求解125℃辐射交联无卤阻燃EVA电缆料的研究？

通过筛选合适的基料体系、阻燃体系、抗氧体系和敏化剂,确立了125℃辐射交联无卤阻燃EVA电缆料的配方体系,并讨论了影响阻燃性能、力学性能和耐热性能的因素结果发现,VA含量高的EVA与Mg(OH)2有良好的相容性;辐射对体系氧指数的影响取决于其对基体树脂的交联炭化和对阻燃剂的破坏程度;抗氧剂与阻燃剂具有协同作用;辐射使体系的拉伸强度升高,断裂伸长率下降;EVA/Mg(OH)2体系经辐射交联后其耐温等级能达到125℃关键词:电缆料　辐射交联　无卤阻燃剂0　前言随着通讯事业、汽车工业和计算机工业的发展,越来越需要耐高温的电线电缆[1],例如航空导线、汽车用线、电视和录音机用电线、计算机电缆、高温仪表电缆、石油钻井平台电缆等许多场合,都要求使用耐高温电缆我们可以通过辐射交联来提高电缆的耐温等级同时,由于人们加深了对“二次灾害”及环境保护的认识,以低烟无卤阻燃电线电缆代替有卤阻燃电线电缆是一个必然的趋势[2]本工作通过筛选适当的基料体系、阻燃体系、抗氧体系和敏化剂,确立了125℃辐射交联无卤阻燃电缆料的配方体系,并讨论了影响阻燃性能、耐热性能和力学性能的因素1　实验111　原材料EVA1,EVA2,EVA3,进口;收稿日期:1999-11-16　　Mg(OH)2,进口;有机硅,进口;敏化剂SR-350、SR-368,法国道达尔公司;抗氧剂1010+168,汽巴;抗氧剂OSP-1,瑞士科莱恩;　　抗铜剂MDA-5#,国产112　实验设备及仪器高速搅拌机,GH210DQ型;双螺杆挤出机,ZSK230型,德国产;模压机,TDM25022型;注射机,CJ80NC型,台湾震雄;拉力机,5565型,INSTRON公司;氧指数仪,FTA2Ⅱ型,惠港公司;电热鼓风烘箱,重庆产;实验型钴260γ辐射装置,原子能研究院113　试样制备11311　模压称取23～30g粒料置于1mm厚的模框中,在模压机上(上、下模温度180℃)先预热6min,然后以510MPa的压力热压4min,再以1010MPa的压力冷压至常温,得到测力学性能和老化性能的样片,尺寸为(100×100×1)mm3再把样片置于恒温恒湿箱中24～48h,即可测试性能11312　注射成型在注射机上注射样条,料筒温度210℃,注射压力4MPa,成型周期45s,得到测氧指数的样条,尺寸为(125×6.5×3)mm311313　辐射将制得的样片和样条进行不同时间的辐射(剂量率为40kGy/h),得到辐射剂量不同的样片和样条114　性能测试11411　氧指数按GB2406,测定维持样条燃烧的最小氧气浓度即为氧指数11412　拉伸强度和断裂伸长率按GB1040—92,把样片用样刀冲压成Ⅱ型试样,以100mm/min的速度进行拉伸11413　空气烘箱老化在158℃的温度下,经过168h的老化,再按GB1040—92测试拉伸强度和断裂伸长率,计算拉伸强度和断裂伸长率的保留率11414　热延伸实验按GB/T2951118—94,在200℃×15min×0.2MPa的条件下,测负荷下伸长率和冷却永久变形2　结果与讨论211　基料的选择　　无卤阻燃的目的通常是以添加大量的无机物如Al(OH)3、Mg(OH)2来达到而非极性的聚乙烯与极性较强的Mg(OH)2溶解度参数相差极大,相容性很差,故通常采用乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)作为基料[3]选用如下三种不同牌号的EVA与Mg(OH)2进行共混实验(EVA的性能如表1所示),共混物的配方及性能如表2所示表1　三种牌号EVA的性能MFR/g(10min)-1VA含量/%拉伸强度/MPa断裂伸长率/%EVA11.2215.420.95730EVA21.5515.920.63720EVA36.5030.5>14.63>680表2　不同配方无卤体系的性能配方性能EVA1EVA2EVA3Mg(OH)2双螺杆加工难易氧指数拉伸强度/MPa断裂伸长率/%1#402040难22.512.65452#402040难23.19.75503#5050容易28.110.3680　　可见,3#配方中EVA3与Mg(OH)2的相容性较好,在氧指数提高的基础上,使力学性能没有大的损失这是由于EVA结构中的羰基上的氧原子有孤对电子,使EVA有极性,且随VA含量增大,能容纳更多的Mg(OH)2,配方3体现了这一点在配方3中,EVA3与Mg(OH)2以50∶50的比例混合,仍能较容易地在双螺杆挤出机中进行共混造粒;而EVA1/EVA3/Mg(OH)2体系、EVA2/EVA3/Mg(OH)2体系中,当EVA/Mg(OH)2为50∶50时,在双螺杆挤出机中的共混造粒非常困难同时,由于EVA3与Mg(OH)2共混效果好,力学性能和氧指数达到了最佳平衡212　辐射交联敏化剂的选择敏化剂是一类多官能团单体,它能把系中的非链式反应转变为链式反应,从而降低辐射剂量[4]本实验选用了两种敏化剂SR-368和SR-350,它们的性能见表3表3　两种敏化剂的性能比较官能团数目相对分子质量密度/g?cm-3状态熔点/℃SR-35033381.061液体—SR-368342311300粉末52～54图1　不同敏化剂体系的氧指数与辐射剂量的关系　　当添加2%的敏化剂到EVA/Mg(OH)2体系中时,得到的氧指数与辐射剂量的关系如图1所示图1中,曲线1是用的敏化剂SR368,曲线2是用的敏化剂SR350曲线1中,当辐射剂量90、120kGy时,热延伸实验达到要求(负荷下伸长率<175%,卸荷冷却后变形<15%);而曲线2,当辐射剂量为150、180kGy时,热延伸实验才达到要求可见,敏化剂SR-368的交联效率好,并且对氧指数的影响较小213　影响阻燃性能的因素21311　辐射对氧指数的影响大量的文献报道,辐射能使体系形成三维网状结构,这不但提高了力学性能,而且在形成交联结构过程中由于脱氢而使基体树脂的碳含量增加,从而提高了氧指数[4]但根据我们的实验,对不同的无卤阻燃体系,辐射起的作用是不同的,如图2和图3所示图2　EVA/Mg(OH)2/有机硅体系的氧指数与辐射剂量的关系图3　EVA/Mg(OH)2体系的氧指数与辐射剂量的关系　　对EVA/Mg(OH)2/有机硅体系,适量有机硅的加入,能起到阻燃协效剂的作用,使氧指数提高[3]但经过辐射后,OI随剂量的增大而呈逐渐下降的趋势,其原因可能是γ-射线破坏了作为共价化合物的有机硅,从而使OI大大下降;而对EVA/Mg(OH)2体系,辐射对无卤体系的阻燃剂Mg(OH)2没有破坏作用Mg(OH)2是离子化合物,其化学键是离子键离子化合物在高能射线作用下只是离子之间距离有所变化,但并不影响化合物的性能所以在辐射作用下,阻燃体系总的氧指数的变化取决于辐射作用对基体树脂的交联炭化和对阻燃剂的破坏程度21312　抗氧剂对氧指数的影响本实验发现,抗氧剂与阻燃剂具有协同作用如图4所示,曲线1和2都是EVA/Mg(OH)2/抗氧剂体系,但是两个体系对应的抗氧剂是不同的随着辐射剂量的增加,曲线1在较高的氧指数位置上很快降了下来,随后又缓慢地升高与曲线1相比,曲线2在较低的位置上很快升高,而后再缓慢地上升,最后又有所下降我们认为,曲线1的下降是由于其抗氧剂1010+168在辐射作用下很快遭到破坏从而影响了抗氧剂和阻燃剂之间的协同作用的缘故,随后的氧指数升高与脱氢炭化有关由于曲线2所对应的抗氧剂OSP-1具有强的耐辐射性能,所以随着辐射剂量的增大,不仅没有破坏抗氧剂与阻燃剂之间的协同作用,而且由于交联炭化使氧指数有了升高,但最后在高剂量辐射下抗氧剂因受到破坏而使体系的氧指数有所下降214　辐射对力学性能的影响高能射线使EVA分子之间产生了交联,并且EVA分子链和阻燃剂Mg(OH)2分子的聚集体之间也可以形成化学键[5],从而使体系的拉伸强度增加但由于三维网状结构的形成,使键段的运动受到限制,从而降低了伸长率,如图5所示215　影响耐温性能的因素125℃耐温等级的判断,是根据辐射后样片经158℃、168h的老化实验后,拉伸强度和断裂伸长率的保留率>70%,则认为材1—拉伸强度　2—断裂伸长率图5　辐射剂量对力学性能的影响料的耐温等级达到125℃抗氧剂对耐温性能有很大的影响,本实验选用了传统抗氧剂1010+168和耐辐射抗氧剂OSP-1