阻燃PVC电缆料的基本配方
PVC价格便宜,性能优良、阻燃性能好,因此在阻燃电缆制造中,得到广泛的应用。
但是,一般阻燃PVC电缆燃烧时,会产生大量的烟雾和有害的HCL气体,妨碍救火工作,损伤人体和腐蚀仪器设备。
最近对电缆安全提出要求,不仅阻燃性要好,而且燃烧时烟雾和有害气体的发生量应尽可能减少。为此,一般阻燃PVC电缆料已不能满足实际使用要求,开发阻燃性好,同时燃烧时烟雾和有害气体(HCL等)发生量少的PVC电缆料已成为一项重要任务。
一、一般阻燃的PVC的基本配方
硬质PVC具有非常高的阻燃性,氧指数可达到40以上,而适合于电线电缆用的软质PVC护层,由于加工时必须添加一定量的易燃性增塑剂,导致氧指数降低,为25左右。为了能满足成束电缆垂直燃烧试验要求,PVC的氧指数应为30左右。为此配方中采用家阻燃剂Sb2o3和将一部分易燃增塑剂改为阻燃增塑剂的方法,来提高PVC的阻燃性。
1. Sb2o3的添加效果
为了提高电线电缆用软质PVC的阻燃性,可在配方中添加阻燃剂Sb2o3。利用协同阻燃作用,可以明显地提高其阻燃性。
图一表示在试验基本配方(I)中添加不同量Sb2o3时阻燃效果。由图1可知,随着Sb2o3添加量的增加,PVC的阻燃性提高。当氧指数达到24~25时,能满足单根电缆燃烧试验要求,当氧指数达到30以上时,能符合成束电缆垂直燃烧试验要求。
由图1可知在PVC中Sb2o3达到一定含量后,其阻燃性趋于饱和。因此,在实际配方中,还可以添加一些氯化石蜡与Sb2o3一起使用,进一步提高其阻燃效果。
2. 阻燃增塑剂TCP的添加效果
软质PVC含有大量的易燃增塑剂DOP,为了提高阻燃性,可将易燃增塑剂
DOP改为阻燃增塑剂TCP。
表2为试验基本配方(I),而表3表示在试验基本配方(I)中添加不同种类增塑剂后的PVC阻燃性能。由表3可知,含阻燃增塑剂TCP的PVC具有较高氧指数,它比含DOP的PVC氧指数约高出5。图2表示含不同种类增塑剂时PVC 的阻燃性能。由图2可知,当增塑剂含量增加时,氧指数会直线下降,并且下降的快慢程度基本相同,与增塑剂的种类无关。
由此可见,使用TCP作增塑剂,不仅起增塑作用,还有阻燃作用。但是,TCP用得过多,会使PVC的其它性能下降,
因此只能将易燃增塑剂DOP的一部分 改用阻燃增塑剂TCP的代替。
一、低HCL阻燃PVC的基本配方
上述的一般阻燃PVC物料燃烧时,会释放出大量的HCL气体,其浓度为300mg/g以上。HCL是一种非常有毒的腐蚀性气体。为了降低PVC燃烧时HCL气体的发生量,可添加CaCO3作为HCL气体的捕获剂,其效果很好。添加CaCO3后,PVC燃烧时产生的HCL气体浓度可降低到100
Mg/g以下。
CaCO3对HCL的捕获剂机理可用下面反应式表示:
由于生成的CaCL2极其稳定,在PVC燃烧温度时也不分解。因此,CaCO3作为HCL的捕获剂具有明显的效果。
表4为试验基本配方(I),用为研究不同含量CaCO3的PVC在燃烧时HCL发生量。
图3表示在试验基本配方(I)中,添加不同量的CaCO3的增加,HCL发生量减少,并且当CaCO3的含量超过80份时,HCL发生量显示饱和趋势。
由于添加CaCO3的PVC在燃烧时HCL气体发生量减少,从而使PVC的氧指数降低(见图4)。但是1,添加CaCO3主要作用是捕获PVC燃烧所释放的HCL,而对PVC的发烟性则影响不大。
三、低烟阻燃PVC的基本配方
在阻燃PVC配方中,通常添加阻燃剂Sb2O3,其缺点是在燃烧过程中会产生大量黑烟。为了减少发烟量,可以添加AL(OH)3、硼酸锌、M0O3等。
1 .AL(OH)3的添加效果
AL(OH)3受热300℃时分解出水并变成蒸汽,吸收大量热量,从而抑制燃烧的PVC温度上升,同时水蒸汽能稀释可燃性气体和黑烟,使炭微粒在高温时氧化成气体,因此AL(OH)3能提高PVC的阻燃性并抑制发烟。
表5为试验基本配方(IV),用来研究DVC在不同含量AL(OH)3情况下的阻燃性和发烟性(表6)。由表6可知,当AL(OH)3和Sb2O3同时使用时,阻燃性和发烟性都能得到改善,当添加量增加时,效果将更为明显。
3. 硼酸锌M0O3的添加效果
为了改善PVC燃烧时发烟性,除了在PVC中添加AL(OH)3外,还可添加其它金属化合物,如硼酸锌,M0O3等,来抑制其发烟量。
表7为试验基本配方(V),用来研究添加不同种类金属化合物的PVC阻燃性和发烟性(见表8)。
硼酸锌是一种分散性好的细结晶粉末,容易分散于各种树脂中,它与Sb2O3一起使用,可以提高阻燃性,减少发烟量。
样,M0O3 与Sb2O3一起使用也能取得类似效果。
4. AL(OH)3和硼酸锌协同效果
AL(OH)3与硼酸锌具有相似作用,既能提高阻燃性,,又能起减少烟雾,因此将它们一起使用时,会取得非常好的效果。表9为试验基本配方(VI),用来研究添加AL(OH)3和硼酸锌的PVC发烟性(发表10)。由表10可知,减烟效果非常明显。
四 结束语
通过上述对PVC试验基本配方的研究,可得到如下结论:
1. 添加阻燃剂Sb2O3、阻燃增塑剂TCP,可以提高PVC的阻燃性。
2. 添加CaCO3,作为HCL气体的捕获剂,可以明显地降低PVC燃烧时HCL发烟量。
3. 为了减少PVC燃烧时发烟量,可以PVC中添加减烟剂。
根据以上结论,选择合适的阻燃剂、HCL捕获剂和减烟剂,即在提高PVC的阻燃性与降低HCL和烟雾发生量之间寻找一个适合方案,则可制造出氧指数在30以上,HCL气体发生量100mg/g以下,同时又能符合电缆绝缘和护套性能要求的阻燃PVC电缆料。
四 结束语
通过上述对PVC试验基本配方的研究,可得到如下结论:
1.添加阻燃剂Sb2O3,阻燃增塑剂TCP,可以提高PVC的阻燃性。
2.添加CaCO3,作为HCI气体的捕获剂,可以明显地降低PVC燃烧时的HCI发烟量。
3.在高效高要求FRLS材料里,添加3-5%特阻TROZU-MT改性蒙脱土与3*八钼酸铵AOM,阻燃抑烟提高30%。