【文章內(nèi)容簡介】 氯乙烯時必須配合一定增塑劑(易燃的)但氧指數(shù)會下降見下表，或者使用軟質(zhì)聚氯乙烯。軟質(zhì)聚氯乙烯的氧指數(shù)約為25，但與聚乙烯指數(shù)18相比較，它仍然是高的。它仍能滿足電線電纜傾斜燃燒試驗中規(guī)定的自熄性。當空氣溫度升高時，材料的氧指數(shù)會下降。垂直托架燃燒試驗用來模擬成束電纜燃燒情況。在此情況下，燃燒電纜附近溫度較高，因此要求電纜材料必須具有較高氧指數(shù)。為了滿足垂直托架實驗要求，氧指數(shù)應在27以上。所以為了能使聚氯乙烯能通過垂直托架燃燒試驗，必須要提高它的氧指數(shù)，通?？梢蕴砑尤趸R。當把三氧化二銻（Sb203）與鹵素阻燃劑合并使用時，阻燃性會明顯地提高。當三氧化二銻的添加量份數(shù)為2～3％時，氧指數(shù)就能超過27。在要求具有更高阻燃性的場合，以添加鹵素阻燃劑和阻燃增塑劑，此時開發(fā)的聚氯乙烯氧指數(shù)可達40以上，能滿足電纜護套高阻燃性的要求。 在聚氯乙烯材料的配方里，添加鹵索阻燃劑十溴聯(lián)苯醚、氯化石臘、增效阻燃劑三氧化二銻，和將一部分易燃增塑劑改為阻燃增塑劑的方法，來提高聚氯乙烯的阻燃性。表（8）軟質(zhì)聚氯乙烯添加一定量的增塑劑（易燃）后，其氧指數(shù)的變化配方編號1（未加入增塑劑）2（加入增塑劑）FVC樹脂（份）穩(wěn)定劑（份）增塑劑（份）1005—100550氧指數(shù)5326抗拉強度（N／㎜2）—23伸長率（％）—302 鹵索阻燃劑十溴聯(lián)苯醚的添加效果 在燃燒條件下，鹵素阻燃劑十溴聯(lián)苯醚會分解產(chǎn)生溴自由基Br．和焦炭。溴自由基Br．會與燃燒反應中氫自由基H或者聚合物反應，生成溴化氫HBr 。溴化氫HBr又會與在燃燒反應過程中形成的活性羥基自由基H0反應生成水和溴自由基Br 。其反應過程如下： RBrBr＋焦炭 十溴聯(lián)苯醚 Br+HHBr 和 Br+R’H HBr+R’ 聚合物 HBr+HOH20+Br 由此可見，由于鹵素活性劑能捕捉燃燒反應過程中形成的高活性自由基HO，將其置換成低活性的溴自由基Br ，從而能中斷鏈式氧化反應，起阻燃效果。 此外，十溴聯(lián)苯醚分解后的碳化物能在燃燒表面形成隔離層，隔離氧氣，起阻燃作用。 表(9)添加不同數(shù)量十溴聯(lián)苯醚后聚氯乙烯材料性能配方編號123PVC樹脂(份)增塑劑(份)穩(wěn)定劑(份)填充劑(份)十溴聯(lián)苯醚(份)10050525—10050525101005052530氧指數(shù)抗拉強度(N／mm2)伸長率(％)262632827430279 由表(9)可知，在聚氯乙烯里，添加鹵素阻燃劑后，聚氯乙烯材料的氧指數(shù)能有較大的提高。 增效阻燃劑Sb203 （1）增效阻燃劑Sb203的添加效果Sb203本身的阻燃效果不大，但在存在鹵化物的情況下，卻能顯示出良好的阻燃效果。因此，為了提高電纜用軟質(zhì)聚氯乙烯的阻燃性，可在聚氯乙烯材料配方里，添加增效阻燃劑Sb203。利用它與鹵素的協(xié)同阻燃作用，可以明顯地提高其阻燃性。Sb203和聚氯乙烯受熱后，聚氯乙烯熱分解產(chǎn)生的HCL，會與Sb203反應生成SbOCI和SbCI3。其反應如下： 4HCl+ Sb203SbOCl + SbCl +2H20 (固體) (氣體) 由于SbCI3能捕捉活性自由基HO ，將其置換成活性較小的氯自由基C1．，從而能中斷鏈式氧化反應，減緩或終止燃燒。其反應如下： SbCl3＋HOSbOCl+HCI+C1 HCI＋HOH20+Cl表(10)為試驗配方，用來研究添加不同量Sb203 時的聚氯乙烯阻燃性能。表(10)試驗配方PVC(份)穩(wěn)定劑(份)DOP(份)Sb203100540～100可變量 圖(3)表示在試驗配方中添加不同量時的阻燃效果。由圖（3）可知，隨著Sb203添加量的增加，聚氯乙烯的阻燃性提高。圖（3）三氧化二銻添加量份數(shù)（2）增效阻燃劑和鹵素阻燃劑的協(xié)同作用 在實際的聚合物阻燃材料配方里，很少是使用一種阻燃劑，而往往需要同時使用幾種阻燃劑，充分發(fā)揮幾種阻燃劑之間的相互協(xié)同作用，以獲得在阻燃性能和其它性能上都能符合規(guī)定要求的實用的阻燃材料。（3）阻燃聚氯乙烯電纜材料用阻燃劑的協(xié)同作用適用于電纜用軟質(zhì)聚氯乙烯材料，由于加工時必須添加一定數(shù)量的易燃增塑劑，因此導致氧指數(shù)降低，約為25左右。為了能滿足成束電纜垂直燃燒試驗要求，聚氯乙烯的氧指數(shù)應為30左右。為此，在聚氯乙烯電纜材料配方里，添加增效阻燃劑Sb203。由于阻燃劑Sb203 和鹵化物聚氯乙烯的協(xié)同阻燃作用，使聚氯乙烯材料的阻燃性明顯提高。 通過在聚氯乙烯材料中添加Sb203后阻燃效果的研究，可以知道，在聚氯乙烯Sb203添加量達到一定數(shù)量后，其阻燃性能趨向飽和。因此，在聚氯乙烯材料配方中，可添加適量鹵素阻燃劑氯化石臘，與Sb203一起使用，從而能進一步提高聚氯乙烯材料的阻燃性。 在阻燃聚氯乙烯材料配方中，為了增加其阻燃性，添加阻燃劑Sb203 。但是，添加有Sb203后的聚氯乙烯材料，在燃燒過程中會產(chǎn)生大量黑煙。為了減少它的發(fā)煙量，可以添加阻燃填充劑Al(OH)輔助阻燃劑硼酸鋅、MoO3等。它們不但能提高聚氯乙烯材料的阻燃性，而且能減少聚氯乙烯燃燒時的發(fā)煙量。 由上可知，在聚氯乙烯材料中，同時添加幾種合適的阻燃劑，即可在提高聚氯乙烯的阻燃性和降低聚氯乙烯的發(fā)煙量之間尋找出一個最佳的聚氯乙烯材料配方。（4）Sb203和鹵素阻燃劑的協(xié)同效果 聚氯乙烯本身含有鹵素氯，因此單獨使用Sb203 ，它就能與聚氯乙烯一起產(chǎn)生一定的協(xié)同作用，從而獲得較好的阻燃效果。此外，為了能更進一步提高聚氯乙烯的阻燃性，可將Sb203和鹵素阻燃劑合并使用，此時Sb203可作為鹵素阻燃劑協(xié)同效應的促進劑。（5）Sb203和十溴聯(lián)苯醚的協(xié)同效果 表（11）表示增效阻燃劑Sb203和鹵素阻燃劑十溴聯(lián)苯醚合并使用時的協(xié)同效果。由表（11）可知，添加Sb203和十溴聯(lián)苯醚后的聚氯乙烯，在阻燃性、抗拉強度、伸長率上能達到規(guī)定值，適用作為電線電纜用阻燃材料。(表11)配方編號123PVC樹脂(份)增塑劑(份)穩(wěn)定劑(份)填充劑(份)十溴聯(lián)苯醚(份)Sb2031005052510—100505251010050525105氧指數(shù)抗拉強度(N／mm2)伸長率(％)282743030233241（6）Sb203和氯化石臘的協(xié)同效果 由圖（3）可知，在聚氯乙烯中，Sb203達到一定含量后，其阻燃性趨于飽和。因此，在實際配方中，還可添加一些氧化石臘與Sb203一起使用，進一步提高其阻燃效果。表（12） 表示Sb203和鹵素阻燃劑氯化石臘合并使用的協(xié)同效果。由表（12）可知，在聚氯乙烯材料里，當Sb203和氯化石臘合并使用時，氯化石臘一方面作為鹵素阻燃劑，與增效阻燃劑Sb203一起起協(xié)同阻燃效果，另一方面又作為阻燃增塑劑，起到替代部分易燃增塑劑DOP的作用，從而可以獲得使用的阻燃聚氯乙烯材料。表（12） Sb203和氯化石臘協(xié)同效果配方編號123456PVC (份)DOP（份）氯化石臘（氯烴－50）Sb20310030200100400310040102100401031003020210030203氧指數(shù)30. 阻燃增塑劑TCP的添加效果軟質(zhì)聚氯乙烯含有大量的易燃增塑劑DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)，為了提高阻燃性可將易燃增塑劑DOP改為阻燃增塑劑TCP（磷酸三甲苯酯）有機磷系阻燃劑磷酸三甲苯酯受熱后，能促使聚合物砌料脫水炭化。聚合物表面形成的炭化層能使聚合物內(nèi)部與氧隔絕，從而阻止燃燒。表（13）表示添加不同種類增塑劑后的聚氯乙烯德阻燃性能/由表（13）可知，含阻燃增塑劑TCP的聚氯乙烯具有較高氧指數(shù)，它比含DOP的聚氯乙烯氧指數(shù)約高出5。圖（4）表示含不同種類增塑劑時聚氯乙烯的氧指數(shù)變化情況。由圖（4）可知，當增塑劑含量增加時，氧指數(shù)會直線下降，并且下降的快慢程度基本相同，與增塑劑的種類無關。表（13）添加不同種類增塑劑后的聚氯乙烯材料阻燃性能配方編號123456PVC(份)穩(wěn)定劑(份)Sb203（份）DOP （份）TCP (份)1005530—1005545—1005560—10055—3010055—4510055—60氧指數(shù)由此可見，使用TCP作增塑劑，不僅起增塑作用，還有阻燃作用。但是，TCP用得過多，會使聚氯乙烯的其它性能下降，因此只能將易燃增塑劑DOP的一部分改用阻燃增塑劑TCP代替。 通過上述研究可以知道，在聚氯乙烯材料里，當易燃增塑劑添加量超過50份，同時又要求指數(shù)超過30時，則應該使用兩種以上阻燃劑，以充分發(fā)揮它們的協(xié)同阻燃作用。顯然，Sb203和鹵素阻燃劑的協(xié)同體系，以及磷系阻燃劑和鹵索阻燃劑的協(xié)同體系，都能顯現(xiàn)出很好的阻燃效果。 阻燃填充劑的阻燃機理需要大量填充才能產(chǎn)生阻燃效果的阻燃劑，稱謂阻燃填充劑。常用的阻燃填充劑有AI(OH)3 、Mg(OH)2 、CaCQ3等。 水合金屬氧化物AI(OH)Mg(OH)2受熱后，會釋放結晶水，吸收大量熱量，從而抑制聚合物溫變上升，延緩熱分解，降低燃燒速度。此外，脫水分解所產(chǎn)生的水蒸氣，能稀釋可燃性氣體，從而起阻燃效果。 AI(OH)3 的優(yōu)點是價格便宜，除具有阻燃效能外，還有減少煙霧和有毒氣體的功效。但是，AI(OH)3本身的阻燃能力不太強。當單獨使用Al(OH)3阻燃時，需要添加的份數(shù)高達約100份以上，才能達到規(guī)定的阻燃要求?？墒?，添加這樣多的AI(OH)3，會有損于聚合物材料的機械性能，并且將增加其成本。為此，應該適當減少阻燃填充劑添加量，同時適量地加入其它阻燃劑，以獲得能符合實際使用要求的電纜阻燃材料。 CaCO3作為聚氯乙烯燃燒時HCl氣體的捕獲劑，其效果很好。CaCO3對HCl的捕獲機理可用下面反應式表示： 2HCl+CaC03=CaCl2+H20+C02生成的CaCl2極其穩(wěn)定，在聚氯乙烯燃燒溫度時也不分解。因此CaCQ3可以作為HCl的捕獲劑。隨著CaCO3添加量的增加，HCI捕獲量也增加。但這兩者之間并非直線關系。由實驗證明，當CaCO3添加量超80份時，HCl捕獲量顯示出飽和趨勢。 高阻燃聚氯乙烯為了達到A類阻燃要求絕緣和護套都要采用高阻高阻燃聚鹵乙烯采用高阻燃PVC電纜料降低A類阻燃電纜的成本。高阻燃PVC電纜料應在保持普通PVC電纜料良好的機械物理性能和優(yōu)異擠塑加工性能的同時，其阻燃性能與普通PVC電纜料相比應有明顯的提高，氧指數(shù)達36～38，甚至更高，且燃燒時皆可行要強，能夠有效地隔離氧氣和吸收熱量。以下為其性能：表（14）高阻燃聚氯乙烯絕緣和護套用性能試驗項目單位絕緣料護套料拉伸強度斷裂伸長率空氣熱老化性能老化溫度老化時問老化后拉伸強度拉伸強度變化率老化后斷裂仲長率斷裂仲長率變化率質(zhì)量損失熱變形20℃下熱穩(wěn)定時問低溫沖擊脆化溫度20℃體積電阻率70℃體積電阻率介電強度氧指數(shù)比重硬度MPa％℃hMPa％％％g／m2％min℃ΩmΩmMV／m