1、項目來源（技術背景）

基于氫氧化鋁/氫氧化鎂阻燃體系聚烯烴低煙無鹵阻燃電纜料產(chǎn)品，其本質(zhì)是一個高填充型阻燃產(chǎn)品。以EVA、聚烯烴基料為基材,添加堆積密度小，細度@D50粒徑為1～1.5μm氫氧化鋁達50%后，材料物性發(fā)生了根本性的從量變到質(zhì)變過程。因為材料體系由聚合物材料占據(jù)主導即所謂的連續(xù)相逐漸隨著無機阻燃劑添加量增大，聚合物材料物性起主導地位完全被改變，宏觀上發(fā)生了材料的抗拉強度從15MPa以上下降至5～8MPa現(xiàn)象。雖然通過用硅烷對無機阻燃劑表面處理和添加聚乙烯馬來酸酐接枝共聚物解決無機阻燃劑與塑料的界面相容性問題，宏觀上低煙無鹵阻燃電纜料的抗拉強度達到≥11MPa，斷裂伸長率≥200%可出現(xiàn)電纜開裂現(xiàn)象時有發(fā)生。為此我們走訪了出現(xiàn)無鹵線纜開裂的廠家，了解電纜結(jié)構(gòu)、環(huán)境和檢測開裂無鹵材料的相關技術參數(shù)，通過大量資料去掌握開裂機理，從而掌握研發(fā)耐開裂型無鹵低煙阻燃產(chǎn)品所需的必要條件。

2、產(chǎn)品研發(fā)技術途徑

2.1 開裂機理

   常用聚合物材料在極限應力作用下開裂機理，可以從常用的應力應變曲線來分析，破壞聚合物材料過程中發(fā)生從材料缺陷出現(xiàn)引力集中，至足夠應力作用下現(xiàn)出分子滑移（拉伸流動）和分子鏈斷裂導致材料破壞。對于一個大填充的無鹵阻燃材料，聚合物塑料已不能體現(xiàn)為材料的主體性能，因為從結(jié)構(gòu)上它已不是連續(xù)相或以塑料為構(gòu)架的“海島結(jié)構(gòu)”（塑料為“海”阻燃劑為“島”），拉伸應力作用該類材料需要克服并不是聚合物塑料分子鏈斷裂為主的作用力，而是以拉脫兩相即聚合物和阻燃粉體相分離為主作用力，也就是破壞塑料與無機阻燃劑通過偶聯(lián)劑建立起來的作用力，顯然破壞這種結(jié)構(gòu)材料的作用力比純塑料要容易得多。這也就是出現(xiàn)大規(guī)格電纜護套，尤其是金屬鎧裝電纜盤繞在圓形電纜盤上受到徑向應力作用條件下，出現(xiàn)徑向和縱向開裂原因所在。

2.2解決辦法

根據(jù)無鹵低煙阻燃材料開裂機理，開發(fā)用量少阻燃效率高阻燃體系，填充后形成以聚合物塑料為主體連續(xù)相“海島”結(jié)構(gòu)材料是一途徑。阻燃體系開發(fā)涉及跨行業(yè)和成本的問題，所以我公司研發(fā)了基于氫氧化鋁/ 氫氧化鎂/成碳納米材料阻燃系統(tǒng)，通過動態(tài)微交聯(lián)技術解決無鹵材料易開裂的問題。通過在無鹵阻燃體系中添加化學引發(fā)劑、含有反應活性雙鍵和交聯(lián)功能基團物質(zhì)，在產(chǎn)品加工過程中打開雙鍵完成與EVA和聚乙烯基料的接枝反應，它的另一端具有反應活性基團在沒有催化劑狀態(tài)下是安全的。在成線纜過程中，與催化劑母料一起塑化反應后形成一定的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種微交聯(lián)結(jié)構(gòu)相當于將分散于阻燃粉體中的材料用“焊接”連接起來，提高了材料抗開裂和屈服能力。由于是微交聯(lián)體系，且配方考慮到加工流動性的平衡，所以材料沒有凝膠出現(xiàn)導致模具表面的沉積。

3、抗開裂性能技術表征和實驗

電纜料常用耐熱老化指標來表征使用壽命，無鹵低煙阻燃產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)特殊和復雜性選擇實驗技術表征指標關系到能否真實反映和評估材料使用壽命和耐開裂性能。我們查閱了相關資料和IEC實驗方法，選擇熱老化疊加130～150℃熱應力開裂試驗作為材料抗開裂性能和使用壽命表征，其實驗方法如下：

一、考察材料在100℃×168h～110℃×240h熱老化后的抗拉強度/斷裂伸長率的保留率，同時進行130℃×48h，5kg負載預應力150℃×48h，7kg負載預應力試驗考察篩選配方。

二、考慮到大填充氫氧化鋁材料易吸濕性能，實驗中加入70℃×168h浸水后考察抗拉強度/斷裂伸長率保留率，同時將經(jīng)過上述熱水浸漬試樣進行150℃熱應力沖擊試驗。經(jīng)過上述評估最終確定配方和加工條件。

4、產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性條件

   接枝反應中受到溫度、熔體剪切條件等因素影響接枝率不一樣，生產(chǎn)中控制這些因素是確保最終產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠的保證。本項目采用由計算機控制連續(xù)失重喂料系統(tǒng)配套雙階雙螺桿造料設備。該設備根據(jù)設定喂料量，PID閉環(huán)控制，以動態(tài)喂料精度0.5～0.8%定量喂料，從而保證混煉過程阻燃劑的分散、接枝反應條件是均一，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定可靠。

5、最終產(chǎn)品性能

詳見《耐開裂型聚烯烴低煙無鹵阻燃電纜料性能》

注：RC150-J  耐開裂型聚烯烴低煙無鹵阻燃絕緣料

      RC150-H 耐開裂型聚烯烴低煙無鹵阻燃護套料

耐開裂型聚烯烴低煙無鹵阻燃電纜料性能