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介紹了陶瓷化低煙無鹵聚烯烴耐火材料的開發背景,考察了成瓷體系、基體樹脂配比、成瓷填料用量等因素對複合材料的成瓷性能和力學性能的影響,確定了各組分的最佳配比,並對陶瓷化低煙無鹵耐火材料的發展方向進行了展望。

The articleintroduces the development background of ceramic low-smoke polyolefinhalogen-free flame retardant (HFFR) material. The effects of ceramic system,basic resin ratio and ceramic filler dose on the ceramic properties andmechanical properties of the composites are studied for the optimal formula foreach component. In addition, the development trend of the material isdiscussed.


為了保證火災情況下的供電可靠性,延長火災事故中人員的逃生時間和救援時間,國家消防安全部門要求高層建築和大型公共建築的主要電力電纜和應急線路必須使用耐火電線電纜,並且對耐火電線電纜的耐火要求也越來越高。從最初的只要求阻燃性能到要求阻燃並在750℃火焰燃燒條件下保持通電90分鐘,再到950℃火焰燃燒條件下保持通電180分鐘,並且能夠承受一定的震動和水噴淋。

耐火標準要求的提升和銅價的飛漲,令傳統的雲母帶繞包礦物絕緣電纜和氧化鎂電纜(MI電纜)越來越難以滿足市場對耐火電纜的要求。陶瓷化高分子耐火材料的出現讓耐火電纜的發展找到了突破口。

陶瓷化高分子材料在常態下具有普通塑料橡膠的基本特性,在遇火或高溫時迅速變成堅硬的陶瓷狀殼體,保護電纜在火災中的供電能力。

目前陶瓷化硅橡膠和陶瓷化硅橡膠複合帶產品已廣泛應用於各種類型和型號的中、低壓電線電纜領域,創造了巨大的經濟價值和社會貢獻。

然而,使用陶瓷化硅橡膠材料需要專用的硅橡膠擠出硫化設備,大部分的電線電纜廠家沒有這種設備,新增設備的初期成本投入較大;使用陶瓷化硅橡膠複合帶存在生產效率低、材料成本高的問題。因此,市場急切呼喚能夠採用普通塑料電線擠出設備就能生產的陶瓷化聚烯烴耐火材料的出現。

實驗部分

實驗材料

EVA樹脂AVA含量28%EVA樹脂BVA含量40%;相容劑;陶瓷粉;成瓷助劑TP04TP08TP09TZ01TZ02TZ12;抗氧劑;加工助劑;以上材料均為工業級。

實驗設備

X(S)K-160開放式煉膠(塑)機,無錫市吉象橡塑機械有限公司;XL8平板硫化機,東方機械有限公司;ML-5L型密煉機,佰弘機械(上海)有限公司;SHJ-36型雙螺杆擠出機,南京傑恩特機電有限公司; AI-7000 S伺服控制拉力試驗機,臺灣高鐵檢測儀器有限公司。

試樣製備

將實驗材料按照一定配比混合後,在開煉機上110-130℃薄通均勻下片,然後用液壓成型機160℃下壓制成1mm2mm厚片材各兩片。

性能測試

材料的拉伸強度和斷裂伸長率採用臺灣高鐵AI-7000 S伺服控制拉力試驗機按照ASTM D 2671標準進行測試。將2mm厚樣片用模具裁成10×100mm試條進行成瓷性實驗,用丁烷氣體噴槍槍口距離樣條3釐米灼燒2-3分鐘,考察材料的成瓷性能,包括滴落性、結殼完整性、成瓷硬度等。

結果與討論

成瓷體系對材料成瓷性能的影響

成瓷助劑的種類對材料成瓷性能的影響。從測試結果可以看到TP系列助劑較TZ系列助劑在抗滴落性和結殼完整性方面好,但是在成瓷硬度上略差,因此綜合考慮選擇TP08作為成瓷助劑效果最好。

成瓷助劑的用量(體系中質量百分含量,%)對材料成瓷性能的影響。實驗顯示隨着TP08含量的增加,成瓷性能也隨之提高,當達到10%含量時,成瓷硬度已經可以滿足實際使用需求。

成瓷填料(陶瓷粉+成瓷助劑)的用量(體系中質量百分含量,%)對材料成瓷性能的影響。實驗顯示,隨着成瓷填料含量的增加,材料的成瓷性能也隨之提高,但當成瓷填料的含量超過70%的時候加工比較困難,因此,成瓷填料的用量在65%-70%之間為宜。

基體樹脂配比對材料力學性能的影響

EVA樹脂的配比(體系中質量百分含量,%)和VA含量對材料力學性能的影響如表2所示(EVA在體系中的質量分數為30%,未添加相容劑)。從表中可以看到隨着VA含量的增加材料的拉伸強度呈下降趨勢,斷裂伸長率變化不大,不過VA含量的增加可以提高材料燒結時的抗滴落性能。

相容劑與EVA樹脂用量配比(體系中質量百分含量,%)和對材料力學性能的影響如表3所示。從表中可以看到,相容劑的添加可有效提高材料的拉伸強度,但是對斷裂伸長率的影響也非常大。因此,綜合考慮選擇EVA用量27%和相容劑用量3%組合

從實驗可以看到隨着成瓷填料用量的增加,材料的拉伸強度和伸長率均呈下降趨勢。結合成瓷填料的用量對成瓷性能的影響,確定成瓷填料的用量為65%

結論

綜合以上實驗結果,陶瓷化低煙無鹵聚烯烴耐火材料最佳配比為:EVA樹脂VA含量30%,用量27%;相容劑用量3%;陶瓷粉用量65%;成瓷助劑選擇TP08,用量為10%

陶瓷化低煙無鹵聚烯烴耐火材料以其優異的耐火性能,良好的加工性能和低廉的價格現已廣泛應用於中、低壓耐火電線電纜領域,取得了良好的經濟和社會效益。陶瓷化低煙無鹵聚烯烴耐火材料作為一種新型的陶瓷化高分子材料,必將引發耐火電線電纜行業新的革命。

要点導讀

  • 陶瓷化高分子耐火材料的出現讓耐火電纜的發展找到了突破口;
  • 陶瓷化低煙無鹵聚烯烴耐火材料最佳配比為:EVA樹脂VA含量30%,用量27%;相容劑用量3%;陶瓷粉用量65%;成瓷助劑選擇TP08,用量為10%



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