近五年来,我国的阻燃电缆无卤化发展十分迅猛,初步统计,每年以20~50%的速度递增,我国去年(2009年)在线缆行业就用掉了近10万吨的无卤阻燃电缆料。这些料绝大部分采用金属水合物[Al(OH)3或Mg(OH)2]作阻燃剂,而且在配方中的添加量都在60%以上。即使如此,无卤阻燃料仍然存在阻燃效果差,特别是氧指数低,自熄性差的问题。试验表明适量加入硅酮,对氧指数的提高十分明显,尤其是与Mg(OH)2体系协同(见图1)。
试验还表明,用氧指数大于36的无卤阻燃料,就可使绝大部分外径大于3mm的电线电缆通过单根垂直燃烧试验,其原因就在于配方中有硅酮的加入,使电线燃烧时,热释放速度降低,同时在燃烧表面形成一层二氧化硅的覆盖膜,隔绝了新鲜空气的进入所致。
与同样作为阻燃增效剂使用的红磷相比,硅酮无色、无味、低烟,而红磷颜色紫红,燃烧时会产生大量烟雾和难闻的气味,所以长久以来难以在无卤电缆料中推广使用。
热稳定性直接决定阻燃剂在加工温度下的性能。若热稳定性差,如某些含氮阻燃剂在高温加工时易分解,不仅降低阻燃效果,分解产物还可能影响基体材料性能,限制加工温度范围,使加工工艺窗口变窄。
团聚现象:许多阻燃剂以粉末形式添加,其颗粒间存在较强的范德华力和静电引力,容易相互吸引团聚。例如,纳米级的氢氧化镁、氢氧化铝阻燃剂,因其粒径小、比表面积大,团聚倾向更为显著。这会导致在基体材料中无法均匀分散,形成局部浓度过高或过低的情况,影响材料整体的阻燃性能。
形成隔离保护层:硅酮系阻燃剂在高温燃烧时粘度比高分子材料小,会产生相分离,在高分子材料受热燃烧时的表面形成硅酮富集层。燃烧时生成硅酮特有的 - Si-O - 和 - Si-C - 键的无机隔氧绝热保护层和阻燃碳化层,可阻止燃烧分解产物外溢,抑制高分子材料分解。