低煙無鹵阻燃材料是近幾年來出現的一個新型品種,其性能符合IEC92-359標準中對熱塑性材料的規定,所生產的低煙無鹵阻燃電纜已廣泛應用于機電、地鐵和高層建筑等人員比較集中的公共場所。目前,國內外大公司正集中力量開發低成本的低煙無鹵聚烯烴電纜用系列材料,以滿足激烈市場競爭的需求。和普通PVC阻燃材料相比,以聚烯烴為基料的低煙無鹵材料在著火燃燒時不會產生大量的黑色煙霧與有害的HCl氣體,可以避免對人體健康及監控設備造成嚴重危害,減少火災二次損失。為了達到低煙無鹵與阻燃的技術要求,各廠家在低煙無鹵阻燃材料的配方中加入填充料(CaCO3)、無機消煙劑、含結晶水的Al(OH)3、Mg(OH)2及無機阻燃劑(硼酸鋅、MoO3、Al(OH)3)等助劑,由于各成分用量不一,粒徑大小及表面活化處理的效果也有差異,致使各廠低煙無鹵阻燃材料的密度差別較大,性能參差不齊，而且材料的流動性較差,擠出性能遠不如普通PVC、PE料,在擠制過程中帶來了不少問題。本文對生產低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜的過程進行總結分析與探討,以便于與同行交流。
電纜設計依據
銅芯交聯聚乙烯絕緣低煙無鹵聚烯烴護套A類阻燃電纜(YJY-DYWL-ZR(A)-0.6/1 kV 3×25),鋁芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝低煙無鹵聚烯烴護套C類阻燃電纜(YJLY23-DYWL-ZR(C)-0.6/1kV 4×95)。
原材料的選擇及性能的對比
原材料質量的優劣對電線電纜產品質量與擠出工藝有著直接的影響,因而選擇合適的絕緣料與護套料較為重要。經過對比分析,絕緣料選用交聯聚乙烯(XLPE),而開發低煙無鹵阻燃電纜最為關鍵的是低煙無鹵聚烯烴護套料的選用。針對這一關鍵材料,我們從相關生產廠家選用了部分材料來進行性能測試及工藝探索,最終確定了性能優異、擠制性能良好的低煙無鹵聚烯烴護套料。表1為我們對三個不同廠家生產的三種低煙無鹵聚烯烴護套料進行了
性能測試的對比。
護套擠制工藝的分析
由于各廠生產的低煙無鹵護套料性能的差異及其所含填料與阻燃劑的種類及份量各異,因而所選用的擠制設備對護套擠出性能及產品質量的影響較大。在試生產中我們選用不同長徑比與壓縮比的單螺桿擠塑機進行護套擠制,經試生產證明采用長徑比為25∶1,壓縮比為1∶25的XJ-65型擠塑機和長徑比為15∶1,壓縮比為1∶28的XJ-150型擠塑機擠制護套,其塑化效果好,螺桿負荷較小,護套表面質量較優
模具的選配
采用擠塑模具進行擠制,模具的選配可按下式計算:
(1)擠制絕緣時
D1=D+(0.3~0.8) mm
D2=D1+(2.5~3)×t1mm
式中,D為導線的直徑(mm);D1為模芯的內孔徑(mm);D2為模套的內孔徑(mm);t1為絕緣標稱厚度(mm)。
(2)擠制護套時
D1′=D′+(1.2~1.5) mm
D2′=D1′+(3~3.5)×t2,
式中,D′為成纜后纜芯的外徑(mm);D1′為模芯的內孔徑(mm);D2′為模套的內孔徑(mm);t2為護套的標稱厚度(mm)。
擠制工藝參數
熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料是以聚烯烴樹脂為基料加入優質高效經活化處理或含結晶水的無鹵阻燃劑及其它改性劑經高速混合、雙螺桿塑化、造粒而成。若儲存時間過長容易吸濕受潮,擠出后導致護套斷面有氣孔,表面粗糙,因此在擠制前應進行預熱,我公司選用的三種低煙無鹵護套料其中2#料所含阻燃劑較少,易擠出,設備負荷較小;1#、3#料所含阻燃劑較多,擠制時易摩擦生熱,擠制較為困難,設備負荷較大、出膠量也小。我們采用XJ-150型擠塑機擠制護套時,首先將護套料在60±5℃時預熱干燥4 h,同時為了杜絕混入雜質物料,擠制前用本色PE料清洗機頭、螺桿,避免混入其他材料而造成護套氣孔、脫節、孔洞及外觀差的現象,然后再加入低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料,擠制工藝參數如表2。
擠制工藝分析
同普通PVC、PE電纜護套料相比,由于低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料中含有較高的填充料及無鹵阻燃劑,其流動性能較差,塑性降低、熱敏性強、且容易摩擦生熱,在機身內滯留時間長易發生分解,產生大量低分子揮發物,并析出于護套的表面,導致外觀有焦燒顆粒,護套斷面出現氣孔。因此應選擇長徑比與壓縮比合適的擠塑機,而且應嚴格控制擠制工藝的參數。
我們在用1#,2#料擠制YJY-DYWL-ZR(A)-0.6/1 kV 3×25 mm2電纜護套時,在設定的擠出溫度條件下,將主機轉速設為600 r/min,主機電流為130 A,發現電機發熱較快,且護套外觀較差,多處出現孔洞及不光滑現象,后經調整工藝,對原材料進行預熱并將主機升速至1200~1350 r/min,主機電流為120 A,物料能順利擠出,產品外觀光滑、斷面無氣孔。由于低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料性能與擠出加工特殊性,護套擠制時應注意如下幾點:
(1)應選用性能優異,擠出性能良好的低煙無鹵阻燃聚烯烴材料,且密度最好控制在1.41±0.02
g/cm3;
(2)擠制前應在60±5℃下預熱4 h,去除材料表面吸附的水分,以免造成護套斷面氣孔現象;
(3)適當調整擠出濾網(2層、40+60目),減少機身壓力,使物料能順暢擠出;選用長徑比、壓縮比適當的擠塑機也尤為關鍵;
(4)根據設備負荷,調整出線速度與螺桿轉速,最好把螺桿轉速調至額定轉速的90%,主機電流調至額定電流的80%,使物料在機身的壓力不太高,塑化充分的條件下擠出;
(5)嚴格控制好擠出機各區段的溫度及螺桿與機身的冷卻,在保證物料充分、均勻的塑化的條件下適當降低擠出溫度,避免因過熱而導致材料中填充助劑、阻燃消煙劑分解出低分子物質,從而產生氣孔及外觀不光滑等現象;
(6)擠出時應盡可能減少護套拉伸,可適當增加護套的擠出厚度,避免因材料拉伸變形過度而造成護套脫節、孔洞等不良現象;出模后應及時采取分段冷卻,以避免護套內應力的產生。
成品電纜的性能檢測
將上述三種低煙無鹵阻燃護套料分別試制了三種電纜,并進行了性能的對比試驗(見表3)。從表3可知,三種低煙無鹵聚烯烴護套電纜均能滿足于使用要求,試驗全部合格。
新材料、新技術的發展以及市場對線纜產品的安全性、環保性的需求,無疑推動了線纜行業加工技術與新材料應用的革命。雖然低煙無鹵阻燃聚烯烴材料與普通PVC、PE材料相比,其擠出溫度范圍窄、設備負荷高,而且螺桿轉速低、出膠量小,擠制較為困難,但它具有低煙、低毒、阻燃等優異性能,只要在擠制中注意選擇合適的模具與擠塑設備,掌握材料性能與擠出特性,是完全可以克服不利因素,穩定提升產品質量的。低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜具有廣闊的市場前景,并且能為企業帶來良好的經濟效益與社會效益。
