[发明专利]一种阻燃无纺布及其生产方法在审
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【说明书】：
技术领域本发明涉及一种阻燃无纺布及其生产方法。背景技术目前市场上无纺布的成网方式主要有干法、湿法、气流成网法、纺粘法、熔喷法，其中采用湿法制得的无纺布具有生产速度高，加工成本低的优点。形成湿法无纺布的纤维网的加固方式是靠外加的粘合剂产生粘合作用。如果要使无纺布达到阻燃效果，一般在粘合剂中添加阻燃剂，如卤系阻燃剂等，但目前市场上阻燃剂的回潮率较高，从而制得的无纺布很少应用于空气过滤材料。如中国公开专利CN A公开了一种阻燃耐水洗过滤材料的制备方法，将基础材料浸泡于水性聚氨酯、环磷酸酯阻燃剂、磷酸二氢钠按一定比例配成的阻燃胶水溶液中，得到的过滤材料虽具有阻燃性能，但其聚合度较低，所以制得的过滤材料回潮率较高，如果应用于空气过滤领域的话，在过滤空气中的颗粒物时，由于容易受潮，导致过滤材料阻塞，缩短使用寿命。发明内容本发明的目的在于提供一种回潮率低、硬挺度高的阻燃无纺布。本发明的另一目的在于提供一种生产成本低、工艺简单的阻燃无纺布的生产方法。本发明的技术解决方案如下：本发明的阻燃无纺布，该无纺布中含有40～60重量%的聚酯纤维、60～40重量%的阻燃剂与粘结剂的共混物，所述阻燃剂为聚磷酸铵阻燃剂或聚磷酸铵三聚氰胺阻燃剂，且所述聚磷酸铵阻燃剂或聚磷酸铵三聚氰胺阻燃剂占共混物的40～70重量%，所述粘结剂的成分为丙烯酸树脂或苯丙乳液。本发明的阻燃剂与粘结剂的共混物就是指阻燃胶。如果无纺布中聚酯纤维的含量低于40重量%的话，会影响无纺布的通气度以及无纺布的硬挺度；如果聚酯纤维的含量高于60重量%的话，无纺布中阻燃剂与粘结剂的共混物的含量就过低，就会导致无纺布的强度下降。上述阻燃剂为聚磷酸铵阻燃剂或聚磷酸铵三聚氰胺阻燃剂。聚磷酸铵具有较小的水溶性，聚磷酸铵中的磷含量大于32%，超过所有的磷系阻燃剂，而且聚磷酸铵的热分解温度大于250℃，具有较高的热稳定性，受强热后可分解，生成聚磷酸和氨。氨可稀释可燃气体，聚磷酸是一种强酸性脱水剂，可促使有机物表面生成炭化膜。另外，聚磷酸有覆盖作用，可隔绝空气防止燃烧。本发明的阻燃剂优选聚磷酸铵三聚氰胺，聚磷酸铵三聚氰胺中的磷氮阻燃体系具有明显的磷-氮协同作用，含氮化合物与含磷化合物的协同阻燃效果高于各单个阻燃剂的阻燃效果，而且氮还能促进磷酸对纤维的磷酸化。除此之外，聚磷酸铵三聚氰胺还具有较高的聚合度，使得水溶性较小，因此回潮率低。从而聚磷酸铵三聚氰胺作为阻燃剂涂覆于纤维网表面制得的无纺布具有很低的回潮率。上述聚磷酸铵阻燃剂或聚磷酸铵三聚氰胺阻燃剂与粘结剂共混，加工简便，且上述阻燃剂占共混物的40～70重量%，如果阻燃剂占共混物的含量高于70重量%的话，不仅会增加成本，而且制得的无纺布不易打褶，另外由于粘结剂的含量过低，起不到粘结的作用，从而会影响无纺布的强度；如果阻燃剂占共混物的含量低于40重量%的话，阻燃剂变少，起不到阻燃的效果。上述粘结剂主要成分为丙烯酸树脂或苯丙乳液，具有较好的粘结效果。本发明的阻燃无纺布，上述聚酯纤维是由1.5～10dtex之间的粗纤度聚酯纤维与0.5～1.5dtex之间的细纤度聚酯纤维构成。其中粗纤度聚酯纤维起到支撑无纺布的作用，可以提高无纺布的通气度；细纤度聚酯纤维可以提高无纺布的捕集效率。本发明聚酯纤维的长度不易过长,过长的话在制浆过程中形成扭结，抱团成块，因此聚酯纤维的长度优选5～15mm。本发明的阻燃无纺布，上述粗纤度聚酯纤维占聚酯纤维的40～70重量%、上述细纤度聚酯纤维占聚酯纤维的30～60重量%。如果粗纤度聚酯纤维的含量低于40%的话，会影响无纺布的硬挺度，起不到支撑作用；如果粗纤度聚酯纤维的含量高于70%的话，过多的粗纤度聚酯纤维制得的无纺布，其空隙偏大，添加活性炭颗粒时容易发生漏炭的现象。本发明的阻燃无纺布的回潮率低于2%。由于采用的阻燃剂具有聚合度高的优点，上述两种阻燃剂的聚合度大于1000，溶解度低于2g,因此本发明的无纺布在ISO139:2005规定的条件下回潮率能够低于2%,从而本发明的无纺布在过滤空气中的颗粒物时，不易受潮，不易阻塞，使用寿命长。根据FMVSS 302标准，本发明的阻燃无纺布的燃烧速度低于102mm/min，符合标准中关于阻燃的要求。本发明的阻燃无纺布的横向硬挺度为250～460mN,纵向硬挺度为100～300mN。刚软度也就是无纺布的硬挺度，过滤用无纺布的硬挺度越高，后续打褶加工比较容易，打褶后的材料，褶型保持较好，不易坍陷形成凹槽，构造压损也会比较低。本发明的阻燃无纺布的克重为50～80g/m2，如果克重低于50g/m2,无纺布的硬挺度不够理想，偏软的手感会影响无纺布后续的打褶性；如果克重高于80g/m2，会增加生产成本。本发明的阻燃无纺布的通气度为250～500cm3/cm2/s。在风量一定时，能耗也较低。无纺布的通气度关系到风速通过无纺布时的阻力大小，如果该无纺布的通气度小于250cm3/cm2/s的话，阻力较大，能耗也相应较大；如果该无纺布的通气度越大的话，阻力越低，能耗越小。本发明的阻燃纺布的初期压损为15～20Pa，ISO A2 Fine Dust的捕集效率为60～90%（称重法），捕集效率越高对灰尘的拦截效果越好，过滤后空气质量越好。本发明的阻燃无纺布的生产方法，包括如下步骤：（1）聚酯纤维网的制备：采用40～70重量%的粗纤度聚酯纤维与30～60重量%的细纤度聚酯纤维在水中进行均匀混合，然后采用湿法形成聚酯纤维网；（2）阻燃胶的制备：将聚磷酸铵阻燃剂或聚磷酸铵三聚氰胺阻燃剂与成分为丙烯酸树脂或苯丙乳液的粘结剂按重量比为40～70:30～60进行混合，制得阻燃剂与粘结剂的共混物；（3）无纺布的制备：将制得的阻燃胶涂覆于聚酯纤维网表面，经过真空吸液装置，然后以15～30m/min速度进入110～180℃的烘箱进行干燥，加固成型，然后切边成卷，最后制得阻燃无纺布。上述湿法成网的具体方法是将聚酯纤维置于水介质中，充分混合，制成聚酯纤维悬浮浆，然后将悬浮浆输送至成网装置。这里为了不让聚酯纤维产生团块，聚酯纤维的长度优选5～15mm。为了保证水区与抽吸区分开，本发明采用斜网式湿法成网，成网帘的倾斜角度为10°～15°。上述步骤（3）中涂覆有阻燃胶的聚酯纤维网经过真空吸液装置，然后以15～30m/min速度进入 110～180 ℃ 的烘箱进行干燥加固成型，然后切边成卷。如果进入烘箱的速度高于30m/min，干燥时间过短的话，无纺布中的水分不能完全去除，并且无纺布的阻燃耐久性会较差；如果进入烘箱速度低于15m/min，干燥时间过长，会使得无纺布脆化且强力明显下降。如果烘箱温度高于180℃。会使得无纺布手感变差，纤维容易发生水解；如果烘箱温度低于110℃，无纺布中的水分难以短时间内完全去除，影响产品的生产性。本发明的阻燃无纺布具有低的吸湿率、较高的硬挺度、成本低、工艺简单的特点，不会造成受潮堵塞等问题，可应用于空气过滤领域。具体实施方式通过以下实施例及比较例更加详细地说明本发明，但本发明的保护范围并不限于实施例，实施例中的各物性由以下方法测定。【回潮率】根据GB/T的标准，在温度20±2℃，湿度65±4%的实验环境以及容差范围下调湿后，称得样品的重量（湿重），再放入110℃温度的烘箱内，干燥2小时后，称得干燥后样品的重量（干重），计算该样品的回潮率，回潮率的计算公式如下：回潮率=（样品湿重-样品干重）/样品干重。【燃烧速度】（1）试样不燃烧，或火焰在样品上水平燃烧的速度不超过102mm/min；（2）从测试计时开始，如果样品燃烧的时间不到60秒，就停止燃烧了，且从计时开始那个位置起，样品的损毁长度没有超过51mm,则认为其满足FMVSS302的要求（注：计时开始位置为离点火端38mm处，当火烧到此位置开始记时，燃烧不超过38mm的话即为SE）。【克重】根据JIS L 1021标准，试验材料尺寸：200mm×200mm,利用电子天平称量其重量,再将结果换算成1m2的重量，在本发明的过滤无纺布中任意处取5块样进行测定，得到平均值。【通气度】根据JIS L 1096标准，将无纺布单层折叠，置于弗雷泽型通气度试验机测试口（100mm×100mm)下方进行测试，测试的量程选为cm3/cm2/s，测试压力为125Pa。在本发明的过滤无纺布中的任意5个地方取样并且测定，得到平均值。【硬挺度】
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电力电缆选用相关问题
　　1. 护套及绝缘层材质。
　　常见类型：
　　VV（VLV）聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆
　　VY（VLY）聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆
　　YJV（YJLV）交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆
　　YJY（YJLY）交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆
　　括号中L代表铝芯电缆
　　脚标22代表钢带铠装缘聚氯乙烯护套
　　脚标23代表钢带铠装缘聚氯烯护套
　　脚标32代表细钢丝铠装缘聚氯乙烯护套
　　脚标33代表细钢丝装缘聚氯烯护套
　　脚标42代表粗钢丝铠装缘聚氯乙烯护套
　　脚标43代表粗钢丝装缘聚氯烯护套
&学习了，好明白了&
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　VV（VLV）类电缆导体运行最高额定温度为摄氏70度，短路时（持续时间小于5秒）最高温度不超过摄氏160度。
　　YJV（YJLV）类电缆导体运行最高额定温度为摄氏90度，短路时（持续时间小于5秒）最高温度不超过摄氏250度。
　　矿物绝缘电缆。氧化镁绝缘，铜或高温合金护套，运行最高额定温度摄氏250度。特殊用途类型：
　　由于特殊用途电缆种类繁多，在此仅做简单介绍。用于高温环境的氟塑料电缆，聚偏二氟乙烯绝缘、护套电缆连续工作温度摄氏150度，聚全氟乙丙烯绝缘、护套电缆连续工作温度摄氏100度，，聚四氟乙烯绝缘、护套电缆连续工作温度摄氏260度。用于油污染环境的丁晴复合物绝缘电缆，运行最高额定温度摄氏105度。用于经常移动环境的硅橡胶电缆，运行最高额定温度摄氏180度。此外，还有专用的低温、防水、防虫鼠害、矿用电缆等。
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2. 电压等级
　　表示方法U0/U（Um）
　　U0为导体对地电压，U为导体与导体之间电压，Um为使用设备的系统最高电压的最大值。其中，U0按系统接地故障持续时间分为两类：第一类电缆----用于单相接地故障时间每一次一般不大于1分钟的系统，亦可用于最长不超过8小时，每年累计不超过125小时的系统；第二类电缆----用于接地故障时间更长的系统，或对电缆绝缘性能要求较高的场所。
　　例如10kV系统，如中性点经消弧线圈接地的应采用8.7/10kV电缆（或8.7/12），如中性点经小电阻接地的可采用6/10kV电缆（或6/12）。
　　二、 相线与N线截面配合
　　 理论上N线的允许载流量应大于最大三相不平衡电流及零序谐波电流之和。在工程中通常在以单相设备为主的系统中，N线截面等于相线截面（即4等芯）；在三相平衡系统或以三相设备为主的系统中，N线截面大于等于相线截面的一半（即3+1芯），其中有两个例外：相线为35mm2时，N线为16mm2，相线为150mm2时，N线为70mm2。
　　 在含有大量零序谐波分量的系统中，N线截面等于相线截面的2倍或根据实际需要定制。
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三、 选择电缆截面所需考虑的因素
　　 除设计手册中所要求的温升、经济电流密度、电压损失、机械强度、载流量等以外，还需注意：
　　1. 敷设距离导致的单相短路故障、接地故障保护灵敏度问题（低压系统）
　　2. 在一个工程中尽量减少、合并截面等级，利于加工定货。
　　四、 防火
　　 常用电缆中，虽然聚氯乙烯护套电力电缆防水性能等方面优于聚乙烯护套电力电缆，但在火灾条件下，聚氯乙烯释放出的有害气体远超过聚乙烯。几乎所有电缆厂家都生产聚氯乙烯护套电力电缆，其中只有部分厂家同时生产聚乙烯护套电力电缆。
　　 阻燃电缆：阻燃产品比非阻燃产品能提供１５倍以上的逃生时间；阻燃材料烧掉的材料仅为非阻燃材料的ｌ／２；阻燃材料的热释放率仅为非阻燃材料的ｌ／４；燃烧产品总的毒气气体量，如以一氧化碳的相当量表示，阻燃产品仅为非阻燃产品的ｌ／３；普通阻燃产品与非阻燃产品的产烟性能、产烟量无大的区别。阻燃电缆按GB标准分为A、B、C三类，在工程设计中宜选择A类阻燃电缆。减少在同一防火隔断（例如同一桥架、同一竖井）内的电缆数量，有助于提高电缆的阻燃能力。
　　 耐火电缆：根据ＧＢｌ２６６６.６规定，耐火试验温度分为二类：Ａ类为９５０—１０００℃　考核时间为９０分钟
　　Ｂ类为７５０—８００℃　考核时间为９０分钟。即电缆在外部火源７５０—８００℃（或９５０—１０００℃）直接燃烧下，９０分面内仍能通电，就判定为Ｂ类或Ａ类耐火电缆。
　　有机类耐火电缆在铜导体上包绕云母耐火带（耐高温８００℃）作为耐火层，然后按不同型号挤上一定厚度的正常绝缘层，最后电缆芯间填充层和最外层的护套与普通电缆一样。无机类又称为矿物质绝缘型或者氧化镁绝缘电缆，其外护套为铜管或特种合金管，在外护套和铜芯导体之间填充氧化镁作为绝缘材料，由于氧化镁的熔点为２８００℃，铜管（外护套）的熔点为１０８３℃，特种合金管可以保证在825℃无变形，因此只要外护套不受破坏，该电缆就能正常工作，其耐火性能远超过有机类耐火电缆。在工程设计中不要轻易提出要求使用A类耐火电缆，因为NH-YJV或NH-VV一般都达不到A类要求，而矿物质绝缘电缆耐火性能虽然优异，但造价远高于普通耐火电缆，对施工的要求更加严格，另外由于是独芯电缆，各相对N、对PE间距不同，单相短路、接地短路阻抗（电抗）有一定差异。
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五、 相关名词
　　氧指数：是指在规定条件下，固体材料在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧含量。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧
　　材料的氧指数（LOI）与其阻燃性的对应关系如下：
　　LOI & 23 可燃
　　LOI 24 - 28 稍阻燃
　　LOI 29 - 35 阻燃
　　LOI & 36 高阻燃
　　耐火电缆（Ｆｉｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃａｂｌｅｓ），简称为ＦＳ电缆。这种电缆不易着火致完全烧毁，在火灾中及火灾后尚能继续工作，保证救火过程中的用电需要。
　　阻燃电缆（Ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｃａｂｌｅｓ），简称为ＦＲ电缆。普通聚合物，在燃点以上的火焰中都会燃烧。ＦＲ阻燃电缆的特点是单根电缆垂直燃烧时可阻止火焰蔓延，火焰移去后会自动熄灭。
　　低延阻燃电缆（Ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｌａｍｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅｓ），简称为ＦＲＲ电缆。其特点是能通过多根电缆垂直托架敷设的阻燃试验，在试验中集中成束电缆中所含可燃物质比单根电缆多但要求其火焰蔓延能受到控制。
　　低烟无卤阻燃（Ｌｏｗ ｓｍｏｋｅ ｚｅｒｏ ｈａｌｏｇｅｎ ｃａｂｌｅｓ），简称ＦＯＨ电缆。ＦＯＨ电缆的特点是燃烧时既具有ＦＲ或ＦＲＲ阻燃能力，又不会排放ＨＣＩ等有毒气体，所散发的烟雾也非常稀薄。
　　同心导体电力电缆：N线（或PEN）均匀外包于各相线外侧，与各相线距离均等，有利于均衡、降低各相对N的电抗。
线缆阻燃材料和阻燃技术的发展
& & 摘& &要:随着经济建设速度的不断加快，阻燃线缆被广泛地应用于各种场合。线缆阻燃材料的合理选择是提高线缆安全性能和减少火灾隐患的关键。对线缆阻燃材料的阻燃方法、阻燃剂的种类和选用原则等进行了阐述，并针对不同的线缆基体聚合物提出了相应的阻燃剂体系。最后还介绍了线缆阻燃技术的发展趋势。
关键词:阻燃线缆;阻燃方法;阻燃剂;极限氧指数
& & １ 前 言
& & 近年来，随着经济建设速度的不断加快，各种大型工业设施、高层商业建筑、地下建筑和居民住宅数量的逐渐增多，线缆的使用总量越来越大，且敷设的密集度也越来越高。由于线缆老化而导致短路、自燃等原因引起的电气火灾事故日趋频繁，造成的损失日益严重。这使人们认识到，除了要增强防火安全意识外，还应制定严格的相关标准，大力推广应用各种线缆用阻燃材料，制造出各种类型的防火阻燃电缆。
& & 目前有许多国际组织和国家颁布了一系列的防火标准，如国际电工委员会ＩＥＣ ３３２系列、电气技术标准化欧洲委员会ＣＥＮＥＬＥＣＨＤ ４０５、美国国家电气规程ＮＥＣＮａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｄｅ８００条款和７７０条款、加拿大电气标准ＣＥＣＣａｎａｄｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｄｅ、英国ＢＳ ４０６６等。其中ＮＥＣ、加拿大标准协会ＣＳＡ和美国安全实验室ＵＬＵｎｄｅｒ Ｗｒｉｔｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ标准及规范是国际上广泛接受的电气安全要求。这些标准的颁布加快了新型防火线缆的研究与开发。
& & 线缆结构的设计和材料的选用对于线缆的防火性能都有较大的影响，如金属铠装层可以有效地防止线缆着火低烟聚氯乙烯ＰＶＣ、无卤低烟ＬＳＺＨ材料、高温材料可以控制火焰的蔓延及有毒烟雾的产生。而尤以线缆阻燃材料的合理选择是提高线缆安全性能和减少火灾隐患的关键措施之一。
& & ２ 线缆材料的阻燃机理
& & 线缆阻燃材料是在以基体聚合物或称树脂为主体，加入增塑剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧化剂、抗紫外线剂等的体系中增加了阻燃成分，从而起到阻止材料被引燃和抑制火焰传播的作用。
& & ２．１ 线缆材料的燃烧行为及阻燃方式
& & ２．１．１ 线缆材料的燃烧行为
& & 线缆材料燃烧的机理如图１所示。线缆材料的燃烧行为可用以下几个性能参数来描述１ 点燃材料的难易程度。可用临界氧指数ＣＯＩ或极限氧指数ＬＯＩ来定义，该值越高，说明该材料的着火以及火焰蔓延越困难。通常，ＣＯＩ≥３０％阻燃ＬＯＩ≤２３％可燃ＬＯＩ在２４％－２８％之间稍阻燃ＬＯＩ在２９％－３５％之间阻燃ＬＯＩ≥３６％高阻燃。２ 火在材料表面蔓延的速度。３ 耐燃性，即火烧穿材料的速度。４ 释热速率ＨＲＲ。５ 火熄灭的难易程度。６ 生烟性，包括发烟量、烟发生的速度和烟的成分。７ 产生的毒性气体的成分、数量和生成的速度。
& & ２．１．２ 线缆材料的阻燃方式
& & 线缆材料的阻燃可以通过用化学或物理的方法，改变聚合物的组成结构，以达到阻燃效果，如在聚合物分子中加入起着阻燃作用的元素，如溴、氯、磷、锑、硼等用化学交联或辐照交联，使线性聚合物大分子变成具有三度空间网状、体型结构的物质，提高其热稳定性和成炭性。也可以通过添加阻燃剂到基体聚合物中，燃烧时，阻燃成分以不同的方式与机制在聚合物燃烧的不同区域进行阻燃。阻燃剂进行阻燃的方式有如下几种
& & １ 气相阻燃，即在气相中抑制聚合物燃烧反应中起链增长作用的自由基，从而达到阻燃效果。阻燃剂在气相燃烧区捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。
& & ２ 凝聚相阻燃，即在固相中阻止聚合物的热分解和阻止聚合物释放出可燃气体，从而达到阻燃效果。阻燃剂在高温下形成熔融玻璃状物质或泡沫炭层覆盖在聚合物表面，隔绝热量和氧气，阻止可燃气体向外逸出，从而达到阻燃目的。
& & ３ 中断热交换，即将聚合物产生的热量带走而不反馈到聚合物上使聚合物不断分解，从而达到阻燃效果。阻燃剂在高温下发生强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。阻燃剂受热释放出不燃气体，将可燃物分解出来的可燃气体稀释，使可燃气体的浓度降低到燃烧极限以下同时该不燃气体也降低了燃烧区内的氧气浓度，抑制了燃烧继续进行，以达到阻燃的作用。
& & ４ 成炭作用，即在聚合物热降解时生成炭，可减少挥发物的产生，且粘性的炭层覆盖在聚合物表面，使聚合物同火焰隔绝，使进一步热降解变得困难，最终起到阻燃作用。此外，炭层还能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。通常成炭量增加１／３，则生烟量减少１／２，欲使材料的阻燃级别达到ＵＬ９４，Ｖ２０，成炭量至少应达到３０％。
& & ５ 协同效应，即各组分的共同效果大于各组分的单独作用之和。协同效应最典型的是锑２卤协同效应，氧化锑常用形态Ｓｂ２Ｏ３与含氯或含溴阻燃剂并用。在气相，氧化锑与卤素生成三卤化锑，而三卤化锑是火焰的抑制剂，它捕捉火焰中的Ｈ．、ＨＯ．等自由基，三卤化锑蒸汽可较长时间停留在燃烧区，稀释可燃性气体，并覆盖在聚合物表面而隔热，降低聚合物分解温度、分解速度，生成的炭层可将聚合物封闭，阻止可燃性气体逸出。还有一些卤化锑在凝聚相作为成炭的催化剂和在凝聚相表面充当自由基的捕捉剂。还有其它协同效应，诸如氧化锑－非卤协同效应、磷－卤协同效应、氮－卤协同效应、磷－磷协同效应等。
& & ３ 线缆材料阻燃剂的选用原则和种类
& & 阻燃剂是阻止材料被引燃并抑制火焰进一步蔓延的添加剂。阻燃剂可分成反应型和添加型两种。其中反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中就引入阻燃元素添加型阻燃剂是在对树脂进行成型加工时加入，通常为一个复合的阻燃体系。
& & ３．１ 线缆材料阻燃剂的选用原则
& & １ 阻燃剂、阻燃填料和阻燃协效剂等必须与基体聚合物有较好的相容性。
& & ２ 阻燃剂与基体聚合物在热分解上越匹配，阻燃剂的效率就越高，即用较少的阻燃剂可达到同样的阻燃效果。
& & 根据大量理论与实践证明，只有阻燃剂的热分解曲线全部低于基体聚合物的热分解曲线，使阻燃剂热分解产生的气体、碎片物等持续包围在基体聚合物周围，阻燃剂的作用才能有效发挥如图２所示并且阻燃剂的热分解曲线比基体聚合物的热分解曲线低约６０７５ｅ时阻燃效果最好还要注意阻燃剂热分解温度与基体聚合物加工温度的差距和匹配。
& & ３ 阻燃剂在基体聚合物加工温度范围内的状态，最好是熔化后的流动态，并且阻燃剂的分解温度与基体聚合物加工温度有较大间隔，即应选择那些熔点在基体聚合物加工温度以下，而分解温度又远高于此加工温度的阻燃剂。
& & ４ 选择阻燃剂体系时应考虑充分利用协同作用，尽量减少阻燃剂的用量，以期线缆阻燃材料的物理机械性能与基体聚合物的相比降低不多。
& & ５ 可采用氧指数曲线斜率法来判断阻燃剂的阻燃效率如图３所示。以同一基体聚合物为标准，氧指数曲线斜率越大，阻燃剂的阻燃效率越高。
& & ３．２ 阻燃剂的种类
& & １ 卤系阻燃剂。卤系阻燃剂以其阻燃效率高、用量少、对基体材料的性能影响小、价格适中等优点在阻燃剂领域占有重要地位，尤以溴系、氯系阻燃剂使用范围较广。但卤系阻燃剂在热裂解及燃烧时生成大量的烟尘及腐蚀性气体，对环境有一定污染，特别是对人员伤亡会造成大的影响。其中多溴联苯ＰＢＤＢ和多溴联苯醚ＰＢＤＢＥ被认为燃烧后会产生二英类致癌物质。因此，采用新型无卤阻燃剂已成为一种发展的趋势。
& & ２ 含磷阻燃剂。含磷阻燃剂是一种无卤阻燃剂，具有阻燃、增塑双重作用，可代替含卤阻燃剂，以满足环保安全的要求。含磷阻燃剂能够阻燃、隔热、隔氧，且生烟量少，不易形成有毒气体和腐蚀性气体，在受热时可产生结构稳定的交联状固体物质或炭化层。
& & ３ 无机氢氧化物阻燃剂。无机氢氧化物是一类重要的阻燃剂，其具有低毒、低烟或抑烟、低腐蚀，价格低廉等优点，广泛应用于各种领域。随着阻燃剂无卤化的要求日益提高，无机氢氧化物的需求有增长趋势。线缆中最常用的无机氢氧化物阻燃剂有ＡｌＯＨ３ＡＴＨ和ＭｇＯＨ２ＭＨ。ＡｌＯＨ３通常被称为三水合氧化铝。
& & 在使用中，无机氢氧化物阻燃剂的主要问题是在基体聚合物中添加量较大一般在５０％以上，易导致材料的加工性能和物理性能下降并且其是亲水性物质，而基体聚合物是亲油性，两者互不相容，降低了其分散性，从而限制了无机氢氧化物阻燃剂的填充量。
& & ４ 含硅阻燃剂。含硅阻燃剂及其阻燃技术目前得到了广泛的研究，其阻燃的聚合物具有低烟、无毒，燃烧热值低，火焰传播速度慢等优点。有多种含硅阻燃技术已实用化，如通过接枝反应，在聚合物中引入硅原子或硅基团添加硅树脂粉末加入高分子量的硅油与有机金属化合物，白炭黑硅橡胶与金属化合物并用聚合物Ｐ粘土纳米复合材料加入硅酸盐硅胶与碳酸钾并用等。
& & ５ 氮系阻燃剂。氮系阻燃剂主要通过分解吸热及生成不燃性气体以稀释可燃物而发挥作用。其具有无卤、低毒、低烟、不产生腐蚀性气体，并且价廉、抗紫外线等优点。
& & ６ 其它无机阻燃剂或消烟剂。锑系阻燃剂几乎总是和卤素并用，利用两者的协同效应。其中Ｓｂ２Ｏ３是最重要和应用最广的卤系阻燃剂的协效剂。硼系阻燃剂中最重要的是硼酸锌，其具有抑烟、阻燃、抑阴燃、改善漏电痕迹指数等作用。钙化合物、钼化合物、铁化合物是阻燃体系中常用的阻燃填料或消烟剂。
& & ４ 线缆阻燃材料的基体聚合物
& & ４．１ 聚氯乙烯
& & 目前聚氯乙烯ＰＶＣ是线缆护套的主要材料，在线缆材料中使用量最大。其含氯量达到５６％，氧指数为４２．５，属于自熄性聚合物。由于添加了增塑剂、填充剂以及其他配合剂，聚氯乙烯的阻燃性下降３０％，氧指数仅为２０，属可燃物。为提高聚氯乙烯的阻燃性可添加有机磷酸酯、卤代磷酸酯、含卤阻燃剂、Ｓｂ２Ｏ３、无机阻燃剂等。在对聚氯乙烯进行阻燃化的同时，还要考虑其抑烟性。在聚氯乙烯中，添加Ｓｂ２Ｏ３，具有协同效应添加碳酸钙，可降低有害气体的产生，尤其是微粒碳酸钙的效果特别好添加５０％的ＤＯＰ邻苯二甲酸二异辛酯配合ＭｏＯ３，可降低７０％的发烟性添加２％的ＭｇＯＨ２与ＭｏＯ３、八钼酸铵等抑烟剂，其生烟量可减少７０％８０％，氧指数可提高３个单位。
& & ４．２ 聚乙烯及其它乙烯共聚物
& & 在线缆生产中大量使用着聚乙烯ＰＥ，其种类较多，有低密度聚乙烯ＬＤＰＥ、线性低密度聚乙烯ＬＬＤＰＥ、中密度聚乙烯ＭＤＰＥ、高密度聚乙烯等。同时，用来替代ＰＶＣ作为无卤、低烟、低气味阻燃材料的基体材料的聚丙烯ＰＰ和以乙烯－醋酸乙烯ＥＶＡ为代表的烯烃共聚物的应用也日趋增多。
& & 但是聚烯烃的氧指数只有１７．４左右，属易燃材料。通常这些基体材料需添加各种阻燃剂大多数是两种或两种以上的阻燃剂组合，或与其他已有一定阻燃性能的聚合物共混，或改变其组成与结构用接枝、交联等方法，使其获得阻燃性，例如交联聚乙烯ＸＬＰＥ、硅烷交联聚乙烯、氯化聚乙烯ＣＭ、氯磺化聚乙烯ＣＳＭ等。添加的阻燃剂的组合体系可分为三类：１ 含卤阻燃剂与氧化锑、硼酸锌、多聚磷酸铵的组合２ 前类组合再加上无机阻燃剂或无机阻燃填料及一些金属氧化物３ 无卤阻燃体系主要以含磷、含氮、含硼、含硅阻燃剂的组合。
& & 此外，利用茂金属催化的乙烯或乙烯共聚物用于无卤阻燃材料，可容纳较多的阻燃剂，如ＡＴＨ和ＭｇＯＨ２，但自身仍保持弹性。
& & ４．３ 热塑性弹性体ＴＰＥ
& & 线缆制造中经常采用热塑性弹性体材料。其中聚酰胺ＰＡ为无卤热塑性材料，但其在燃烧中会有熔融滴落现象，因此选用阻燃剂时要考虑防熔滴。聚酰胺常用的阻燃剂有溴化物、氯化物、磷化物、含氮化合物和一些含硫化合物。聚苯乙烯ＰＳ和聚酯常用于耐高温线缆的薄壁绝缘挤制。由于ＰＳ的加工温度较高，一般通过添加芳香族溴化物进行阻燃。
& & ４．４ 热固性弹性体
& & 二元乙丙橡胶ＥＰＭ、三元乙丙橡胶ＥＰＤＭ、氯丁橡胶ＣＲ、丁腈橡胶ＮＢＲ、乙烯－醋酸乙烯酯橡胶ＥＶＭ等常用于线缆护套及绝缘层的制造。其常用的阻燃体系是溴－锑共协效体系，为了减少生烟量，常常使用协效剂ＭｇＯＨ２和ＡｌＯＨ３。近年来又开发出磷－氮膨胀体系用于线缆阻燃材料的制造。
& & ４．５ 氟聚合物和其它耐高温材料
& & 由于特殊的化学结构而使自身带有阻燃性的聚合物有聚四氟乙烯ＰＴＦＥ、乙烯－四氟乙烯共聚物ＥＴＦＥ、四氟乙烯－六氟丙烯共聚物ＦＥＰ、全氟烷氧基聚合物ＰＦＡ、聚酰亚胺ＰＩＡ、聚醚砜ＰＥＳ、聚醚醚酮ＰＥＥＫ等。这些聚合物无需改性或阻燃处理，具有耐高温、抗氧化、不易燃氧指数高、能自熄等特点。但氟聚合物可能因被要求“无卤”而被聚
酮材料代替，如聚醚醚酮ＰＥＥＫ能耐高温２６０℃，与ＰＶＣ、ＰＴＦＥ和其它阻燃聚合物相比，它燃烧时释放的烟和酸气较少，且比ＰＴＦＥ轻４０％，在航天和运载工具中应用具有一定优势。
& & ４．６ 光纤材料
& & 光纤护套和套管材料大都选用热塑性聚酯。为了保护环境和防止火灾，一些光缆厂家已相继开发出环保光缆和阻燃光缆，应用于楼宇及家庭等环境。在室内光缆中采用了添加阻燃剂的聚酰胺，以及无卤阻燃材料。
& & ５ 线缆材料阻燃技术的发展
& & ５．１ 纳米技术
& & ２０世纪后期出现的纳米技术与纳米材料已成为当今科学与技术领域的新热点。目前人们把尺寸在１１００ｎｍ范围内的粉体定义为钠米级超细微粉体。当物质达到钠米级后，其颗粒将拥有一些独特的性质：高强度、高硬度、抗热震、抗氧化。它的二次功能特性——超大的比表面可高达１００ｍ２／ｇ带来了高的表面能、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。将纳米技术用于线缆材料的阻燃，可使线缆阻燃材料的阻燃消烟性能有很大的飞跃。特别是解决了填充大量无机阻燃剂填料时，使基体聚合物物理机械性能恶化的问题。现在国内外已研制出纳米ＭｇＯＨ２ＰＰ－ＣａＣＯ３、ＨＤＰＥ－ＣａＣＯ３、尼龙２６２蒙脱土等纳米复合材料以及纳米级沉淀ＣａＣＯ３。
& & 纳米ＭｇＯＨ２是一种无毒无味无腐蚀性，兼有阻燃、抑烟、填料三种功能的新型阻燃剂。在高温分解时，纳米ＭｇＯＨ２可吸收大量的热量并生成一定量的水蒸汽显著降低材料的温度，从而起到了阻燃效果，更重要的是纳米ＭｇＯＨ２分解后的固体产物具有很大的比表面及很强的碱性，能及时地吸收材料热分解释放的酸性气体和烟雾，从而起到抑烟消烟的作用。其可应用于无卤阻燃低烟电线电缆护套，满足核电级电缆的技术要求。
& & 目前聚合物－层状硅酸盐纳米复合材料研究较多，由于我国的层状硅酸盐蒙脱土资源丰富且价格低廉，因此蒙脱土－聚合物纳米复合材料的研发是最具现实意义和潜力的。有实验发现，仅将少量层状硅酸盐加入到聚合物中含５％左右即可降低聚合物的可燃性。其阻燃机理是燃烧时能成炭，炭隔断了下面聚合物与热源的接触，阻止生成挥发物和挥发物向外扩散。与传统阻燃材料相比，阻燃聚合物纳米复合材料只要少量的纳米粒子便能提高聚合物阻燃性，且对聚合物机械性能几乎没有影响。现已有国外公司能提供线缆用阻燃聚烯烃纳米复合材料。
& & 将常规无机有机阻燃剂与纳米无机物纳米蒙脱土等和聚合物聚烯烃聚酰胺聚酯等组成二元或三元纳米复合材料的研究工作也在开展中。根据相关报道，如将纳米无机物与ＡｌＯＨ３并用，其阻燃效果明显优于单用ＡｌＯＨ３，而且ＡｌＯＨ３用量可大幅减少。
& & ５．２ 微胶囊化技术
& & 将无机或有机阻燃剂进行微胶囊化Ｍｉｃｒｏｅｎ２ｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ是当前阻燃技术研究的热点，现已进入了实用阶段。尤其对于ＡｌＯＨ３、ＭｇＯＨ２用硅烷钛酸酯进行表面处理已实现工业化。微胶囊化是把阻燃剂研碎分散成微粒后，用有机物或无机物进行包裹，形成微胶囊阻燃剂；或以比表面很大的无机物作为载体，将阻燃剂吸附在这些无机物载体的空隙中，形成蜂窝式微胶囊阻燃剂。阻燃剂的微胶囊化可改善阻燃剂与基体聚合物的相容性并且减小因阻燃剂的加入使原聚合物的物理机械性能的降低，改善阻燃剂的热稳定性，扩大阻燃剂的应用范围。
& & ５．３ 辐照交联技术
& & 交联技术是将线性结构的聚合物，通过化学方式如加入交联剂等或通过物理方法如辐照，实现大分子的交联反应，使线性聚合物变成具有三度空间网络结构的聚合物。结合辐照交联技术与阻燃技术，所制得的线缆材料具有优良的阻燃性、高耐热性、优秀的物理机械性。通过辐照交联反应可提高聚合物的成炭性，进而提高其阻燃性。影响辐照交联的因素有很多。
& & １ 不同的辐射源具有不同的高能射线类型射线能量范围对聚合物的穿透能力。辐照交联的程度可用下式来评价：
& & 交联度＝×１００％
& & 可以根据实验测得的凝胶量求得该材料的辐照交联度。
& & ２ 一般情况下，材料的辐照交联度随辐照剂量的增加而增加。可以根据辐照剂量的定量关系式Ｃｈｅｒｌｅｓｈｙ－Ｐｉｎｒｅｒ公式来设计聚合物材料的交联度在理论上的辐照剂量。
& & ３ 当辐照温度升高到聚合物的熔点附近时，聚合物分子链可以自由移动，其辐照交联的产率也随之增大。
& & ４ 在辐照交联过程中应避免氧气的存在。
& & ５ 添加敏化剂可使辐照交联加速辐照剂量减小。但聚合物中存在的抗氧剂和填料会影响敏化辐照交联，抗氧剂将阻滞辐照交联进行。
& & ５．４ 膨胀阻燃技术
& & 在燃烧时，加入膨胀型阻燃剂的聚合物的表面会形成泡沫状炭，阻止了热和氧向聚合物内部传递，同时也阻止了聚合物降解产物向火焰扩散，使聚合物的热分解速率小于维持火焰所需的速率，最终熄灭火焰。此外，膨胀的炭化物粘附在燃烧的聚合物熔融区域，防止了滴流，避免了卤素阻燃剂常会出现的火焰蔓延。
& & 大多膨胀阻燃体系中不含卤素，在受热燃烧时，仅释放出少量的烟，且无卤化氢等有毒、有害气体的释放，十分符合当今人们保护生态环境的要求。此外，该体系还可以防止ＰＰＰＡ等聚合物燃烧时产生的熔滴现象。因此膨胀阻燃技术已成为近年来国际阻燃领域广为关注的新型复合阻燃技术。
& & 膨胀阻燃体系一般由三部分组成，即膨胀催化剂磷酸酯类成炭剂多元醇类和膨胀剂喷气剂。在这三者的协同作用下，燃烧时材料表面会形成致密的多孔泡沫炭层，阻止了内层聚合物的进一步降解及可燃物向表面的释放，同时又阻挡了热源向聚合物的传递以及隔绝氧气，从而遏止了火焰的蔓延和传播。
& & 目前膨胀阻燃体系尚有一些不足，阻碍了它们的广泛应用。
& & １ 由于膨胀阻燃剂大部分是低分子物，因此其热稳定性和抗迁移性较差，且易渗出。
& & ２ 与基体聚合物的相容性不佳。
& & ３ 由于膨胀阻燃剂的主要成分有一定的水溶性，且易进行醇解反应，因此最终导致膨胀阻燃聚合物的抗水性差，易吸潮。
& & ５．５ 抑烟技术
& & 据统计，在火灾死亡人员中有三分之二是因为吸入电线电缆燃烧时释放出的有毒气体而窒息死亡。为保证人们的生命安全，世界各国都纷纷制定了线缆燃烧时的发烟量和有毒气体浓度的标准。研究开发新型的低毒低烟雾无害高效阻燃体系是阻燃技术发展的重要趋势。
& & 如前所述，常用的阻燃剂中含有卤磷锑等元素，一旦材料被引燃将释放出大量的有毒气体及对人体和环境有害的残渣。对于ＰＶＣ，其抑烟的重要性已超过了阻燃而对于其他的聚合物，其抑烟和阻燃也应相提并举。目前抑止聚合物燃烧时产生烟雾的主要方法是向其中添加抑烟剂。抑烟剂有无机和有机两大类，前者有ＣａＣＯ３、ＡｌＯＨ３、ＭｇＯＨ２、硼酸锌、ＭｏＯ３、八钼酸铵以及含硅化合物和一些镁铝硅的矿物后者有二茂铁和一些有机酸的盐类。据预测，在未来的十年中，抑烟剂八钼酸铵硼酸锌ＭｇＯＨ２等的年平均用量增长率将超过６％。
& & 近来，新开发了利用纳米材料对聚合物进行抑烟，通过纳米微粒巨大的比表面和宏观量子隧道效应来吸附烟尘，达到消烟目的。以聚烯烃如ＥＶＡ、ＰＥ、ＰＰ为基体聚合物，采用纳米水滑石层柱状双羟基纳米复合金属氧化物，ＬＤＨＳ和纳米ＭｇＯＨ２为阻燃剂其粒径０．１Ｌｍ作为抑烟剂，按电缆护套料的常规生产方法可制得抑烟型无卤阻燃电缆护套专用料。有实验证明，ＬＤＨＳ对ＰＶＣ的阻燃抑烟效果也十分显著，可使ＰＶＣ燃烧时的烟密度大幅度降低，其添加量仅为５％，则ＰＶＣ的抑烟效率可达５０％左右。
& & ５．６ 增容技术
& & 大多数聚合物与低分子物，尤其是无机低分子物是不相容的，不相容的共混物的各组分间存在着物理界面。由于许多价廉、无毒、抑烟的阻燃剂和抑烟剂均是无机低分子物，因此必须进行“增容”，即增加不相容的共混物各组分界面的结合力，提高相分散程度和结构形态的稳定性，使相容的共混物的各方面性能有一定程度的提高。
& & 通常采用偶联剂对无机物进行表面处理以改善相容性的方法有一些不足之处，特别是对力学性能的提高不够理想。现行的增容技术主要是利用带官能团的组分，在熔融共混中形成接枝或嵌段共聚物，在共混界面起增容作用或形成化学键，提高共混组分间的相容性或加入低分子化合物，促进共聚物的形成或促使发生交联反应，以促进共混组分间的相容性。
& & ５．７ 成炭和防熔滴技术
& & 基体聚合物的成炭技术是线缆材料阻燃化的重要方法和途径之一。一般基体聚合物的氧指数越高，其成炭率也越高。在基体聚合物中加入成炭剂或成炭促进剂可促使聚合物成炭，常用的成炭促进剂有氧化铁、氧化钼、钼酸铵等。接枝与交联也可提高基体聚合物的成炭率，ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ等都可通过辐照交联和化学交联达到成炭效果。此外，有许多阻燃剂也可以促使聚合物在燃烧时成炭，这些阻燃剂包括红磷、微胶囊化红磷、磷酸酯、卤化磷酸酯等含磷阻燃剂硼酸锌等含硼阻燃剂膨胀阻燃剂。
& & 传统的防熔滴剂是硅酸盐类化合物，如滑石粉硅酸钙等，能起物理上防熔滴的作用，但需大量添加效果才明显，而这将导致聚合物物理机械性能的劣化。目前一致认为聚合物的交联成炭防熔滴是密切相关的，而炭化后的炭质层其紧密固化形成的网络结构可以防止聚合物的熔滴。
& & ６ 结束语
& & 进入２１世纪，人们环保意识的增强，对线缆阻燃材料提出了“绿色”化要求。为了适应这一形势，必须开发新型“环境友好”的线缆阻燃材料，改进现有阻燃剂和阻燃材料的生产工艺。例如在卤系阻燃剂的制造过程中，采用在聚合物上载Ｌｅｗｉｓ酸作催化剂在交联聚苯乙烯单体上载三氯化铝来代替金属卤化物催化剂以实现催化剂的多次循环使用纳米超细化技术已应用在阻燃剂的制备中，国外商品化纳米级阻燃剂品种较多，国内目前也开发出了纳米级的Ｓｂ２Ｏ３、十溴二苯醚、ＡＴＨ、ＭｇＯＨ２等，由纳米级阻燃剂制成的线缆纳米阻燃材料大大提高了其各种性能通过聚合物与聚合物的共混来改变聚合物的形态，最终获得聚合物的热降解和燃烧性能的改变，例如尼龙２６和ＥＶＡ的共混可提高体系的成炭能力，聚丙烯／乙烯－丙烯共聚物的共混可提高体系的阻燃性能。
目前阻燃化几乎普及到线缆的全部品种，电力电缆控制电缆信号电缆仪器仪表电缆计算机电缆热电偶电缆室内光缆等。因此线缆阻燃材料的研究与开发将给线缆行业的发展带来新的生命力。
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非常好的文章,谢谢楼主
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好东西，正好可以用到 谢谢楼主
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楼主你辛苦了，谢谢分享！
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li168tao 发表于
电力电缆选用相关问题
　　1. 护套及绝缘层材质。
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