塑料知識:硅酮母粒在電纜料中的應用

發布時間：2018-05-11

含有超高分子量硅酮，以聚烯烴或礦物粉作載體的母料(粒狀或干粉狀)作為加工助劑，國內最早是在十年前從美國道康寧公司引入，先作為潤滑劑或流變改性劑使用，當發現其能與金屬水合物協同，作為阻燃增效劑使用后，用量陡然增長，國內的生產廠家也如同雨后春筍般不斷涌現。

商用的硅酮母料技術參數應包含如下內容：
(1)硅酮含量：應明確注明。用作阻燃增效劑時，含量在40~80%之間，
而用作流變改性劑時，含量在5~50%之間
(2)載體：應考慮與硅酮或用戶主配方基材的相容性，注明載體的聚合物名稱、熔融指數，以便用戶在設計配方時參考。如果以無機礦物粉作為載體，則應注明粉末名稱。無機粉末的白度和細度對客戶至關重要，應盡可能選用白凈、微米級的粉末制作。
一、無鹵阻燃增效劑
近五年來，我國的阻燃電纜無鹵化發展十分迅猛，初步統計，每年以20~50%的速度遞增，我國去年（2009年）在線纜行業就用掉了近10萬噸的無鹵阻燃電纜料。這些料絕大部分采用金屬水合物[Al(OH)3或Mg(OH)2]作阻燃劑，而且在配方中的添加量都在60%以上。即使如此，無鹵阻燃料仍然存在阻燃效果差，特別是氧指數低，自熄性差的問題。試驗表明適量加入硅酮，對氧指數的提高十分明顯，尤其是與Mg(OH)2體系協同（見圖1）。
試驗還表明，用氧指數大于36的無鹵阻燃料，就可使絕大部分外徑大于3mm的電線電纜通過單根垂直燃燒試驗，其原因就在于配方中有硅酮的加入，使電線燃燒時，熱釋放速度降低，同時在燃燒表面形成一層二氧化硅的覆蓋膜，隔絕了新鮮空氣的進入所致。
與同樣作為阻燃增效劑使用的紅磷相比，硅酮無色、無味、低煙，而紅磷顏色紫紅，燃燒時會產生大量煙霧和難聞的氣味，所以長久以來難以在無鹵電纜料中推廣使用。
作為阻燃增效劑使用的硅酮另一個優點是有內外潤滑作用（見后節），而其最大的美中不足（缺點）是“不延燃性”差，此問題由來已久，并一直受到客戶和有關專家的關注，相信會在不久的將來得到解決。
二、潤滑劑或流變改性劑
2.1聚乙烯料
眾所周知，在擠制聚乙烯絕緣或護套電線電纜時，會經常出現“鯊魚皮”現象，尤其是在擠出線性低密度聚乙烯（LLDPE）或超低密度聚乙烯（ULDPE或POE）時。擠出交聯聚乙烯料（無論是過氧化物交聯還是硅烷交聯），也會時而發生“鯊魚皮”現象，其原因是因為材料配方中的潤滑體系考慮欠周。目前國際通行的做法是在配方中加入微量的含氟聚合物，但成本較高，應用有限。
我們通過試驗，在聚乙烯料或交聯聚乙烯料中加入微量的超高分子量硅酮（0.1-0.2%）即可有效防止“鯊魚皮”的產生，同時借助其潤滑作用，還能有效降低擠出扭矩，以免拖動電機因過載而停機。
作為潤滑劑使用的硅酮由于加入量極少，所以要使硅酮在加工過程中起作用，必須使硅酮在材料中均勻分布。由于硅酮在化學上呈惰性，所以不會與配方中的組分其化學作用。建議電纜料廠在塑化造粒時就將硅酮均勻混入其中，以利線纜廠使用。
2.2無鹵阻燃料
前已述及，由于此類材料中含有大量的阻燃劑（礦物粉），使做出的材料粘度極高，流動性極差；粘度高，使擠出時，電機難以拖動，流動性差使擠出時出膠量小。所以，線纜廠在擠制無鹵線纜時，其效率僅為聚氯乙烯的1/2~1/3。而在無鹵料的配方中適當加入一定量的硅酮，不僅提高了材料的阻燃性能，而且明顯改善了擠出流動性和降低了材料的粘度。