低煙無鹵阻燃電纜料的研究現狀分析

張 元，黃秋潔

(珠海市橫琴新區英才人力資源服務有限公司，廣東 珠海 519031)

電線電纜的絕緣及護套材料主要由各種有機高分子材料組成，如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚烯烴、乙丙橡膠(EPR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、氯丁二烯共聚物(CR)、氟樹脂(PTFE)、氯化聚醚(CPE)、聚酰胺(PA)等高分子材料。高分子材料的分子結構多樣性確保了電纜料的抗拉強度、伸長率、彎曲性、彈性等機械性能的不同要求。然而有機高分子電纜料的可燃性導致了很多的電氣火災的發生，所造成的財產損失位居近10年來的各類火災原因之首。據應急管理部消防救援局今年統計，2018年我國發生的火災中，電氣火災占比34.6%仍居各類火災首位，重大和較大火災事故大部分也是電氣火災[1]。電纜著火是電氣火災最主要的原因，電纜著火時有機濃煙，嚴重影響視線，還產生CO、CO2等氣體導致受困吸入而中毒窒息死亡。據統計因火災死亡人員中有三分之二是由于吸入電線電纜燃燒時釋放出的氣體而窒息死亡[2]。因此，如何降低電線電纜火災的發生率以及發生火災的死亡率，做到電線電纜低煙、阻燃的安全環保效果，已成為行業發展的重點科研方向之一[3]。

1 低煙無鹵阻燃材料的分析比較

目前國內對無鹵阻燃電纜料的開發研究，主要集中在基體樹脂和無機阻燃劑兩個方面。低煙無鹵阻燃電線電纜料的基體樹脂主要成分是不含鹵素的聚合物[4-5]。它們燃燒時分解出CO2和H2O，不產生明顯的有毒氣體和煙霧，如聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠等。

無機阻燃劑具有環保、毒性小、成本低廉、性能穩定等優點[6]，主要包括無機金屬水合物、膨脹型阻燃劑、無機磷系阻燃劑及硼化物、納米復合物等，不同的阻燃劑其阻燃機理也各不相同[7-8]。這些常用無機阻燃劑的優缺點比較如表1所示。

表1 常用無鹵阻燃劑之間的比較Table 1 Comparison of some generally used halogen-free flame retardants

2 研究現狀

低煙無鹵阻燃電纜料的耐低溫性能不僅受限于低玻璃化轉變溫度，還與材料的交聯度、無機填充量有關。馬芝森等[17]通過研究對比有機和無機阻燃劑在添加量不同時對低煙無鹵阻燃材料的機械性能和耐低溫性能的影響，設計了具有耐低溫性能的低煙無鹵阻燃電纜護套料的配方。試驗結果表明，所試制的電纜料具有良好的機械性能、阻燃性能和耐-35 ℃的低溫性能。

包金芳等[18]對輻照交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴材料輻照前、后抗撕強度、拉伸強度相互關系、影響因素進行研究，結果發現，基材種類、阻燃劑種類、阻燃劑添加量都會影響輻照交聯低煙無鹵電纜料材料的抗撕性能，特別是阻燃劑添加量對其抗撕強度影響較大。

王競[19]通過添加特種抗開裂阻燃協同劑，提高了低煙無鹵阻燃電纜料的抗開裂性能。抗開裂阻燃協同劑的添加提高材料的力學性能。氧指數測試表明：阻燃電纜料燃燒后可形成炭層，提高了材料的阻燃穩定性，防止滴落現象。力學性能測試表明：阻燃劑與樹脂的相容性增強，并且不影響原有的力學性能。低煙無鹵阻燃電纜護套料具有較好的抗開裂性能。

馮明艷等[20]研究出一種室溫硅烷交聯型低煙無鹵阻燃電纜料，將低煙無鹵的阻燃性和硅烷交聯電纜料因為交聯結構形成的優良電氣性能、機械性能等優點相結合，并且實現電纜成品在自然條件下放置一段時間可以自發進行交聯反應，降低電纜蒸煮能耗，實現環保型產品對傳統電纜料產品的替代。

綜合以上文獻分析說明，通過有機高分子之間交聯反應或者有機高分子與不同阻燃劑之間的協同作用，可以提高電線電纜料的阻燃、耐低溫、機械性能和電氣性能，達到在不同應用場景下電纜的需要的機械性能和電氣性能。

3 結 語

研究環保、高效的阻燃劑是低煙無鹵電線電纜料的發展趨勢，國內外目前也取得了一系列的實際應用成果，但是阻燃劑在電線電纜料的應用存在效果不佳、市場化單一、成本高等缺點，目前還要從反應機理和實際應用兩方面繼續深入研究。無鹵阻燃劑的成分和化學結構決定了它具有極性強、親水性等特點，而親油性的基體高分子材料與極性弱的材料難相容。綜合相關文獻分析[21]，提高無鹵阻燃劑的研發趨勢是：(1)協同效應，根據阻燃劑分子之間的協同作用提高阻燃性能，并綜合體系內各自的特征性能，既可阻燃又可抑煙；(2)表面改性技術，利用包覆技術為改善其與聚合物間的界面親和性和粘接力。(3)顆粒超細化，細化可達納米級，在增加阻燃劑與材料接觸面積的同時降低了阻燃劑的用量，材料的相容性也得到提高。超細化顆粒具有防止阻燃劑遷移、改善阻燃效果、提高熱穩定性等優點，對組分之間復合與增效制造多功能阻燃材料也十分有利。

隨著市場對安全、環保、健康等人性需求的高度重視，和復配協同、表面改性以及納米化等研發技術的逐步成熟，電線電纜料阻燃劑的應用將更加低毒化、高效化、環保化，為人們的生活提供更多的需求和便利。