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1、項(xiàng)目來(lái)源（技術(shù)背景）

基于氫氧化鋁/氫氧化鎂阻燃體系聚烯烴低煙無(wú)鹵阻燃電纜料產(chǎn)品，其本質(zhì)是一個(gè)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(xì)度@D50粒徑為1～1.5μm氫氧化鋁達(dá)50%后，材料物性發(fā)生了根本性的從量變到質(zhì)變過(guò)程。因?yàn)椴牧象w系由聚合物材料占據(jù)主導(dǎo)即所謂的連續(xù)相逐漸隨著無(wú)機(jī)阻燃劑添加量增大，聚合物材料物性起主導(dǎo)地位完全被改變，宏觀上發(fā)生了材料的抗拉強(qiáng)度從15MPa以上下降至5～8MPa現(xiàn)象。雖然通過(guò)用硅烷對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑表面處理和添加聚乙烯馬來(lái)酸酐接枝共聚物解決無(wú)機(jī)阻燃劑與塑料的界面相容性問(wèn)題，宏觀上低煙無(wú)鹵阻燃電纜料的抗拉強(qiáng)度達(dá)到≥11MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥200%可出現(xiàn)電纜開裂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為此我們走訪了出現(xiàn)無(wú)鹵線纜開裂的廠家，了解電纜結(jié)構(gòu)、環(huán)境和檢測(cè)開裂無(wú)鹵材料的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)大量資料去掌握開裂機(jī)理，從而掌握研發(fā)耐開裂型無(wú)鹵低煙阻燃產(chǎn)品所需的必要條件。

2、產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)途徑

2.1 開裂機(jī)理

   常用聚合物材料在極限應(yīng)力作用下開裂機(jī)理，可以從常用的應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)分析，破壞聚合物材料過(guò)程中發(fā)生從材料缺陷出現(xiàn)引力集中，至足夠應(yīng)力作用下現(xiàn)出分子滑移（拉伸流動(dòng)）和分子鏈斷裂導(dǎo)致材料破壞。對(duì)于一個(gè)大填充的無(wú)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?yàn)閺慕Y(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“?！弊枞紕椤皪u”），拉伸應(yīng)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(wú)機(jī)阻燃劑通過(guò)偶聯(lián)劑建立起來(lái)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(hù)套，尤其是金屬鎧裝電纜盤繞在圓形電纜盤上受到徑向應(yīng)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(wú)鹵低煙阻燃材料開裂機(jī)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(wèn)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(guò)動(dòng)態(tài)微交聯(lián)技術(shù)解決無(wú)鹵材料易開裂的問(wèn)題。通過(guò)在無(wú)鹵阻燃體系中添加化學(xué)引發(fā)劑、含有反應(yīng)活性雙鍵和交聯(lián)功能基團(tuán)物質(zhì)，在產(chǎn)品加工過(guò)程中打開雙鍵完成與EVA和聚乙烯基料的接枝反應(yīng)，它的另一端具有反應(yīng)活性基團(tuán)在沒(méi)有催化劑狀態(tài)下是安全的。在成線纜過(guò)程中，與催化劑母料一起塑化反應(yīng)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(dāng)于將分散于阻燃粉體中的材料用“焊接”連接起來(lái)，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(dòng)性的平衡，所以材料沒(méi)有凝膠出現(xiàn)導(dǎo)致模具表面的沉積。

3、抗開裂性能技術(shù)表征和實(shí)驗(yàn)

電纜料常用耐熱老化指標(biāo)來(lái)表征使用壽命，無(wú)鹵低煙阻燃產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)特殊和復(fù)雜性選擇實(shí)驗(yàn)技術(shù)表征指標(biāo)關(guān)系到能否真實(shí)反映和評(píng)估材料使用壽命和耐開裂性能。我們查閱了相關(guān)資料和IEC實(shí)驗(yàn)方法，選擇熱老化疊加130～150℃熱應(yīng)力開裂試驗(yàn)作為材料抗開裂性能和使用壽命表征，其實(shí)驗(yàn)方法如下：

一、考察材料在100℃×168h～110℃×240h熱老化后的抗拉強(qiáng)度/斷裂伸長(zhǎng)率的保留率，同時(shí)進(jìn)行130℃×48h，5kg負(fù)載預(yù)應(yīng)力150℃×48h，7kg負(fù)載預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中加入70℃×168h浸水后考察抗拉強(qiáng)度/斷裂伸長(zhǎng)率保留率，同時(shí)將經(jīng)過(guò)上述熱水浸漬試樣進(jìn)行150℃熱應(yīng)力沖擊試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)上述評(píng)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(yīng)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(xiàng)目采用由計(jì)算機(jī)控制連續(xù)失重喂料系統(tǒng)配套雙階雙螺桿造料設(shè)備。該設(shè)備根據(jù)設(shè)定喂料量，PID閉環(huán)控制，以動(dòng)態(tài)喂料精度0.5～0.8%定量喂料，從而保證混煉過(guò)程阻燃劑的分散、接枝反應(yīng)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(jiàn)《耐開裂型聚烯烴低煙無(wú)鹵阻燃電纜料性能》

注：RC150-J  耐開裂型聚烯烴低煙無(wú)鹵阻燃絕緣料

      RC150-H 耐開裂型聚烯烴低煙無(wú)鹵阻燃護(hù)套料

耐開裂型聚烯烴低煙無(wú)鹵阻燃電纜料性能