摘要：本文采用传统的低烟无卤阻燃电缆料的制造工艺，使用一种高效的无卤阻燃配方体系，生产了一款密度低（1.41g/cm3）、挤出扭矩小（73Nm）、伸长率高（大于300%）、氧指数高（大于41%）、自熄性好、高电性（体积电阻率8.2×1012Ω·m）的低烟无卤阻燃电缆料。并对其进行了常规的物性检测、水煮及挤出试验。结果表明，该高效无卤阻燃剂做出的高性能低烟无卤阻燃电缆料的各项指标都优于传统配方的低烟无卤阻燃电缆料。
关键词：高效无卤阻燃剂；氧指数；高电性
电缆燃烧或者火灾时火焰延着电缆蔓延是火灾的形成和扩散的重要因素。由此而造成的损失在国内外都数不胜举。电缆的阻燃是电缆行业关注的重大问题，从而发展了阻燃电缆，并制订了电线电缆燃烧试验方法，按不同的使用场合，指定电缆有不同的阻燃要求。
最初发展的阻燃电缆大多采用含卤素的高分子材料（如氯丁橡胶、氯磺化橡胶、聚氯乙烯、氟塑料等）或者含卤的阻燃剂（如氯化石蜡、多溴联苯或多溴联苯醚等）。此类阻燃材料，阻燃性能良好，但是由于含有卤素，在燃烧时会产生卤化氢气体和较多的黑烟，从而造成人身伤害、逃离困难和腐蚀仪器设备。无卤低烟阻燃材料正是由于其具有不含卤素、发烟量低、毒性低的特点而受到人们的青睐。随着环保意识的加强，在核电站、地下铁、高楼、舰船、机车车辆、重大建筑和某些企业的电力、通信、控制、电气装备用线等电线电缆都规定必须使用无卤阻燃电缆。随着使用场合的增加，无卤阻燃电线电缆的品种不断增加，随之对无卤阻燃材料的性能要求和品种要求也不断增加。
低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料是以聚烯烃材料为基体树脂，加入无卤阻燃剂、改性剂、抗氧剂、润滑剂等共混而成。其具有不含卤素、发烟量低、毒性低的特点，在线缆领域倍受青睐。在近些年得以广泛应用，并取得了长足的发展。
低烟无卤阻燃电缆料从自身物性可分为热塑型和热固型，热塑型主要应用于耐温要求为80℃和90℃及以下的电线电缆，如：通信电缆和光缆、数据电缆、控制电缆及电力电缆的外护层等。热固型主要应用于具有较高耐温或其它特殊要求电缆下的电缆缆料可分为热塑型和热固型，热塑型主要应用于耐温要求在的场所，热固型低烟无卤阻燃电缆料根据其交联方式又分为辐照交联型、化学交联型和硅烷交联型。目前，低烟无卤阻燃电缆料的交联主要采用辐照交联的方式进行，这种方式线缆制造厂家无需新增设备投资，挤出工艺与热塑性材料相同，非常易于控制。化学交联由于对材料、设备及工艺要求很高，因此这种方式应用很少，只有在橡胶类型产品上有些应用。由于低烟无卤阻燃电缆料的挤出本来就比较困难，存放又相对易吸潮，因此，硅烷交联方式也较少使用。
低烟无卤阻燃聚烯烃产品因填充量较大，采用的基体熔点及软化点较低，在高温天气且存在机械应力的情况下容易发生开裂，故用于室外的光缆及电力电缆等的低烟无卤阻燃聚烯烃外护套除了满足以上标准要求外，还需具有优异的抗开裂性能及抗紫外线性能，确保光电缆用于室外护套不开裂。
目前，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料仍主要以Al（OH）3和Mg（OH）2为阻燃剂，但通过配方优化和采用不断出现的新型功能型助剂进一步改善了材料的加工性能、机械物理性能及阻燃性能等，基本上能够满足市场多样化及更高的需求。但其添加量过大，高阻燃产品挤出电流大，速度上不去，故迫切需要一种密度低、阻燃性能高的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料来弥补以上的不足。
本实验利用新型高效阻燃剂，采用新技术，降低阻燃剂添加量，赋予材料更加优异的机械物理性能和电气性能以及加工工艺性能。成功做出了高阻燃、抗开裂的低烟无卤阻燃电缆料。
一、实验部分
1、主要原料
EVA，7470，台塑；阻燃剂，复配，自制；加工助剂，L5-4，瓦克；抗氧剂，1010、168，金海雅宝等。
2、生产及检测设备
（1）高速塑料混合机，YH500，张家港五合机械有限公司；
（2）电脑自动包装秤，LCS-25，江苏常州澳恩计量有限公司；
（3）失重式计量喂料系统，M250，上海松耐机械制造有限公司；
（4）Φ75/Φ180挤出机组，TSE-75/180，南京瑞亚福斯特高聚物装备有限公司；
（5）电脑自动包装打包机，LCS1-25，江苏常州澳恩计量有限公司；
（6）硬度计，LX-A，上海伦捷机电仪表有限公司；
（7）转矩流变仪，挤出平台，哈尔滨哈普电气技术有限公司；
（8）电子拉力机，CMT2502，深圳市新三思材料检测有限公司；
（9）氧指数测定仪，HC-2，江宁县分析仪器厂；
（10）塑料超低温脆性试验仪，BC-2，上海彭浦制冷器有限公司；
（11）三用恒温水箱，上海精宏实验设备有限公司；
（12）密度计，MH-300A，上海冠唯仪器有限公司。
3、检测方法
密度按GB/T1033规定进行测定；拉伸强度、断裂伸长率按GB/T1040的规定进行测定；低温冲击脆化温度按GB/T5470的规定进行测定；氧指数按GB/T2406规定进行测定；体积电阻率按照GB/T1410的规定进行测定；热冲击试验按GB/T2951.31测定；扭矩用转矩流变仪测定。
4、产品的制备
（1）预处理：将粉料与液体混合在高搅机中搅拌5分钟。
（2）生产流程：预处理过的原材料按预先设计好的比例，分别由自动喂料系统进入双螺杆进行混炼，然后经过水下造粒系统造粒、冷却、烘干、称量、打包。
二、结果与讨论
1、基础性能对比表
为了对新型阻燃剂在体系中起到的作用进行全面分析，本实验做了三组基础性能对比实验，分别为：
（1）同样的阻燃剂添加量，同样的基体树脂配方体系产品性能对比，如表1。表1
序号 项目 单位 要求值 常规阻燃剂 新型阻燃剂
1 密度 g/ cm3 1.46 1.41
2 抗张强度 MPa ≥10 12.8 10.5
3 断裂伸长率 % ≥150 240 269
4 氧指数 % 32 34 41
5 体积电阻率 Ω·m ≥1010 8.6×1011 7.0×1012
6 热冲击性能 10kg/1h 不开裂 合格 合格
（2）同样的阻燃剂添加量，不同基体树脂配方体产品性能对比，如表2。表2
序号 项目 单位 要求值 常规阻燃剂 新型阻燃剂新配方
1 密度 g/ cm3 1.46 1.41
2 抗张强度 MPa ≥10 12.8 12.5
3 断裂伸长率 % ≥150 240 304
4 氧指数 % 32 34 41
5 体积电阻率 Ω·m ≥1010 8.6×1011 8.2×1012
6 热冲击性能 10kg/1h 不开裂 合格 合格
（3）同样的氧指数的对比表，如表3。表3
序号 项目 单位 要求值 常规阻燃剂 新型阻燃剂新配方
1 密度 g/cm3 1.59 1.41
2 抗张强度 MPa ≥10 13.4 12.5
3 断裂伸长率 % ≥150 185 314
4 氧指数 % 32 41 41
5 体积电阻率 Ω·m ≥1010 4.8×1011 7.0×1012
6 热冲击性能 10kg/1h 不开裂 不合格 合格
由表1、表2中的数据得知，该新型无卤阻燃剂的添加可以降低密度，提高氧指数、体积电阻率、断裂伸长率，但是强度有所下降。分析得知，该高效阻燃剂的添加可以有效提高氧指数，同时由于该阻燃剂并非无机填充物，所以电性能也有一定的提高。但是，抗张强度下降，断裂伸长率升高，可能是由于新型阻燃剂粒径很细，起到了一定的增塑效果。
2、耐水解实验（如图1）
A B
A为进口膨胀型无卤阻燃剂，B为新型复配无卤阻燃剂
图1 材料80℃，7天水煮后
常用的磷氮类无卤阻燃剂在低烟无卤体系中会出现遇水析出现象，故做了80℃，7天的水煮实验，并与市面最好的膨胀型无卤阻燃剂进行了比对。
如图1所示，图1-A中的水已经有白色析出物，出现浑浊。而图1-B中的水依然很清澈，说明该新型阻燃剂在水中并未析出。水煮后的力学性能的变化率也小于25%。说明该新型无卤阻燃体系遇水并不会析出。
3、挤出实验
用转矩流变仪挤出平台对同等基体树脂配方体系，不同阻燃体系的材料进行了挤出对比试验。实验条件为：毛细管挤出机头，设置温度为120℃、140℃、150℃、160℃，转速为30rpm，初始料温均为147℃；传统的无卤体系在3min内料温升为153℃，5min料温升至158℃，扭矩为83Nm；新型阻燃剂体系挤出5min，料温为153℃扭矩为73Nm。由此可见同等添加比例，新型阻燃剂配方对材料起到了一定的增塑作用，这也印证了拉伸强度下降，伸长率提高的结论。同时由于其纳米级的粒径，使得摩擦温升降低。
三、结论
该新型高效无卤阻燃剂做出的高性能低烟无卤阻燃电缆料的各项指标都优于传统配方的低烟无卤阻燃电缆料。具体参数：密度低（1.41g/cm3）、挤出扭矩小（73Nm）、伸长率高大于（300%）、氧指数高（大于41%）、自熄性好、高电性（体积电阻率8.2×1012Ω·m）。
摘要：本文采用传统的低烟无卤阻燃电缆料的制造工艺，使用一种高效的无卤阻燃配方体系，生产了一款密度低（1.41g/cm3）、挤出扭矩小（73Nm）、伸长率高（大于300%）、氧指数高（大于41%）、自熄性好、高电性（体积电阻率8.2×1012Ω·m）的低烟无卤阻燃电缆料。并对其进行了常规的物性检测、水煮及挤出试验。结果表明，该高效无卤阻燃剂做出的高性能低烟无卤阻燃电缆料的各项指标都优于传统配方的低烟无卤阻燃电缆料。
关键词：高效无卤阻燃剂；氧指数；高电性
电缆燃烧或者火灾时火焰延着电缆蔓延是火灾的形成和扩散的重要因素。由此而造成的损失在国内外都数不胜举。电缆的阻燃是电缆行业关注的重大问题，从而发展了阻燃电缆，并制订了电线电缆燃烧试验方法，按不同的使用场合，指定电缆有不同的阻燃要求。
最初发展的阻燃电缆大多采用含卤素的高分子材料（如氯丁橡胶、氯磺化橡胶、聚氯乙烯、氟塑料等）或者含卤的阻燃剂（如氯化石蜡、多溴联苯或多溴联苯醚等）。此类阻燃材料，阻燃性能良好，但是由于含有卤素，在燃烧时会产生卤化氢气体和较多的黑烟，从而造成人身伤害、逃离困难和腐蚀仪器设备。无卤低烟阻燃材料正是由于其具有不含卤素、发烟量低、毒性低的特点而受到人们的青睐。随着环保意识的加强，在核电站、地下铁、高楼、舰船、机车车辆、重大建筑和某些企业的电力、通信、控制、电气装备用线等电线电缆都规定必须使用无卤阻燃电缆。随着使用场合的增加，无卤阻燃电线电缆的品种不断增加，随之对无卤阻燃材料的性能要求和品种要求也不断增加。
低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料是以聚烯烃材料为基体树脂，加入无卤阻燃剂、改性剂、抗氧剂、润滑剂等共混而成。其具有不含卤素、发烟量低、毒性低的特点，在线缆领域倍受青睐。在近些年得以广泛应用，并取得了长足的发展。
低烟无卤阻燃电缆料从自身物性可分为热塑型和热固型，热塑型主要应用于耐温要求为80℃和90℃及以下的电线电缆，如：通信电缆和光缆、数据电缆、控制电缆及电力电缆的外护层等。热固型主要应用于具有较高耐温或其它特殊要求电缆下的电缆缆料可分为热塑型和热固型，热塑型主要应用于耐温要求在的场所，热固型低烟无卤阻燃电缆料根据其交联方式又分为辐照交联型、化学交联型和硅烷交联型。目前，低烟无卤阻燃电缆料的交联主要采用辐照交联的方式进行，这种方式线缆制造厂家无需新增设备投资，挤出工艺与热塑性材料相同，非常易于控制。化学交联由于对材料、设备及工艺要求很高，因此这种方式应用很少，只有在橡胶类型产品上有些应用。由于低烟无卤阻燃电缆料的挤出本来就比较困难，存放又相对易吸潮，因此，硅烷交联方式也较少使用。
低烟无卤阻燃聚烯烃产品因填充量较大，采用的基体熔点及软化点较低，在高温天气且存在机械应力的情况下容易发生开裂，故用于室外的光缆及电力电缆等的低烟无卤阻燃聚烯烃外护套除了满足以上标准要求外，还需具有优异的抗开裂性能及抗紫外线性能，确保光电缆用于室外护套不开裂。
目前，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料仍主要以Al（OH）3和Mg（OH）2为阻燃剂，但通过配方优化和采用不断出现的新型功能型助剂进一步改善了材料的加工性能、机械物理性能及阻燃性能等，基本上能够满足市场多样化及更高的需求。但其添加量过大，高阻燃产品挤出电流大，速度上不去，故迫切需要一种密度低、阻燃性能高的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料来弥补以上的不足。
本实验利用新型高效阻燃剂，采用新技术，降低阻燃剂添加量，赋予材料更加优异的机械物理性能和电气性能以及加工工艺性能。成功做出了高阻燃、抗开裂的低烟无卤阻燃电缆料。
一、实验部分
1、主要原料
EVA，7470，台塑；阻燃剂，复配，自制；加工助剂，L5-4，瓦克；抗氧剂，1010、168，金海雅宝等。
2、生产及检测设备
（1）高速塑料混合机，YH500，张家港五合机械有限公司；
（2）电脑自动包装秤，LCS-25，江苏常州澳恩计量有限公司；
（3）失重式计量喂料系统，M250，上海松耐机械制造有限公司；
（4）Φ75/Φ180挤出机组，TSE-75/180，南京瑞亚福斯特高聚物装备有限公司；
（5）电脑自动包装打包机，LCS1-25，江苏常州澳恩计量有限公司；
（6）硬度计，LX-A，上海伦捷机电仪表有限公司；
（7）转矩流变仪，挤出平台，哈尔滨哈普电气技术有限公司；
（8）电子拉力机，CMT2502，深圳市新三思材料检测有限公司；
（9）氧指数测定仪，HC-2，江宁县分析仪器厂；
（10）塑料超低温脆性试验仪，BC-2，上海彭浦制冷器有限公司；
（11）三用恒温水箱，上海精宏实验设备有限公司；
（12）密度计，MH-300A，上海冠唯仪器有限公司。
3、检测方法
密度按GB/T1033规定进行测定；拉伸强度、断裂伸长率按GB/T1040的规定进行测定；低温冲击脆化温度按GB/T5470的规定进行测定；氧指数按GB/T2406规定进行测定；体积电阻率按照GB/T1410的规定进行测定；热冲击试验按GB/T2951.31测定；扭矩用转矩流变仪测定。
4、产品的制备
（1）预处理：将粉料与液体混合在高搅机中搅拌5分钟。
（2）生产流程：预处理过的原材料按预先设计好的比例，分别由自动喂料系统进入双螺杆进行混炼，然后经过水下造粒系统造粒、冷却、烘干、称量、打包。
二、结果与讨论
1、基础性能对比表
为了对新型阻燃剂在体系中起到的作用进行全面分析，本实验做了三组基础性能对比实验，分别为：
（1）同样的阻燃剂添加量，同样的基体树脂配方体系产品性能对比，如表1。表1
序号 项目 单位 要求值 常规阻燃剂 新型阻燃剂
1 密度 g/ cm3 1.46 1.41
2 抗张强度 MPa ≥10 12.8 10.5
3 断裂伸长率 % ≥150 240 269
4 氧指数 % 32 34 41
5 体积电阻率 Ω·m ≥1010 8.6×1011 7.0×1012
6 热冲击性能 10kg/1h 不开裂 合格 合格
（2）同样的阻燃剂添加量，不同基体树脂配方体产品性能对比，如表2。表2
序号 项目 单位 要求值 常规阻燃剂 新型阻燃剂新配方
1 密度 g/ cm3 1.46 1.41
2 抗张强度 MPa ≥10 12.8 12.5
3 断裂伸长率 % ≥150 240 304
4 氧指数 % 32 34 41
5 体积电阻率 Ω·m ≥1010 8.6×1011 8.2×1012
6 热冲击性能 10kg/1h 不开裂 合格 合格
（3）同样的氧指数的对比表，如表3。表3
序号 项目 单位 要求值 常规阻燃剂 新型阻燃剂新配方
1 密度 g/cm3 1.59 1.41
2 抗张强度 MPa ≥10 13.4 12.5
3 断裂伸长率 % ≥150 185 314
4 氧指数 % 32 41 41
5 体积电阻率 Ω·m ≥1010 4.8×1011 7.0×1012
6 热冲击性能 10kg/1h 不开裂 不合格 合格
由表1、表2中的数据得知，该新型无卤阻燃剂的添加可以降低密度，提高氧指数、体积电阻率、断裂伸长率，但是强度有所下降。分析得知，该高效阻燃剂的添加可以有效提高氧指数，同时由于该阻燃剂并非无机填充物，所以电性能也有一定的提高。但是，抗张强度下降，断裂伸长率升高，可能是由于新型阻燃剂粒径很细，起到了一定的增塑效果。
2、耐水解实验（如图1）
A B
A为进口膨胀型无卤阻燃剂，B为新型复配无卤阻燃剂
图1 材料80℃，7天水煮后
常用的磷氮类无卤阻燃剂在低烟无卤体系中会出现遇水析出现象，故做了80℃，7天的水煮实验，并与市面最好的膨胀型无卤阻燃剂进行了比对。
如图1所示，图1-A中的水已经有白色析出物，出现浑浊。而图1-B中的水依然很清澈，说明该新型阻燃剂在水中并未析出。水煮后的力学性能的变化率也小于25%。说明该新型无卤阻燃体系遇水并不会析出。
3、挤出实验
用转矩流变仪挤出平台对同等基体树脂配方体系，不同阻燃体系的材料进行了挤出对比试验。实验条件为：毛细管挤出机头，设置温度为120℃、140℃、150℃、160℃，转速为30rpm，初始料温均为147℃；传统的无卤体系在3min内料温升为153℃，5min料温升至158℃，扭矩为83Nm；新型阻燃剂体系挤出5min，料温为153℃扭矩为73Nm。由此可见同等添加比例，新型阻燃剂配方对材料起到了一定的增塑作用，这也印证了拉伸强度下降，伸长率提高的结论。同时由于其纳米级的粒径，使得摩擦温升降低。
三、结论
该新型高效无卤阻燃剂做出的高性能低烟无卤阻燃电缆料的各项指标都优于传统配方的低烟无卤阻燃电缆料。具体参数：密度低（1.41g/cm3）、挤出扭矩小（73Nm）、伸长率高大于（300%）、氧指数高（大于41%）、自熄性好、高电性（体积电阻率8.2×1012Ω·m）。