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片材挤出机组全套-玖德隆机械(苏州)有限公司  
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介绍
无卤塑料片材挤出机-物美价廉
2016-10-31IP属地 火星19

无卤塑料片材挤出机-物美价廉 

无卤塑料阻燃电缆料及电缆加工研究

   电线电缆被广泛使用,与人们的工作、生活息息相关。而电线电缆大量使用的绝缘材料和护套材料大多是易燃的高分子材料,在传电能中常因自身发热或外部火灾而引起燃烧,存在火灾安全隐患,因此应用在电线电缆中的高分子材料应具有阻燃特性。最初是通过向这些高分子材料中添加卤系阻燃剂或采用含卤素的高分子材料来实现这个目标,但当发生水灾时,这些材料将释放出大量的烟雾和卤化氢气体,容易使人或动物窒息而死,造成二次灾难。因此,开发和使用高阻燃、高安全、低毒、低烟、无腐蚀必气体产生的无卤阻燃电缆已成为今后的发展方向。
    对于无卤阻燃电缆料的开发,已有文献报道,通常选用无机矿物粒子作为阻燃剂,比如Mg(OH)2、Al(OH)3等,基体树脂则是选用乙烯基树脂,包括交联聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LL-DPE)/低密度聚乙烯(LDPE)/(乙烯/乙酸乙烯醋)共聚物(E/VAC)、E/VAC、LDPE/(E/VAC)等体系。在这些研究中存在的问题均是选用单一的阻燃体系,为了达到阻燃效果,需要很高的添加量,阻燃剂在基体树脂中不能均匀分散,导致了材料的力学性能损失很大,因此其应用仍存在问题,同时这些研究大多忽视了由于高填充带来的加工问题。

 

按一定比例称取Al(OH)3、聚硅氧烷加人高速搅拌机中,搅拌机温度保持在120℃,搅拌20~30mm出料,得到复配阻燃体系[Al(OH)3经聚硅氧烷表面处理]。

    按一定、比例称取前述复配阻燃体系、聚乙烯蜡、南京塑泰ST-6马来酸酐接枝相容剂LDPE,在双螺杆挤出机中挤出造粒,得到高浓度的阻燃母粒。

    按一定比例称取LDPE、E/VAC、E/EAK、阻燃母粒及其它助剂,在双螺杆挤出机中挤出造粒,得到无卤阻燃LDPE电缆料。

    将电缆料在压机上成型并在制样机上制成标准试样。

1.4  性能测试
    拉伸性能按GB/T 1040-1992测试;

    氧指数按GB/T 2406一庄993钡J试;

    MFR按GB/T3682-200测试;

    SEM观察:将试样在液氮中脆断,断面喷金处理,然后观察断口的形貌特征并拍照

2  结果与讨论

2.1   多组分协效阻燃体系的阻燃机理

作为无卤阻燃电缆料的阻燃剂,通常选用Mg(OH)2、Al(OH)3,其阻燃机理是这些含水化合物在高温下发生分解。生成金属氧化物并释放出水。一方面金属氧化物在材料的表面形成致密的保护层,有效保护了内部易燃高分子材料,同时释放出来的水可以稀释空气中的氧浓度从而表现出阻燃效果。Mg(OH)2具有较高的起始分解温度,Al(OH)3的起始分解温度较低,因此选用Mg(OH)2作为阻燃剂的材料须具有较宽的加工温度,但从成本的角度考虑,选用Al(OH)3具有更大的优势,而且对于以LDPE为电缆料的基材,Al(OH)3的起始分解温度能满足加工要求。但据文献报道选用Al(OH)3单一组分作为阻燃剂来制备无卤阻燃电缆料时,存在填充量太大,其辱量分数通常要在60 %以上,导致材料其它性能损失太大的缺点。为此笔者从两方面着手来降低Al(OH)3的填充量并使无卤阻燃电缆料的综合性能优良:在阻燃剂方面,以Al(OH)3为主阻燃剂,配以聚硅氧烷形成复配协效阻燃体系;在基体树脂方面,以LDPE为主,配合促进结炭组分E/VAC和易成炭组分E/EAK,所得到的多组分协效阻燃树脂体系既可大大降低阻燃剂的填充量又能保证其它性能不降低。

    在复配阻燃体系中,聚硅氧烷可以作为Al(OH)3的表面包覆剂,既改善Al(OH)3与基体树脂的相容性,又能与Al(OH)3产生协效作用,有效地促进了炭层的生成,声而阻止烟的形成和火焰的蔓延。

    从表1可以看出,聚硅氧烷的加入提高了LDPE的氧指数,随着聚硅氧烷含量的增加,氧指数增加,在聚硅氧烷质量分数为6%以上时,氧指数增加缓慢,因此聚硅氧烷的质量分数占Al(OH)3的6%为宜。但在这种情况下,氧指数还不足够高,达不到UL94 V-0级。这时可以考虑通过对基体树脂进行改性来进一步提高氧指数。
2.2  LDPE的改性
    采用复合基体树脂是获得具有优良综合性能的基体材料的有效手段。J. T. Yeh等在LDPE中加人E/VAC作为改性树脂,研究发现E/VAC能增加LDPE与无机阻燃剂的界面作用力,并能促进材料燃烧生成炭层,从而使材料的阻燃、抑烟性能得到改善。何震海在无卤阻燃电缆料的研制中,也提出E/VAC能提高LDPE的阻燃性能。在这些研究中,都得出了E/VAC可以有效促进结炭的结论。但在LDPE/(E/VAC)复合体系中缺少有效的成炭组分,为了得到较高的阻燃性能,LDPE的用量必须低于E/VAC的用量。而E/VAC又是比LDPE成本更高的树脂,显然是不可行的。因此尝试在LDPE/(E/VAC)体系中添加有效成炭组分,而E/EAK是有效的成炭组分,且与LDPE和E/VAC相容,不影响力学性能。笔者尝试以LDPE为主体成分,适当配合E/VAC和E/EAK作为无卤阻燃电缆料的树脂体系。
    表2示出3种树脂不同配比时对电缆料拉伸及阻燃性能的影响:从表2可以看出,在保持基体树脂/复配阻燃剂质量比为60/40时,改变E/VAC与E/EAK的比例,对材料的拉伸性能影响不大。而与表1的结果比较可以看出,在LDPE中加人了E/VAC和E/EAK后,材料的氧指数明显提高。当LDPE/(E/VAC)/(E/EAK)配比为40:.4:16~40:8:12时具有较好的效果,可以得到综合性能优良的无卤阻燃电缆料。

 

2.3  燃体系在基体树脂中的分散
    虽然采用多组分协效阻燃体系可以降低Al(OH)3的填充量,但其填充量依旧较高,因此有必要关注阻燃剂在基体树脂中的分散,高填充下容易出现分散不均匀的问题,这会影响阻燃电缆的力学性能。导致阻燃剂分散不匀主要有两方面的因素一:一是阻燃剂大多是以超细粉末存在,而市售的LDPE基体树脂大多是较大粒径的颗粒,如果以大量的粉末和颗粒混合直接在双螺杆挤出机中造粒,将在挤出机的料仓中发生树脂颗粒与阻燃剂粉末的分离,导致不同时间段所得到的粒料中阻燃剂的含量差别较大,这是时间尺度上分散不均匀;二是由于无机阻燃剂与LDPE树脂不相容(此时需要加入南京塑泰LDPE相容剂),而无机阻燃剂粒径较小且容易团聚,LDPE熔体又属于高粘流体,这些因素导致阻燃剂很难在基体树脂中均匀分散,这是空间尺度上的分散不均匀。
    对于时间尺度上的不均匀,本研究采用先制备高浓度阻燃剂母粒后与基体树脂混合即多步混料造粒的制备工艺,这可以解决先后造粒中阻燃剂浓度差别的问题。在制备阻燃母粒时,选用低分子量的聚乙烯蜡作为载体,聚乙烯蜡熔体粘度小,有利于无机阻燃剂的分散,同时又与电缆料基体树脂LDPE相容,不影响LDPE的性质,还能作为电缆料加工时的润滑剂使用。
    解决无机阻燃剂在基体树脂中的空间分散不均匀,则需要对无机颗粒进行表面处理或添加相容剂,以改善无机颗粒的表面特性,增强与基体树脂的相容性。在本研究中,既利用聚硅氧烷对无机颗粒表面的包覆处理,又添加了高分子相容剂LDPE-g-MAH,增加了无机颗粒与基体材料的相互作用。图1为无机阻燃剂改性前后在基体树脂中分布情况的SEM照片,如图1a所示,未进行复配表面处理和添加相容剂时,Al(OH)3出现了团聚现象,而且Al(OH)3颗粒与基体材料并没有很好相容;如图1b所示,当对Al(OH)3颗粒进行了表面处理并添加相容剂后,解决了Al(OH)3团聚问题并且Al(OH)3颗粒能很好地与基体材料溶为一体。对Al(OH)3颗粒进行表面处理,除了可以改变Al(OH)3颗粒表面性质,同时在表面形成保护层,避免Al(OH)3颗粒长时间使用被CO2所消耗,有利于阻燃剂的持续作用。使用高分子相容剂,除了增加两相界面的相互作用,保证材料有足够的拉伸强度,同时利用了高分子长链与基体的缠绕作用,可以有效提高材料的断裂伸长率。

 

2.4  无卤阻燃电缆料的拉伸性能
    表3示出不同工艺及不同配方的LDPE电缆料的拉伸性能。从表3可以看出,由于Al(OH)3的大量填充导致材料的拉伸性能急剧恶化,通过复配表面处理可以使电缆料的拉伸性能得到部分的恢复,但仅使材料的拉伸强度得到提高,而断裂伸长率提高得不多;在体系中又添加了南京塑泰高分子相容剂后,不仅材料的拉伸性能进一步提高,而且断裂伸长率也恢复到较高的水平。而采用直接混料造粒工艺制备的LDPE电缆料,由于阻燃剂分布不均匀,其拉伸性能损失仍然较大。

 

2.5  无卤阻燃电缆加工问题探讨
    由于无机阻燃剂的高填充导致了电缆料流变性能发生很大的变化,粘度明显增大,在电缆制备过程中主要存在两个方面的问题:一是挤出电缆表面质量问题,一些无卤阻燃电缆的表面很粗糙,缺乏光泽度,其原因是无卤阻燃剂在基体树脂中分散不均,导致在挤出物的表面形成团聚,这主要是材料复合过程中的问题;挤出电缆表面的鳖鱼皮现象是另一种典型挤出问题,它有时可以通过调整挤出工艺参数得以解决,如更低的牵引一速度配合更高的出口温度,
但是这种解决的方法导致生产效率很低而没有经济性。二是加工无卤阻燃电缆过程中存在模头口水料。这个问题的出现可能是挤出量太多,也有可能是Al(OH)3的颗粒结构及其极性导致熔体粘附在模头上,延缓了材料的脱模,当口水料累积到一定程度时,它就会被绝缘电缆带走,导致产品出现质量问题。

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