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硅酮母粒在電纜料中的應用

2014年02月14日

硅酮母料在聚烯烴電纜料中的應用 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。 圖1硅酮對不同阻燃體系的阻燃增效作用 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。 表1交聯聚乙烯電纜料的流變擠出試驗(螺桿轉速30rpm) 配方組成 擠出扭矩(Nm) 料溫(℃) 表面狀況 注 市售XLPE料(過氧化物交聯) 硅酮量(%) 0 62 110 表面光亮 0.1 56 110 比上更好 0.2 50 110 同上 0.5 36 110 同上,但出膠量波動 潤滑過度,螺桿打滑 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。 表2無鹵阻燃聚烯烴料的流變擠出試驗(螺桿轉速30rpm) 配方組成 擠出扭矩(Nm) 料溫(℃) 表面狀況 注 1#市售無鹵料 Mg(OH)2體系 每100份基礎樹脂添加GT-300硅酮母粒份數* 0 65 144 良好 3 52 144 良好 6 49 144 良好 9 46 144 良好 12 44 144 良好 潤滑有點過度,外徑有波動 2#市售無鹵料 Al(OH)3體系 0 78 146 良好 3 70 146 良好 6 58 146 良好 9 49 146 良好 12 20 146 良好 潤滑過度,螺桿開始打滑,外徑波動嚴重 *硅酮母料的硅酮含量50% 從表2數據看出,將硅酮母粒加入到無鹵料中,使其內外潤滑性大為提高,而根據線纜生產廠的擠出經驗,無鹵料的擠出扭矩控制在40~55Nm之間,可以被大多數生產廠家認可(接受),而當擠出扭矩大于70Nm的料,常被認為“難擠”的料(電機往往要超負荷)。 當然,硅酮母料作為潤滑劑的用量也是有限制的,從阻燃性能、潤滑性能、成本、工藝等綜合考慮,對于無鹵阻燃電纜料,推薦每100份基礎樹脂添加6~10份為宜。

 

來源:常州融點化工有限公司
常州融點化工有限公司
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