收稿日期:2000-07-25作者简介:徐钢,男,28岁,工程师,主要从事电线电缆橡胶配方研究工作。
EVM 橡胶在低烟无卤阻燃船用电缆上的应用徐 钢,姚 春(上海南洋电材有限公司,上海 201615)摘 要:研究并介绍了Lev apren 500HV EVM 橡胶用于低烟无卤阻燃船用电缆护套橡胶配方。
侧重点放在了阻燃性能的研究。
采用该配方生产的成品电缆,经国家电线电缆监督检验中心测试,不但各项指标达到标准要求,就其烟、卤及成束阻燃(A 类)等关键性能指标,所测数值与标准相比,具有较大余度。
关键词:EVM 橡胶;氧指数;低烟无卤阻燃;船用电缆中图分类号:T Q 336.4 文献标识码:B 文章编号:1005-4030(2000)06-0032-03 电线电缆火灾时释放出黑烟及毒气给人们的生活,甚至生命、财产造成“二次危害”,由此引发了人们重新认识电缆安全的重要性。
近几年,在国内诸如地下铁路、船舶等某些特殊场合下使用的电缆,要求具有低烟无卤阻燃特性,各电线电缆生产企业纷纷竞相开发这种“绿色”电缆。
因为各种低烟无卤阻燃电缆使用条件不同,有的采用热塑型低烟无卤阻燃材料作为护套层,有的则采用热固(交联)型低烟无卤阻燃材料制成。
虽然,热塑型低烟无卤阻燃材料在国内外市场上比较多,即使国产化的材料,在性能、工艺等方面正日趋稳定,但是它有些性能与热固型低燃无卤阻燃材料相比,仍有一定差距,所以在应用方面具有一定的局限性。
本文研究并介绍拜耳公司生产的Levapren 500HV EVM 乙烯一醋酸乙烯橡胶应用在低烟无卤阻燃船用电缆护套的橡皮配方。
由于Levapren 500HV EVM 橡胶在国内电线电缆领域内使用的企业较少,有关这方面的资料及研究报告也比较欠缺,尤其在低烟无卤耐成束阻燃A 类方面的研究更少。
为此,我们着重介绍有关阻燃体系的研究工作。
1 试验及技术要求1.1 主要原材料Levapren 500HV EVM 橡胶,德国拜耳公司生产;超细硅烷处理氢氧化铝,上海浦东新区大众橡胶制品厂产品;防老剂HS -911,浙江黄岩华星化学厂产品;加工助剂WB16,由美国耀星国际股份有限公司经销;优级碳酸镁,上海江沪实业公司产品;3.5水硼酸锌,上海京华化工有限公司产品;其它配合剂为市售工业品。
1.2 配方Levapren 500HV EVM 100,优级碳酸镁20,3.5水硼酸锌10,防老剂HS -9113,加工助剂WB161,炭黑N5503,A -1721,TCP 4,DCP (40%纯度)5,TAC 0.5,超细硅烷处理氢氧化铝165,合计312.5,含胶量32.5%。
1.3 主要技术要求(1)材料机械性能应满足IEC60092-359(1999)中SHF2标准要求。
(2)材料的烟、卤性能应满足IEC754及1034标准要求。
(3)成品电缆应能通过IEC332-3(1992)成束电线或电缆的燃烧A 类试验。
表1 胶料配方及性能配方编号1#2#3#4#DCP5.05.05.05.0TAC -0.5-0.5A -172__1.01.0170℃正硫化时间/min 18.212.615.79.0143℃焦烧时间/min 8.134.495.134.30拉伸强度/N ·mm -26.69.88.512.5扯断伸长率/%321218230180注:配方同1.2所述,其中DCP 、TAC 、A -172为变量。
2 结果与讨论32特种橡胶制品 第21卷 第6期2.1 硫化体系Levapren 500HV EVM 橡胶的分子结构是饱和的次甲基主链,并含有极性侧基、非极性次甲基集团和适当的活性点,具有耐热老化、耐油等特性,并能通过过氧化物进行交联(硫化)反应。
再加入适量的TAC 及A -172,不但能提高硫化速度,还可提高硫化胶的拉伸强度,硫化胶的综合性能也比较好。
表1分别是DCP 、TAC 、A -172对物理机械性能的影响。
2.2 阻燃体系早期的高阻燃材料由含卤聚合物加入适量的含卤阻燃剂制成。
其阻燃机理主要是含卤阻燃材料受热分解,释放卤化氢气体,卤化氢能捕捉活性自由基HO ·,从而能减缓和终止燃烧连锁氧化反应,达到阻燃目的。
以含氯阻燃为例:RC1ΔR +Cl Cl +H ·※HCl HCl +HO ·※H 2O +Cl 。
在低烟无卤阻燃材料中,这些含卤材料是不能使用的。
无卤阻燃机理主要是水和金属氧化物受热分解,释放结晶水,抑制聚合物温度上升,延缓热分解,阻止燃烧。
以氢氧化铝为例:2Al (OH )3ΔAl 2O 3+3H 2O 。
通过以上两种阻燃机理比较,前者由于反应速率快,活性强,而且在反应过程中产生的卤化氢气体比空气重,它能排代空气在电缆表面形成保护层,起到隔绝氧气使火焰自熄的作用。
从中可以看出在阻燃效果上,前者明显好于后者。
因此,要制成高阻燃低烟无卤材料,就必须添加大量的无卤阻燃剂。
表2 超细硅烷处理氢氧化铝用量对物理机械性能及氧指数的影响配方编号1#2#3#4#5#超细硅烷处理氢氧化铝/份050100150200拉伸强度/N ·mm -210.810.411.312.512.7扯断伸长率/%350280230180110氧指数/%1925324145 注:配方同1.2所述,其中超细硅烷处理氢氧化铝为变量。
Levapren 500HV EVM 橡胶和氢氧化铝的相容性比较好,可以大量填入,但由于这些阻燃剂大量填入后,势必影响到物理机械性能,填入大量的超细硅烷处理后的氢氧化铝主要体现在扯断伸长率的下降。
因此,合理控制阻燃剂用量是达到较高氧指数以及良好物理机械性能的前提。
表2是超细硅烷处理氢氧化铝对氧指数及物理机械性能的影响。
从表2中可以看出,既要达到高阻燃所需氧指数,又要满足低烟无卤产品的性能,超细硅烷处理氢氧化铝添加份数应在150份是比较合适的。
在无卤阻燃体系中,硼酸锌通常作为氢氧化铝的协同阻燃剂及消烟剂,它受热后不但会释放结晶水,吸收大量热量,限制材料温度上升,还能形成Ba 2O 3覆在材料表面,起到隔热、隔氧并能防止碳粒黑烟逸出。
图1是硼酸锌用量对氧指数的影响,配方同1.2所述。
从图1我们可以看出,硼酸锌的使用份数在10份时,已经可以获得达到成束燃烧A 类所需的氧指数。
图1 硼酸锌用量对氧指数的影响2.3 其他配合剂(1)Levapren 500HV EVM 橡胶ML 1+4100℃门尼粘度仅为23～31,所以混炼时易粘辊。
因此,应加入适量的WB16及TCP 作为增塑加工助剂。
(2)Levapren 500HV EVM 橡胶是饱和橡胶,具有良好的耐热老化性能,若是制成耐温等级不超过90℃的材料,采用一般的防老剂即可。
这里,选用了我公司常用防老剂HS -911。
(3)本文介绍的配方内使用的炭黑N550并非是补强剂,它是作为着色剂使用的。
补强剂中,白炭黑对Lev apren 500HV EVM 有很好的补强效果,但考虑到加工工艺上会带来粘辊问题,选用了碳酸镁。
(4)必须强调一点,在选择配合剂时,应注意材料的pH 值对胶料硫化的影响,呈酸性的材料会延迟过氧化物硫化速度或交联密度。
因此,尽可能使用一些接近中性的材料。
2.4 应用于低烟无卤阻燃船用电缆护套的性能状况 表3数据来源于国家电线电缆质量监督检验中心(自成品外护套取样试验),分别满足于IEC60092-359(1999)、IEC754及1034等标准要求,试验报332000年 徐 钢等 EV M 橡胶在低烟无卤阻燃船用电缆上的应用告编号为CT2000-0074-2,CT2000-0132。
表3 电缆护套性能项目指标要求CEPJ85/SC0.6/1kV1.3×2.5mm2CHEPJ85/SC7×2×1mm21.物理性能老化前拉伸强度最小9.0N/mm212.113.8老化前扯断伸长率最小125%160140 2.120℃×168h空气老化拉伸强度变化率不超出±30%5-5扯断伸长率变化率不超出±30%0-14 3.95℃×168h相容性老化拉伸强度变化率不超出±30%-6-4扯断伸长率变化率不超出±30%0-10 4.100℃×24h耐油拉伸强度变化率不超出±40%-13-23扯断伸长率变化率不超出±40%-19-21 5.200℃×15mm延伸试验负载下延伸率最大175%1010冷却后变形率最大15%00 6.-15℃低温性能低温拉伸扯断伸长率最小20%6350低温冲击不开裂通过通过7.水溶液的pH值最小4.35.45.9电导率最大100μs/cm7.037.03 HCl含量最大5mg/g33 8.成品电缆烟密度试验最小透光率最小60%8094 9.成束电缆燃烧试验A类不超过2.5m0.70.45硫化条件:蒸汽压力1.4M Pa,牵引速度13-17m/min3 结论(1)该胶料也可以用于低烟无卤阻燃地铁电缆的护套层,我们已经尝试过生产DCEVM/DC、1.8/ 3KV95mm2低烟无卤阻燃地铁电缆,其性能同样达到了法国阿尔卡特公司低烟无卤阻燃地铁电缆技术条件以及DIN VDE0207Teil24(1989)HM3护套材料标准要求。
(2)达到成束电缆燃烧A类水平(尤其是6 mm2及以下电缆),其氧指数应在40%以上为宜。
(3)要获得良好的物理机械性能及较高阻燃特性,应合理控制超细硅烷处理氢氧化铝的用量。
Application of EVM Cable to Low-smoke andHalogenfree Flame Retardant ShipboardXU Gang,Y AO Chun(Shanghai Nany ang Electrical Application Co.Ltd.,Shanghai201615,China)A bstract:T he formulation of Lev apren500HV EV M used to the cable sheath fo r low-smoke and halogenfree flame retardant ship-bo ard w as developed.The flame retardance w as studied emphatically.T he results showed that the all perfo rmance of the finished cable fulfil standard requirements and the v alues of some key norms ie.fume smoke,halogen co ntent and beam fire resistance(Categ ory A) etc.w ere superior than that of standard.Key words:EV M;limiting oxy gen index;low smoke and halogenfree flame retardant;cable for shipboard34特种橡胶制品 第21卷 第6期。