低煙無鹵阻燃電纜料的研究現(xiàn)狀分析

張 元，黃秋潔

(珠海市橫琴新區(qū)英才人力資源服務(wù)有限公司，廣東 珠海 519031)

電線電纜的絕緣及護(hù)套材料主要由各種有機(jī)高分子材料組成，如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚烯烴、乙丙橡膠(EPR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、氯丁二烯共聚物(CR)、氟樹脂(PTFE)、氯化聚醚(CPE)、聚酰胺(PA)等高分子材料。高分子材料的分子結(jié)構(gòu)多樣性確保了電纜料的抗拉強(qiáng)度、伸長率、彎曲性、彈性等機(jī)械性能的不同要求。然而有機(jī)高分子電纜料的可燃性導(dǎo)致了很多的電氣火災(zāi)的發(fā)生，所造成的財(cái)產(chǎn)損失位居近10年來的各類火災(zāi)原因之首。據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局今年統(tǒng)計(jì)，2018年我國發(fā)生的火災(zāi)中，電氣火災(zāi)占比34.6%仍居各類火災(zāi)首位，重大和較大火災(zāi)事故大部分也是電氣火災(zāi)[1]。電纜著火是電氣火災(zāi)最主要的原因，電纜著火時(shí)有機(jī)濃煙，嚴(yán)重影響視線，還產(chǎn)生CO、CO2等氣體導(dǎo)致受困吸入而中毒窒息死亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)因火災(zāi)死亡人員中有三分之二是由于吸入電線電纜燃燒時(shí)釋放出的氣體而窒息死亡[2]。因此，如何降低電線電纜火災(zāi)的發(fā)生率以及發(fā)生火災(zāi)的死亡率，做到電線電纜低煙、阻燃的安全環(huán)保效果，已成為行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)科研方向之一[3]。

1 低煙無鹵阻燃材料的分析比較

目前國內(nèi)對無鹵阻燃電纜料的開發(fā)研究，主要集中在基體樹脂和無機(jī)阻燃劑兩個(gè)方面。低煙無鹵阻燃電線電纜料的基體樹脂主要成分是不含鹵素的聚合物[4-5]。它們?nèi)紵龝r(shí)分解出CO2和H2O，不產(chǎn)生明顯的有毒氣體和煙霧，如聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠等。

無機(jī)阻燃劑具有環(huán)保、毒性小、成本低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[6]，主要包括無機(jī)金屬水合物、膨脹型阻燃劑、無機(jī)磷系阻燃劑及硼化物、納米復(fù)合物等，不同的阻燃劑其阻燃機(jī)理也各不相同[7-8]。這些常用無機(jī)阻燃劑的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 常用無鹵阻燃劑之間的比較Table 1 Comparison of some generally used halogen-free flame retardants

2 研究現(xiàn)狀

低煙無鹵阻燃電纜料的耐低溫性能不僅受限于低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，還與材料的交聯(lián)度、無機(jī)填充量有關(guān)。馬芝森等[17]通過研究對比有機(jī)和無機(jī)阻燃劑在添加量不同時(shí)對低煙無鹵阻燃材料的機(jī)械性能和耐低溫性能的影響，設(shè)計(jì)了具有耐低溫性能的低煙無鹵阻燃電纜護(hù)套料的配方。試驗(yàn)結(jié)果表明，所試制的電纜料具有良好的機(jī)械性能、阻燃性能和耐-35 ℃的低溫性能。

包金芳等[18]對輻照交聯(lián)低煙無鹵阻燃聚烯烴材料輻照前、后抗撕強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度相互關(guān)系、影響因素進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基材種類、阻燃劑種類、阻燃劑添加量都會(huì)影響輻照交聯(lián)低煙無鹵電纜料材料的抗撕性能，特別是阻燃劑添加量對其抗撕強(qiáng)度影響較大。

王競[19]通過添加特種抗開裂阻燃協(xié)同劑，提高了低煙無鹵阻燃電纜料的抗開裂性能?？归_裂阻燃協(xié)同劑的添加提高材料的力學(xué)性能。氧指數(shù)測試表明：阻燃電纜料燃燒后可形成炭層，提高了材料的阻燃穩(wěn)定性，防止滴落現(xiàn)象。力學(xué)性能測試表明：阻燃劑與樹脂的相容性增強(qiáng)，并且不影響原有的力學(xué)性能。低煙無鹵阻燃電纜護(hù)套料具有較好的抗開裂性能。

馮明艷等[20]研究出一種室溫硅烷交聯(lián)型低煙無鹵阻燃電纜料，將低煙無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、機(jī)械性能等優(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)品對傳統(tǒng)電纜料產(chǎn)品的替代。

綜合以上文獻(xiàn)分析說明，通過有機(jī)高分子之間交聯(lián)反應(yīng)或者有機(jī)高分子與不同阻燃劑之間的協(xié)同作用，可以提高電線電纜料的阻燃、耐低溫、機(jī)械性能和電氣性能，達(dá)到在不同應(yīng)用場景下電纜的需要的機(jī)械性能和電氣性能。

3 結(jié) 語

研究環(huán)保、高效的阻燃劑是低煙無鹵電線電纜料的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外目前也取得了一系列的實(shí)際應(yīng)用成果，但是阻燃劑在電線電纜料的應(yīng)用存在效果不佳、市場化單一、成本高等缺點(diǎn)，目前還要從反應(yīng)機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用兩方面繼續(xù)深入研究。無鹵阻燃劑的成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了它具有極性強(qiáng)、親水性等特點(diǎn)，而親油性的基體高分子材料與極性弱的材料難相容。綜合相關(guān)文獻(xiàn)分析[21]，提高無鹵阻燃劑的研發(fā)趨勢是：(1)協(xié)同效應(yīng)，根據(jù)阻燃劑分子之間的協(xié)同作用提高阻燃性能，并綜合體系內(nèi)各自的特征性能，既可阻燃又可抑煙；(2)表面改性技術(shù)，利用包覆技術(shù)為改善其與聚合物間的界面親和性和粘接力。(3)顆粒超細(xì)化，細(xì)化可達(dá)納米級，在增加阻燃劑與材料接觸面積的同時(shí)降低了阻燃劑的用量，材料的相容性也得到提高。超細(xì)化顆粒具有防止阻燃劑遷移、改善阻燃效果、提高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，對組分之間復(fù)合與增效制造多功能阻燃材料也十分有利。

隨著市場對安全、環(huán)保、健康等人性需求的高度重視，和復(fù)配協(xié)同、表面改性以及納米化等研發(fā)技術(shù)的逐步成熟，電線電纜料阻燃劑的應(yīng)用將更加低毒化、高效化、環(huán)?；瑸槿藗兊纳钐峁└嗟男枨蠛捅憷?。