礦用低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜護(hù)套料的研究現(xiàn)狀

1、中國煤炭學(xué)會煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會煤礦電工專業(yè)委員會論文集·69·礦用低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜護(hù)套料的研究現(xiàn)狀郎建平，胡占華，金鑫(中煤科工集團(tuán)上海有限公司檢測技術(shù)研究中心，上海201401)摘要： 煤礦用固定敷設(shè)電纜燃燒時(shí)會產(chǎn)生濃煙，并釋放鹵化氫等有毒氣體，對環(huán)境和設(shè)備造成 嚴(yán)重污染。開發(fā)低煙無鹵阻燃電纜護(hù)套料是提高煤礦用固定敷設(shè)電纜安全性和環(huán)保性的關(guān)鍵。通 過對比和分析煤礦用電纜護(hù)套料的機(jī)械性、阻燃性等技術(shù)性能，結(jié)合低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料的 發(fā)展現(xiàn)狀，指出煤礦用電纜護(hù)套料實(shí)現(xiàn)低煙無鹵化的前景。關(guān)鍵詞：煤礦用電纜護(hù)套料；低煙無鹵特性；聚烯烴嚴(yán)重腐蝕，對

2、人的生命安全構(gòu)成威脅。因此，尋找新O 引言型環(huán)保型低煙無鹵電纜料是當(dāng)下礦用電纜所面臨的礦用電纜產(chǎn)品的發(fā)展是煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)的促問題。 進(jìn)劑。不斷強(qiáng)化和改進(jìn)礦纜產(chǎn)品的安全性不僅能夠2煤礦用聚烯烴護(hù)套料的發(fā)展趨勢提高煤礦井下作業(yè)的安全指數(shù)，更是礦纜產(chǎn)品發(fā)展的必然要求。目前在煤礦井下使用的固定敷設(shè)電纜 在眾多高分子材料中，聚烯烴質(zhì)輕、無毒，燃燒 料以聚氯乙烯料為主，因其具有良好的阻燃性能、較 生成水和二氧化碳，不產(chǎn)生明顯的煙霧和腐蝕性氣 高的機(jī)械物理性能備受青睞。然而，20世紀(jì)70年 體，有較好的電絕緣性，因而被廣泛研究并應(yīng)用于電 代以來，國內(nèi)外在礦井和地鐵等場所發(fā)生多起電纜 線電纜行業(yè)中。在煤礦用

3、電纜護(hù)套料的無鹵化發(fā)展 火災(zāi)事故的調(diào)查顯示：7080的事故人員傷亡 方向中，環(huán)保型材料聚烯烴是理想的電纜選料。為 是因?yàn)楹u阻燃電纜在燃燒時(shí)放出大量的黑色煙霧 了符合煤礦用電纜的高阻燃性要求，急需改進(jìn)聚烯 及腐蝕性氣體，阻擋了人員在較密閉的空間里的逃 烴材料阻燃特性，無鹵阻燃劑的開發(fā)和應(yīng)用填補(bǔ)了 生線路，致使現(xiàn)場作業(yè)人員窒息而亡。為了防止煤 這一空白。當(dāng)前，應(yīng)用于電纜料中的無鹵阻燃劑趨 礦用電纜燃燒產(chǎn)生“二次災(zāi)害”，開發(fā)和使用高效、 向于改性無機(jī)金屬化合物阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系 安全、低毒的低煙無鹵型煤礦用阻燃電纜料已成為 阻燃劑、可膨脹石墨阻燃劑及多種阻燃劑的復(fù)配型 阻燃研究和煤礦用電線電

4、纜行業(yè)的發(fā)展方向。 阻燃劑等。但非極性的聚烯烴材料與極性較強(qiáng)的無鹵阻燃劑相容性很差，導(dǎo)致阻燃劑在聚烯烴中分散1 煤礦用電纜護(hù)套料的現(xiàn)狀不均勻，引起材料的力學(xué)性能下降，難以滿足煤礦用煤礦井下使用的電力電纜、通信電纜、控制電纜 電纜料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等機(jī)械性能要求。 等固定敷設(shè)類電纜產(chǎn)品種類有：MVVMYJv、 因此，聚烯烴不能直接用于電纜料中，需加以改性， MHYVMHYAVMHYBV、MKVVMKYJV等，這些 目前有交聯(lián)改性、共混改性和接枝改性三種方法。 電纜的絕緣料已部分實(shí)現(xiàn)了無鹵化，使用的是改性21交聯(lián)改性聚烯烴 后的聚乙烯。然而以聚乙烯為主的聚烯烴材料的極 自從上世紀(jì)50年代美國

5、查理貝氏在原子核反 限氧指數(shù)為17左右，屬易燃材料，且燃燒易產(chǎn)生應(yīng)堆試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)核輻照交聯(lián)改性后的交聯(lián)聚乙烯 大量熔滴，危害性很大，因而尚未直接應(yīng)用于高阻燃后，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯的電絕緣性、耐環(huán)境應(yīng)力、抗開 的固定敷設(shè)電纜護(hù)套料中。目前，固定敷設(shè)電纜護(hù) 裂性能、耐化學(xué)腐蝕等均比聚乙烯提高了很多。此 套料材料基本是聚氯乙烯，因其具有優(yōu)良的阻燃性、后，聚烯烴的交聯(lián)改性漸被國內(nèi)外研究者所關(guān)注。 機(jī)械加工性、耐酸堿性等而被廣泛使用，但聚氯乙烯 發(fā)展至今。聚烯烴的交聯(lián)改性法主要有：輻照交聯(lián)、 對光、熱的穩(wěn)定性較差，而且聚氯乙烯受熱分解釋放 過氧化物交聯(lián)、硅烷交聯(lián)。 氯化氫和其它有毒氣體，對周圍環(huán)境和設(shè)備會造成

6、輻照交聯(lián)適用于絕緣厚度不太厚的電線電纜·70·中國煤炭學(xué)會煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會煤礦電工專業(yè)委員會論文集中，是生產(chǎn)高技術(shù)指標(biāo)電線電纜的主要方法；過氧化 好的阻燃性，其氧指數(shù)測值為355；抗開裂阻燃料 物交聯(lián)法對設(shè)備要求嚴(yán)格、生產(chǎn)效率低、能耗大、不 的拉伸強(qiáng)度為128 MPa，斷裂伸長率為220，機(jī)械 適合中小生產(chǎn)線生產(chǎn)；硅烷交聯(lián)法生產(chǎn)效率高、成本 力學(xué)性能可與聚氯乙烯相當(dāng)。侯海良采用EVA 低、工藝通用性強(qiáng)，因而被廣泛應(yīng)用在中低壓電纜的 HDPE共混體系和EVAEPDM共混體系，添加自制 制造中。國內(nèi)一些電纜廠在1250C輻照交聯(lián)低煙無 的相容劑和不同無

7、機(jī)氫氧化物阻燃劑復(fù)配體系生產(chǎn) 鹵阻燃聚烯烴電纜料研制中，已實(shí)現(xiàn)了聚烯烴的機(jī) 無鹵電纜料，產(chǎn)品力學(xué)性能、耐高溫性能、阻燃性能、 械性與阻燃性的平衡，性能指標(biāo)列于表一，命名為產(chǎn) 低煙無毒性能、加工性能方面與美國聯(lián)碳DF 品1；在研制高性能低煙無鹵阻燃聚乙烯電纜料項(xiàng) DA21472NT產(chǎn)品相當(dāng)，各試驗(yàn)值列于表一，命名為 目中，有電纜廠也獲得了性能優(yōu)良產(chǎn)品，性能指標(biāo)列 產(chǎn)品5，滿足GBT1270612008中所列項(xiàng)的技術(shù)表一，命名為產(chǎn)品2；國外，Ahmet Akin Sener采用硅指標(biāo)。柳先友通過低密度聚乙烯與乙緲乙酸乙烯烷交聯(lián)法探索了氫氧化鎂聚乙烯在不同比例下交 酯共聚物和乙烯丙烯酸乙酯共聚物為基

8、料，制備了 聯(lián)后產(chǎn)品的機(jī)械物理性質(zhì)和無鹵低腐蝕性，選最佳 綜合性能優(yōu)良的多組分協(xié)效低煙無鹵電纜料。通過 比獲得的產(chǎn)品性能指標(biāo)列于表一，命名為產(chǎn)品3；陳比較，聚烯烴共混改性獲得的低煙無鹵電纜料也具 文卿、蔡建超研究了不同配比下復(fù)配型阻燃劑與硅有應(yīng)用于煤礦用電纜護(hù)套料的潛質(zhì)。 烷接枝聚烯烴擠出電纜料的性質(zhì)，最優(yōu)配比產(chǎn)品性 23聚烯烴接枝改性能列于表l，命名為產(chǎn)品4。接枝改性是指在非極性的大分子鏈上(如聚乙 根據(jù)GBT127061_2008規(guī)定的無鹵阻燃護(hù)烯、聚丙烯)引入極性或功能性基團(tuán)(如馬來酸鹽、 套料的性質(zhì)和煤礦用固定敷設(shè)聚氯乙烯護(hù)套料的技 甲基丙烯酸縮水甘油酯)以改善基體與極性材料的 術(shù)要求

9、，對以上4種產(chǎn)品的相關(guān)性能進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)界面親和性，同時(shí)提高材料的阻燃效果和力學(xué)性能。 硅烷交聯(lián)改性聚烯烴和輻照交聯(lián)聚烯烴的機(jī)械性能在基料的生產(chǎn)過程中，研究最廣泛的是熔融接枝。 均有所提高，除產(chǎn)品2機(jī)械性能略低于聚氯乙烯，其 它主要在擠出機(jī)和密煉機(jī)中操作，能靈活設(shè)計(jì)具有 它產(chǎn)品的機(jī)械性能均超過聚氯乙烯；產(chǎn)品3屬于可特性的高分子材料，且改善原有聚合物的黏接性、吸 燃材料，其余產(chǎn)品氧指數(shù)均達(dá)到難燃指標(biāo)；產(chǎn)品1、 濕性、反應(yīng)活性及與其它聚合物的相容性等。廣泛 產(chǎn)品2、產(chǎn)品3的酸度和電導(dǎo)率的測量值均達(dá)到用作聚烯烴與尼龍、聚酯、聚氨酯、無機(jī)礦物填料等 GBT127061_2008的無鹵技術(shù)要求。IECl9

10、91年共混體系的界面改性。接枝反應(yīng)易引起化學(xué)污染， 公布IEC754-2規(guī)定：電纜材料燃燒時(shí)釋放氣體的酸存在接枝劑和均聚物的殘留，造成材料的機(jī)械力學(xué) 度pHt>43，電導(dǎo)率10 p。smm為無鹵低腐蝕標(biāo)性能、電性能降低。因此，此法應(yīng)用于電纜護(hù)套料的準(zhǔn)。GBT1765121998對低煙電纜作了詳細(xì)規(guī)研制比較少。定：透光率合格的標(biāo)準(zhǔn)為T60。綜合表一各產(chǎn)3結(jié)語品性質(zhì)可知：交聯(lián)聚烯烴電纜料的研制已逐步成熟，可有選擇的應(yīng)用于煤礦固定敷設(shè)電纜護(hù)套料中，實(shí)我國低煙無鹵阻燃電纜料的開發(fā)和使用比較 現(xiàn)煤礦用電纜的低煙無鹵新要求。晚。雖然近年來國內(nèi)在低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料22聚烯烴共混改性 的研究方面取

11、得了一些成果，但是目前使用的高性 聚烯烴彈性體作為增韌改性劑，不僅可以改性能低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料大多還是依靠進(jìn)El， 橡膠，也可以改性塑料?，F(xiàn)階段用于電纜料研制的 產(chǎn)品價(jià)格較高，供應(yīng)受外資企業(yè)控制，因此國內(nèi)低煙 聚烯烴共混改性樹脂有：乙烯一醋酸乙烯共聚物 無鹵阻燃電纜護(hù)套料還有很大的發(fā)展空間。在國內(nèi) (EVA)、乙烯一丙烯酸乙酯(EEA)共聚物、乙烯一丙烯 電纜行業(yè)規(guī)范的約束下，隨著技術(shù)的進(jìn)步及工藝的 酸共聚物(EEA)。 改進(jìn)，低煙無鹵阻燃護(hù)套料的研制正逐步邁向精細(xì) 西安交通大學(xué)張凱等在抗開裂低煙無鹵阻燃聚化、高效化的生產(chǎn)。從源頭上使用低煙無鹵、低毒阻 烯烴一醋酸乙酯共混電纜護(hù)套料的研究

12、中取得了一 燃型電纜料，保證煤礦用低煙無鹵電纜產(chǎn)品的安全 系列的進(jìn)展：通過硅烷偶聯(lián)劑改性無機(jī)阻燃劑，添加環(huán)保，才能在根本上防范杜絕電纜火災(zāi)引發(fā)的慘痛阻燃協(xié)效劑與聚烯烴和乙烯一醋酸乙烯共聚物共混災(zāi)難。成料，實(shí)現(xiàn)了材料在阻燃劑的低填充量下保持有良中國煤炭學(xué)會煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會煤礦電工專業(yè)委員會論文集·71參考文獻(xiàn)：5 張凱，李秀峰，徐曼等一種抗開裂低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜 1中國電器工業(yè)協(xié)會GBT 1270612008額定電壓1 kV(Um護(hù)套料J電線電纜，2013(6)：21-23=12 Kv)到35 kV(Um=405 Kv)擠包絕緣電力電纜及附件6 陳文卿，蔡

13、建超硅烷交聯(lián)低煙無鹵電纜料的研究科技向?qū)?，S北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，20092012(24)：1722國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局MTSl8112009煤礦用電纜7侯海良，曾光新，施冬梅等125 oC輻照交聯(lián)低煙無鹵阻燃聚烯 第11部分：額定電壓10 kV及以下固定敷設(shè)電力電纜一般規(guī)烴電纜料的開發(fā)研究J電線電纜。2004(6)：24-27 定S北京：煤炭工業(yè)出版社，20108金慧，盛京，原續(xù)波反應(yīng)基礎(chǔ)聚烯烴接枝改性研究進(jìn)展J3金偉高性能低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料的淺析J電線電高分子通報(bào)，2006，3：37-41纜，2011(2)：26-289柳先友，雷華多組分協(xié)效低煙無鹵阻燃電纜料的研究J合 4Ahmet Akin Sener，Enver DemirhanThe investigation if using成樹脂