釋放速度降低,同時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入所致。
與同樣作為阻燃增效劑使用的紅磷相比,硅酮無色、無味、低煙,而紅磷顏色紫紅,燃燒時會產生大量煙霧和難聞的氣味,所以長久以來難以在無鹵電纜料中推廣使用。
作為阻燃增效劑使用的硅酮另一個優點是有內外潤滑作用(見后節),而其最大的美中不足(缺點)是“不延燃性”差,此問題由來已久,并一直受到客戶和有關專家的關注,相信會在不久的將來得到解決。
二、潤滑劑或流變改性劑
2.1聚乙烯料
眾所周知,在擠制聚乙烯絕緣或護套電線電纜時,會經常出現“鯊魚皮”現象,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。擠出交聯聚乙烯料(無論是過氧化物交聯還是硅烷交聯),也會時而發生“鯊魚皮”現象,其原因是因為材料配方中的潤滑體系考慮欠周。目前國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,應用有限。
我們通過試驗,在聚乙烯料或交聯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”的產生,同時借助其潤滑作用,還能有效降低擠出扭矩,以免拖動電機因過載而停機。
作為潤滑劑使用的硅酮由于加入量極少,所以要使硅酮在加工過程中起作用,必須使硅酮在材料中均勻分布。由于硅酮在化學上呈惰性,所以不會與配方中的組分其化學作用。建議電纜料廠在塑化造粒時就將硅酮均勻混入其中,以利線纜廠使用。
2.2無鹵阻燃料
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,流動性極差;粘度高,使擠出時,電機難以拖動,流動性差使擠出時出膠量小。所以,線纜廠在擠制無鹵線纜時,其效率僅為聚氯乙烯的1/2~1/3。而在無鹵料的配方中適當加入一定量的硅酮,不僅提高了材料的阻燃性能,而且明顯改善了擠出流動性和降低了材料的粘度。