电缆用无卤阻燃聚丙烯及其制备技术研究进展_张冬梅.pdf

综述CHINASYNTHETICRESINANDPLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料，2023，40（3）：72近年来，随着经济的快速发展，聚烯烃电缆的需求快速增长1。2024年，仅中国电缆市场规模将超过1.9万亿元2。无卤阻燃电缆的需求量增长更快，到2025年将达到约0.35 Mt3。在电缆用聚烯烃中，以聚乙烯（PE）或交联聚乙烯为主，但由于聚丙烯（PP）的耐温等级高于交联聚乙烯，且可通过改性弥补PP在韧性及耐冲击性等方面的不足，因此，关于电缆用无卤阻燃PP的研究已经成为行业热点，本文对近年来电缆用无卤阻燃PP的研究进行综述。1 PP沈太英4公开的一种用于电力系统的电缆用无卤阻燃PP，原料组成为：色母粒1%5%（w），老化剂-3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸季戊四醇脂1%5%（w），含有氢氧化镁的聚对苯二甲酸丁二酯阻燃剂1%10%（w），铝酸酯偶联剂1%3%（w），其余为PP。制备的电缆用无卤阻燃PP的抗张强度10 MPa，断裂伸长率200%，极限氧指数（LOI）为39%。佛山市飞时达新材料科技有限公司5提供了一种电缆用高韧性无卤阻燃PP，原料组成为：PP 100.0 phr，抗氧剂1010与168组成的混合抗氧剂0.51.0 phr，润滑剂硬脂酸钙1.01.5 phr，紫外线吸收剂UV-531 0.20.7 phr，增塑剂偏苯三酸三辛酯10.015.0 phr，相容剂马来酸酐（MAH）接枝PP 4.04.5 phr，成核剂滑石粉0.10.6 phr，柔性改性剂乙烯-1-辛烯弹性体（POE）6.011.0 phr，改性DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2023.03.17*电缆用无卤阻燃聚丙烯及其制备技术研究进展张冬梅1，郭宏志2*（1.唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299；2.中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088）摘 要：综述了电缆用无卤阻燃聚丙烯及其制备技术研究进展。电缆用无卤阻燃聚丙烯主要包括聚丙烯、聚丙烯/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯/热塑性弹性体及聚丙烯/聚苯乙烯。由屏蔽层、护套层、绝缘层等构成的无卤阻燃聚丙烯电缆制备技术越来越复杂，以满足不同行业的需要。关键词：聚丙烯 电缆 无卤阻燃 复合材料中图分类号：TQ 325.1+4 文献标志码：A 文章编号：1002-1396（2023）03-0072-06Research progress and preparation of halogen-free flame retardant polypropylene for cable Zhang Dongmei1，Guo Hongzhi2（1.Tangshan Polytechnic College，Tangshan 063299，China；2.Central Research Institute of Building and Construction，MCC Group Co.，Ltd.，Beijing 100088，China）Abstract：The research progress of halogen-free flame retardant polypropylene for cable and its preparation technologies are reviewed.Halogen-free flame retardant polypropylene for cable mainly includes polypropylene，polypropylene/ethylene vinyl acetate copolymer，polypropylene/thermoplastic elastomer and polypropylene/polystyrene.The halogen-free flame retardant polypropylene cable is composed of shielding layer，sheath layer and insulation layer，whose preparation technologies are more and more complex to meet the needs of different industries.Keywords：polypropylene；cable；halogen-free flame retardant；composite收稿日期：2022-12-27；修回日期：2023-03-26。作者简介：张冬梅，女，1981年生，硕士，副教授，2008年毕业于河北理工大学材料学专业，现主要从事化工材料研究工作。E-mail：。通信联系人。E-mail：。第 3 期.73.地开石粉11.016.0 phr。制备的无卤阻燃PP缺口冲击强度4.96 kJ/m2，LOI大于28%。宋波等6制备并研究了无卤阻燃PP/水镁石复合材料的性能，发现当水镁石添加量为PP质量的60%时，复合材料的LOI才可达到28.0%以上，但冲击强度降低了近50%，拉伸强度降低了近67%。氯化聚乙烯对复合材料有明显的协同阻燃作用，制备的复合材料的LOI为31.6%，弯曲模量为3.1 GPa，弯曲强度为32.3 MPa，维卡软化温度为94.7，缺口冲击强度为18.6 kJ/m2，该材料可用于埋地高压电力电缆套管。成都鑫成鹏高分子科技股份有限公司7公开了一种电缆用35 热塑性低烟无卤阻燃PP，原料组成为：6590 phr PP，1530 phr接枝相容剂，180210 phr无机阻燃剂（氢氧化铝、氢氧化镁、多聚磷酸铵、微胶囊化红磷、硼酸锌和三聚氰胺氰尿酸盐中的至少一种），58 phr润滑剂，58 phr偶联剂，13 phr抗氧剂，610 phr加工改性剂（含氟聚合物或硅酮）和05 phr无卤PE色母粒载体。制备的无卤阻燃PP拉伸强度26.2 MPa，断裂伸长率225%；158 空气热老化后拉伸强度最大变化率16%，断裂伸长率变化率-18%，20 时体积电阻率2.51013 m，LOI30%。南通市启新塑业有限公司8公开了一种电缆用高韧性低烟无卤阻燃PP及其制备方法，通过失水同步胶囊监测原料的脱水率，不仅能够有效提高原料的预处理质量，直观反映烘干效果，提高电缆用PP制备过程中的控制难度，还能降低电缆料内应力，有效提高电缆料的使用性能。PP作为电缆料的最大缺点是分子链较短，LOI只有17.4%18.5%，与阻燃剂的相容性较差；其次，由于其结晶度较高，抗弯曲能力差，容易机械损伤，因此很难单独作为电缆料使用。2 PP与其他聚合物的共聚物及复合材料2.1 PP-PE共聚物及PP/PE复合材料常州大学9公开的电缆用低烟无卤阻燃PP-PE共聚物，其制备方法为：（1）将PE和PP各加入2530 phr，按质量比1 1称量，再称取35 phr丙烯酸接枝PP，投入密炼机中；（2）密炼完成后取出，研磨，干燥，备用；（3）分别称量2030 phr改性PP，100150 phr无卤阻燃填充剂（由质量比为1 1的氢氧化铝和氢氧化镁组成），24 phr的发烟抑制剂Fe2N或六甲基环三硅氧硅氮烷，24 phr复合抗氧剂（质量比为37的抗氧剂1010与168），24 phr硅烷偶联剂YSiX3（Y为非水解基团，X为可水解基团），58 phr无卤色母粒；在高速搅拌机中加入石蜡搅拌10 min，保证粉料与树脂充分接触和混合；（4）将混合均匀的树脂在挤出机中进行挤出造粒，得到电缆用低烟无卤阻燃PP-PE共聚物。该共聚物的阻燃等级达UL 94 V-0级，最大拉伸强度达20 MPa。天长市通联焊业有限公司10公开的电缆用低烟无卤阻燃PP/PE复合材料组成为：PP 70.090.0 phr，丙烯/POE 40.050.0 phr，茂金属聚乙烯4.08.0 phr，聚醚醚酮5.015.0 phr，埃洛石基复合阻燃剂10.015.0 phr，硫磺3.05.0 phr，促进剂0.51.0 phr，填料10.020.0 phr，防老剂0.51.0 phr。其中，埃洛石基复合阻燃剂由埃洛石和复合阻燃剂制得，复合阻燃剂由酶解木质素和磷系阻燃剂组成。所制电缆料的LOI35%，介电常数 1.4，拉伸强度9.8 MPa。江苏东方电缆材料有限公司11公开了一种电缆用热塑性无卤低烟隔氧层阻燃PP/PE复合材料，原料组成为：PE 50.065.0 phr，阻燃PP抗拉纤维8.012.0 phr，短切碳纤维7.08.0 phr，阻燃聚酯纤维6.08.0 phr，白云母10.014.0 phr，阻燃剂（氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、聚磷酸铵、三聚氰胺、磷氮类阻燃剂的一种或几种）1.02.0 phr，硅烷偶联剂1.02.0 phr，交联剂0.51.0 phr，抗氧剂0.51.0 phr，表面活性剂0.51.0 phr，分散剂0.51.0 phr。与现有技术相比，采用该技术制备的热塑性无卤低烟隔氧层阻燃复合材料具备更低密度以及更高LOI的优点，其抗拉强度与断裂伸长率大幅提升，解决了现有隔氧层阻燃材料由于添加氢氧化铝、氢氧化镁等无机材料成分导致的抗拉强度较低、易断裂，使用寿命短的问题。电缆成束燃烧等级为A级，拉伸强度8.5 MPa，断裂伸长率122%，LOI48%。2.2 PP/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）复合材料高静静12公开了一种电缆用低烟阻燃PP/EVA，原料组成为：PP 150.0200.0 phr，EVA 80.0120.0 phr，无卤复合阻燃剂（由三聚氰胺11.014.0 phr、聚乙二醇4000 7.09.0 phr、聚磷酸铵3.05.0 phr、红磷1.31.6 phr和氢氧化铝3.05.0 phr组成）2.05.0 phr，紫外线吸收剂1.02.0 phr，抗氧剂1.02.0 phr，玄武岩纤维3.010.0 phr，防腐剂2.05.0 phr，防虫剂1.03.0 phr。制备的电缆料 张冬梅等.电缆用无卤阻燃聚丙烯及其制备技术研究进展合 成 树 脂 及 塑 料2023年第40卷.74.的抗张强度26.9 MPa，170 老化17 h后抗张强度17.2 MPa；断裂伸长率为660%，170 老化17 h后断裂伸长率170%；热冲击实验130，2 h不开裂，介电强度20.5 kV/mm；热变形实验135，1 h时的热变形率小于20%；耐老化实验170，17 h不发黄，不变脆；冷弯实验-50，4 h不开裂；阻燃等级为UL 94 V-0级，LOI为35%。刁健13公开了一种无卤阻燃电缆料，原料组成为：15.0%22.0%（w）的EVA，10.0%12.0%（w）的PP，60.0%68.0%（w）的阻燃剂（质量比为12的氢氧化镁和氢氧化铝），1.0%2.0%（w）的钛酸酯偶联剂，1.0%2.0%（w）的交联剂，1.0%2.0%（w）的三氧化二锑，1.0%2.0%（w）的碳化钛硅，1.0%2.0%（w）的再生纤维，0.5%0.8%（w）的抗氧剂1,1,3-三（2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基）丁烷。所得电缆料的拉伸强度11.5 MPa，断裂伸长率158%，硬度邵氏（A法）76。2.3 PP/热塑性弹性体复合材料中广核高新核材科技（苏州）有限公司14公开的耐150 汽车线用热塑性低烟无卤阻燃PP/热塑性弹性体复合材料，原料组成为：PP 50.080.0 phr，苯乙烯-乙烯-1-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物10.035.0 phr，相容剂10.015.0 phr，硬脂酸改性氢氧化铝60.0100.0 phr，三聚氰胺氰尿酸盐10.030.0 phr，碱式硫酸镁晶须10.030.0 phr，抗氧剂3.05.0 phr，N,N-双-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰 肼抗铜剂0.10.8 phr，硫化锌0.52.0 phr，硅酮母粒2.05.0 phr，润滑剂0.51.2 phr。制备的电缆料拉伸强度13.7 MPa，断裂伸长率168%，邵氏硬度（D