塑料知识:硅酮母粒在电缆材料中的应用
含有较高分子量硅酮,以聚烯烃或矿物粉为载体的母料(颗粒状或干粉状)为加工助剂。首先,它被用作润滑剂或流变改性剂。当它被发现与金属水合物合作用作阻燃增效剂时,剂量突然增加,国内厂家如雨后春笋般涌现。
商用硅酮母料的技术参数应包括以下内容:
(1)硅酮含量:应明确注明。用作阻燃增效剂时,含量在40~80%之间。
用作流变改性剂时,含量在5~50%之间
(2)载体:应考虑与硅酮或用户主配方基材的相容性,并注明载体的聚合物名称和熔化指数,供用户在设计配方时参考。如果以无机矿物粉为载体,应注明粉末名称。无机粉的白度和细度对客户来说非常重要,所以应该尽量选择白色和微米级的粉末。
1、无卤阻燃增效剂
近年来,阻燃电缆无卤化发展迅速。据初步统计,每年以20-50%的速度增长。去年(2009年),中国在电缆行业使用了近10万吨无卤阻燃电缆材料。这些材料大多是金属水合物[Al(OH)3或Mg(OH)2]作为阻燃剂,配方中的添加量超过60%。即便如此,无卤阻燃料仍存在阻燃效果差的问题,尤其是氧指数低、自熄性差。试验表明,适量添加硅酮对氧指数的提高非常明显,尤其是Mg(OH)2体系协同。
试验还表明,氧指数大于36的无卤阻燃料可通过单个垂直燃烧试验使大部分外径大于3mm的电线电缆,原因是配方中加入了硅酮,降低了电线燃烧时的热释放速度,在燃烧表面形成了二氧化硅覆盖膜,隔离了新鲜空气的进入。
与同样用作阻燃增效剂的红磷相比,硅酮无色、无味、低烟,而红磷呈紫红色,燃烧时会产生大量烟雾和异味,因此长期难以在无卤电缆材料中推广使用。
硅酮作为阻燃增效剂的另一个优点是具有内外润滑(见后节),美中较大的缺点是“不延燃”差。这个问题历史悠久,一直受到客户的关注,相信在不久的将来会得到解决。
二、润滑剂或流变改性剂
1聚乙烯料
众所周知,在挤压聚乙烯绝缘或护套电线电缆时,经常会出现“鲨鱼皮”现象,特别是在挤压线性聚乙烯时(LLDPE)或聚乙烯(ULDPE或POE)当时。挤出交联聚乙烯材料(无论是过氧化物交联还是硅烷交联),也有时会出现“鲨鱼皮”现象,因为材料配方中的润滑系统考虑不足。目前,国际惯例是在配方中添加微量氟聚合物,但成本高,应用有限。
通过试验,在聚乙烯或交联聚乙烯中加入微量较高分子量硅酮(0.1-0.2%),可有效防止鲨鱼皮的产生。同时,借助其润滑作用,可有效降低挤出扭矩,避免因过载而拖动电机停机。
硅酮作为润滑剂,由于添加量很小,需要使硅酮在材料中均匀分布,以使硅酮在加工过程中发挥作用。由于硅在化学上是惰性的,它不会与配方中的成分发生化学作用。建议电缆厂在塑化造粒时均匀混合硅酮,以有利于电缆厂的使用。
2无卤阻燃料
上述材料含有大量阻燃剂(矿物粉),粘度高,流动性差;粘度高,挤出时电机难以拖动,流动性差,挤出时胶量小。因此,电缆厂挤压无卤电缆时,其效率仅为聚氯乙烯的1/2~1/3。在无卤配方中适当添加一定量的硅酮,不仅提高了材料的阻燃性能,而且显著提高了挤压流动性,降低了材料的粘度。