曹淵 李譚

摘要：本文使用高密度的聚乙烯（HDPE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、以及耐高溫彈性體、無(wú)鹵阻燃劑進(jìn)行復(fù)配，形成一種耐高溫型HDPE無(wú)鹵阻燃電纜料。并針對(duì)該種耐高溫型HDPE無(wú)鹵阻燃體系進(jìn)行研究和討論。該體系具有很好的阻燃性，其氧指數(shù)超過(guò)30%。同時(shí)，通過(guò)氧化物交聯(lián)之后，該體系的耐高溫能力也有了很好的提升，能于150℃以下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。針對(duì)以上特性，本文分析并探討了共混體系的阻燃效果、電性能、力學(xué)性能和高溫耐受度的影響因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：注入阻燃劑的能有效減少共混體系的機(jī)械性能，也能有效減少其體積電阻率，使得其阻燃效果和熱老化性有明顯提升，而能承受高溫的樹(shù)脂添加和交聯(lián)能提升體系的阻燃效果，強(qiáng)化其熱老化性能。

關(guān)鍵詞：阻燃；交聯(lián)；耐高溫；電纜料

HDPE以其價(jià)格便宜、力學(xué)性能出眾、電絕緣性較佳等優(yōu)勢(shì)，在電線電纜的絕緣中被廣泛使用。不過(guò)它易于燃燒，且不能在高于90℃的環(huán)境下長(zhǎng)期使用，導(dǎo)致其在部分環(huán)境下不能使用，故而人們采取了多種方式提升其耐高溫性能，曾試過(guò)接枝、注入高性能要換機(jī)等來(lái)共混改性。

一、實(shí)驗(yàn)步驟

（一）實(shí)驗(yàn)原材料

高密度聚乙烯；

EVA-1，EVA-2，進(jìn)口；

阻燃劑Al（OH）3，1μm；

耐高溫彈性體母粒；

過(guò)氧化二異丙苯、抗氧劑等，市均有售。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

電子天平、密煉機(jī)、微控電子材料試驗(yàn)機(jī)、平板硫化機(jī)、恒溫鼓風(fēng)干燥箱、高阻測(cè)試儀、氧指數(shù)儀、熱重分析儀。

（三）制備共混體系

按照設(shè)定配方，先把高密度聚乙烯、耐高溫母粒、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和抗氧劑置于密煉機(jī)中，設(shè)置溫度為140℃，每分鐘60轉(zhuǎn)，實(shí)施熔融共混5分鐘，使得其和共混物融為一體。最后把混有少量過(guò)氧化二異丙苯的二甲酮加入到共混體系當(dāng)中，迅速取料以避免共混料在密煉機(jī)中出現(xiàn)的交聯(lián)。

把可交聯(lián)胚料置于平板硫化機(jī)中加以硫化，保持模具15MPa壓力和180℃兩個(gè)條件，進(jìn)行十分鐘的硫化和五分鐘的冷壓。就能獲得厚度在3mm上下的交聯(lián)聚烯烴薄片，然后就可以做成各種尺寸的試樣來(lái)測(cè)定性能。

（四）性能檢測(cè)

1.拉伸性能

依據(jù)GB/T1040-1992對(duì)啞鈴狀試樣樣品的斷裂伸長(zhǎng)率e以及抗拉強(qiáng)度σ進(jìn)行測(cè)試。拉伸速率設(shè)置在每分鐘100mm。

2.恒溫鼓風(fēng)干燥箱老化

將恒溫鼓風(fēng)干燥箱設(shè)置158℃，老化168h，在依據(jù)GB/T1040-1992對(duì)樣品率e以及σ進(jìn)行測(cè)試。計(jì)算保留率K。

K=A/Q×100% （1）

其中A是老化處理后的拉伸強(qiáng)度，Q為老化前的拉伸強(qiáng)度。

3.氧指數(shù)

依據(jù)GB/T2406-1993對(duì)樣本LOI進(jìn)行測(cè)定。

4.體積電阻率

依據(jù)GB/T1410-1989對(duì)平行試樣中電流方向的電位梯度和電流密度J之比進(jìn)行測(cè)定。

二、結(jié)果和討論

（一）基本配方的選擇

一般情況下，通常使用添加Al（OH）3，Mg（OH）2等無(wú)機(jī)粉體替代有機(jī)阻燃劑，實(shí)現(xiàn)無(wú)鹵阻燃的目的。但是，非極性的HDPE與表面強(qiáng)極性的Al（OH）3，Mg（OH）2相容性很差。所以，本實(shí)驗(yàn)采用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）來(lái)作為基料。實(shí)驗(yàn)配方如表1所示。

通過(guò)加工溫度變化可以看出，由于EVA-2改善了HDPE與Al（OH）3的共混效果，加工性能明顯好轉(zhuǎn)。

注：交聯(lián)前為配方的共混體系；交聯(lián)后為過(guò)氧化物DCP加入0.5%的交聯(lián)體系。

（二）力學(xué)性能的影響因素

在表1所示力學(xué)性能測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，高密度聚乙烯/耐高溫母粒/ Al（OH）3三元共混體系的相容性較差，力學(xué)性能?chē)?yán)重下降。交聯(lián)后盡管拉伸強(qiáng)度顯著增加，不過(guò)斷裂伸長(zhǎng)率卻嚴(yán)重下降，所以應(yīng)加入相容劑。

（三）阻燃性能的影響因素

電纜使用的高分子材料都屬于可燃類(lèi)，氧指數(shù)基本小于20%。所以，一般工業(yè)上都通過(guò)加入阻燃劑的方式來(lái)達(dá)到阻燃的目的。在調(diào)整Al（OH）3用量后發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有阻燃劑的高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）共混體系的氧指數(shù)僅有18.1%，易于在空氣中燃燒，但在Al（OH）3的添加量為20份時(shí)，氧指數(shù)就升至22.7%（一般氧指數(shù)大于27%的可看做是阻燃性材料），所以無(wú)鹵阻燃劑有著較小的阻燃效率。共混體系中混入10份耐高溫母粒后，氧指數(shù)有了顯著改善，Al（OH）3添加量為20份，氧指數(shù)將為32.4%，表明耐高溫母粒和阻燃劑能夠起到協(xié)同效果。

同時(shí)，編號(hào)B，C的各項(xiàng)氧指數(shù)沒(méi)有明顯差異?？梢钥闯?，交聯(lián)與否對(duì)阻燃性幾乎沒(méi)有影響。

（四）耐高溫性能的影響因素

耐高溫性能是電纜料的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，一般通過(guò)高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的烘箱老化試驗(yàn)測(cè)得。如表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，在158℃，168h的老化試驗(yàn)后，交聯(lián)后樣片拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的保留率>70%，說(shuō)明該樣品的耐溫等級(jí)達(dá)到150℃。

究其原因，配方中抗氧體系具有很好的熱穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)交聯(lián)后，抗氧體系沒(méi)有遭到破壞，在老化之后，各項(xiàng)力學(xué)性能仍有較高的保留率。

（五）該配方體系對(duì)電性能的影響

下圖展示了Al（OH）3使用量對(duì)共混體系交聯(lián)前后ρv的影響。下圖中可得知，伴隨著Al（OH）3使用量的增多，共混體系ρv有下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樽枞紕┦潜砻嫘螒B(tài)差異較大且表面具有強(qiáng)極性的無(wú)規(guī)狀粉末，同時(shí)高溫?zé)崽幚硪矡o(wú)法完全去除水分以及其他的極性雜質(zhì)，這些極性基團(tuán)都會(huì)在高溫狀態(tài)下導(dǎo)致其他離子雜質(zhì)離解。

三、結(jié)論

一，在HDPE/耐高溫母粒的基料配方體系中，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）能夠提升其力學(xué)性能和加工性能。

二，耐高溫母粒-Al（OH）3阻燃體系能夠起到協(xié)同效果，使配方體系的阻燃性能顯著提升。

三，該抗氧劑體系有很好的熱穩(wěn)定性，使該配方體系滿(mǎn)足150℃耐溫等級(jí)。

四，Al（OH）3能讓共混體系的體積電阻率ρv下降，交聯(lián)后則略有提升。