耐高溫型HDPE無鹵阻燃電纜料的研究.doc

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1、耐高溫型HDPE無鹵阻燃電纜料的研究摘要：本文使用高密度的聚乙烯（HDPE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、以及耐高溫彈性體、無鹵阻燃劑進(jìn)行復(fù)配,形成一種耐高溫型HDPE無鹵阻燃電纜料。并針對該種耐高溫型HDPE無鹵阻燃體系進(jìn)行研究和討論。該體系具有很好的阻燃性，其氧指數(shù)超過30%。同時(shí)，通過氧化物交聯(lián)之后，該體系的耐高溫能力也有了很好的提升，能于1509以下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。針對以上特性，本文分析并探討了共混體系的阻燃效果、電性能、力學(xué)性能和高溫耐受度的影響因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：注入阻燃劑的能有效減少共混體系的機(jī)械性能，也能有效減少其體積電阻率，使得其阻燃效果和熱老化性有明顯提

2、升，而能承受高溫的樹脂添加和交聯(lián)能提升體系的阻燃效果，強(qiáng)化其熱老化性能。關(guān)鍵詞：阻燃；交聯(lián)；耐高溫；電纜料HDPE以其價(jià)格便宜、力學(xué)性能出眾、電絕緣性較佳等優(yōu)勢，在電線電纜的絕緣中被廣泛使用。不過它易于燃燒，且不能在高于9（rc的環(huán)境下長期使用，導(dǎo)致其在部分環(huán)境下不能使用，故而人們采取了多種方式提升其耐高溫性能，曾試過接枝、注入高性能要換機(jī)等來共混改性。一、實(shí)驗(yàn)步驟（一）實(shí)驗(yàn)原材料高密度聚乙烯；EVA-1,EVA-2,進(jìn)口；阻燃劑Al（0H）3,lurn；耐高溫彈性體母粒；過氧化二異丙苯、抗氧劑等，市均有售。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器電子天平、密煉機(jī)、微控電子材料試驗(yàn)機(jī)、平板硫

3、化機(jī)、恒溫鼓風(fēng)干燥箱、高阻測試儀、氧指數(shù)儀、熱重分析儀。（三）制備共混體系按照設(shè)定配方，先把高密度聚乙烯、耐高溫母粒、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和抗氧劑置于密煉機(jī)中，設(shè)置溫度為140°C,每分鐘60轉(zhuǎn)，實(shí)施熔融共混5分鐘，使得其和共混物融為一體。最后把混有少量過氧化二異丙苯的二甲酮加入到共混體系當(dāng)中，迅速取料以避免共混料在密煉機(jī)中出現(xiàn)的交聯(lián)。把可交聯(lián)胚料置于平板硫化機(jī)中加以硫化，保持模具15MPa壓力和18CTC兩個(gè)條件，進(jìn)行十分鐘的硫化和五分鐘的冷壓。就能獲得厚度在3mm±下的交聯(lián)聚烯痊薄片，然后就可以做成各種尺寸的試樣來測定性能。(%1)性能檢測1.拉伸性能依據(jù)G

4、B/T1040-1992對啞鈴狀試樣樣品的斷裂伸長率e以及抗拉強(qiáng)度o進(jìn)行測試。拉伸速率設(shè)置在每分鐘100mm。2?恒溫鼓風(fēng)干燥箱老化將恒溫鼓風(fēng)干燥箱設(shè)置158°C,老化168h,在依據(jù)GB/T1040-1992對樣品率e以及o進(jìn)行測試。計(jì)算保留率K。K二A/QX100%(1)其中A是老化處理后的拉伸強(qiáng)度，Q為老化前的拉伸強(qiáng)度。3.氧指數(shù)依據(jù)GB/T2406-1993對樣本L0I進(jìn)行測定。4.體積電阻率依據(jù)GB/T1410-1989對平行試樣中電流方向的電位梯度和電流密度J之比進(jìn)行測定。二、結(jié)果和討論(%1)基本配方的選擇一般情況下，通常使用添加Al(0H)3,Mg(OH)

5、2等無機(jī)粉體替代有機(jī)阻燃劑，實(shí)現(xiàn)無鹵阻燃的目的。但是，非極性的HDPE與表面強(qiáng)極性的Al(0H)3,Mg(OH)2相容性很差。所以，本實(shí)驗(yàn)采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)來作為基料。實(shí)驗(yàn)配方如表1所示。通過加工溫度變化可以看出，由于EVA-2改善了HDPE與Al(0H)3的共混效果，加工性能明顯好轉(zhuǎn)。注：交聯(lián)前為配方的共混體系；交聯(lián)后為過氧化物DCP加入0.5%的交聯(lián)體系。(%1)力學(xué)性能的影響因素在表1所示力學(xué)性能測試中發(fā)現(xiàn)，高密度聚乙烯/耐高溫母粒/Al(0H)3三元共混體系的相容性較差，力學(xué)性能嚴(yán)重下降。交聯(lián)后盡管拉伸強(qiáng)度顯著增加，不過斷裂伸長率卻嚴(yán)重下降，所以應(yīng)

6、加入相容劑。(%1)阻燃性能的影響因素電纜使用的高分子材料都屬于可燃類，氧指數(shù)基本小于20%。所以，一般工業(yè)上都通過加入阻燃劑的方式來達(dá)到阻燃的目的。在調(diào)整Al(OH)3用量后發(fā)現(xiàn)，沒有阻燃劑的高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)共混體系的氧指數(shù)僅有18.1%,易于在空氣中燃燒，但在Al(OH)3的添加量為20份時(shí)，氧指數(shù)就升至22.7%(一般氧指數(shù)大于27%的可看做是阻燃性材料)，所以無鹵阻燃劑有著較小的阻燃效率。共混體系中混入10份耐高溫母粒后，氧指數(shù)有了顯著改善，Al(OH)3添加量為20份，氧指數(shù)將為32.4%,表明耐高溫母粒和阻燃劑能夠起到協(xié)同效果。同時(shí)

7、，編號B,C的各項(xiàng)氧指數(shù)沒有明顯差異。可以看出,交聯(lián)與否對阻燃性幾乎沒有影響。(%1)耐高溫性能的影響因素耐高溫性能是電纜料的一項(xiàng)重要評價(jià)指標(biāo)，一般通過高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的烘箱老化試驗(yàn)測得。如表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示,在158°C,168h的老化試驗(yàn)后，交聯(lián)后樣片拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的保留率＞70%,說明該樣品的耐溫等級達(dá)到1501。究其原因，配方中抗氧體系具有很好的熱穩(wěn)定性，經(jīng)過交聯(lián)后，抗氧體系沒有遭到破壞，在老化之后，各項(xiàng)力學(xué)性能仍有較高的保留率。(%1)該配方體系對電性能的影響下圖展示了Al(0H)3使用量對共混體系交聯(lián)前后p