时间:2024/1/26来源:本站原创作者:佚名
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低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘料体积电阻率研究

体积电阻率是低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘料基本的性能指标,与电线电缆使用过程中的绝缘性能密切相关。本文通过测试浸水前后的体积电阻率,系统研究了阻燃剂种类、阻燃剂粒径、偶联剂种类及其添加量等因素对低烟无卤阻燃绝缘料绝缘性能的影响。结果表明,阻燃剂种类、偶联荆种类及用量会对材料的体积电阻率有较大的影响。电导率较低的阻燃剂有利于提高材料的体积电阻率,乙烯基硅烷偶联剂添加量达到阻燃剂的l%时对浸水后材料体积电阻率的保持最好。此外,本文也验证了材料浸水后的体积电阻率与对应成品的绝缘电阻的正相关关系,对低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘材料配方的设计提供有效的参考依据。

[关键词]体积电阻率:低烟无卤阻燃;氢氧化铝;偶联剂;绝缘电阻

近年来,随着国家对环保与安全的重视程度逐步提高,在大型建筑、公共场所等都要求使用低烟无卤阻燃的电线电缆,低烟无卤阻燃材料在近几年得到飞速发展,低烟无卤阻燃家装电线目前在市场的占比份额逐渐提高。同时随着人民生活水平的不断提高,对与高性能化、定制化的低烟无卤材料的需求也在不断的增大,比如高绝缘性能要求的低烟无卤阻燃绝缘产品。绝缘电阻常数、绝缘电阻是表征电线电缆绝缘性能的重要指标。但是绝缘电阻常数和绝缘电阻等均需使用成品电线电缆进行测试,如果前期能对所选用材料的体积电阻率进行筛选判定,可以有效的预防后期成品线缆出现的电学性能不合格,避免造成人力、时间及资源的浪费。为此在材料生产过程中提前检测或预测电线电缆绝缘性能的方法,并研究其影响规律对缘材料配方的设计至关重要。材料的绝缘电阻常数Ki(兆欧千米)按照如下公式计算:

其中:ρ—体积电阻率,单位为欧姆厘米(Ω·cm);D一绝缘外径,单位为毫米(mm):d一绝缘内径,单位为毫米(mm)。

由上述公式可知:成品电线的绝缘电阻常数、绝缘电阻与材料的体积电阻率均呈正相关。体积电阻率可通过对绝缘材料直接开炼压片进行测试,在成品前可实时改变材料配方,有效调控成品绝缘性能。

不同材料的体积电阻率与树脂组成有较大的关系,树脂中非极性的树脂越多,材料的体积电阻率越高。但是低烟无卤阻燃绝缘料主要使用PE/EVA+无卤阻燃剂体系+润滑抗氧体系,由于需要兼顾材料的加工性能与阻燃性能,极性的树脂使用比例较高,同时为了保持材料具备较好的阻燃性能,材料中无机阻燃剂的添加比列较高,上述两个因素都会导致材料的体积电阻率偏低。如何在保持材料加工、阻燃性能条件下,提高材料体积电阻率,对开发低烟无卤阻燃绝缘料至关重要。

在我们前期研究中发现,无卤阻燃剂的种类、无卤阻燃剂的表面处理等也与材料体积电阻率密切相关。为此,本文选用PE/EVA为基体,从材料配方的角度讨论了无机阻燃剂种类、粒径、偶联剂种类及用量对低烟无卤阻燃绝缘料体积电阻率的影响,并且进一步了研究了体积电阻率与绝缘材料电学性能的影响关系,可为后续绝缘材料配方的设计提供有效的参考依据。

样品制备

将各组配方树脂、粉体及其加工助剂按比例称量,混合均匀后进入双螺杆挤出机,挤出加工温度控制在~℃之间,螺杆转速为rpm。将挤出切粒后的粒料置于80℃热风烘箱中干燥2h。将上述的粒子称重后开炼,开炼温度℃,然后使用平板硫化仪压制成1rrlm厚度的样品备用,实验配方见表l。

性能测试

体积电阻率试验采用GB/T.规定进行,测试电压V,在20℃的蒸馏水中浸泡24h,擦干后立即进行测试。

粉体电导率测试条件为10g阻燃剂粉体充分分散在ml蒸馏水中,测试加入粉体前后溶液的电导率,环境温度25℃。

材料吸水性试验参考GB/T.13规定进行,样品尺寸10cm*10cm*1mm,测试条件为样品在25℃的蒸馏水中浸泡24h,充分擦干后立即测试浸水后样品重量变化。

绝缘电阻测试取样品线10m浸泡在90℃水浴中2h后,使用绝缘电阻常数测试仪测试样品绝缘电阻值(测试你电压V)。

2结果与讨论

2.1阻燃剂对体积电阻率的影响

如图1所示,对比不同阻燃剂对材料体积电阻率的影响可以发现不同种类的阻燃剂粉体对材料的体积电阻率影响较大。使用氢氧化铝A的配方1浸水前后的体积电阻率保持较好,使用氢氧化铝化铝B与氢氧化铝D粉体的配方2、配方4电学性能接近,而使用氢氧化铝C的配方3电学性能最好,浸水前的体积电阻率达到2.5*Ω·m,相比配方4提高了4.1倍;浸水后的体积电阻率为6.1*Ω·m,高于低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘料对体积电阻率的要求(≥1.0*Ω·m),相比配方2提高了2.1倍。从上述实验结果来看,不同厂家的氢氧化铝阻燃剂粉体对材料的体积电阻率有较大的影响。

表2对比了几种阻燃剂粉体的粒径,可以发现材料的体积电阻率与粉体的粒径无直接的对应关系。阻燃剂粉体A的粒径最小,对应配方1材料的体积电阻率并不是最好的;对比几种粉体的整体趋势来看使用粒径较小的阻燃剂粉体,材料的体积电阻率稍高;粉体粒径越小,比表面积越大,同时表面积能也约大,在不影响粉体分散的情况下偶联剂在粉体表面的分散会更均匀。

表3对比了几种不同阻燃剂粉体的电导率,可以发现材料的体积电阻率越高对应阻燃剂粉体的电导率越低。粉体的电导率与所含游离金属离子的含量密切相关(8.91,因此严格控制阻燃剂粉体合成过程中游离金属离子含量对材料体积电阻率的控制息息相关的,因此我们在阻燃剂粉体选择中需要特别
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