橡胶电线耐电弧料的研制

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目前在国内工厂生产的UL标准橡胶电线中，加热器用橡胶平行软线HPN电线最为通用。                              
7 ^5 D$ ^5 G4 y8 z) K一、标准要求
; ?3 ~; v' D/ J/ C, UUL标准中，对HPN电线的要求除了常规的空气老化，耐油老化，VW-1阻燃外，特别要求了耐电弧测试。
耐电弧测试分为两部分：
1、燃烧电弧：将HPN电线一端通电120V（电源有15A的保险丝），另一端伸出桌面100mm,在线未端13mm处施加焰芯温度为816度以上的明火（一般为酒精喷灯），如果在120秒内未产生电弧，保险丝未熔断为合格。
2、单线断线电弧：在不损伤绝缘的均匀外力作用下，使单边导体断裂开，然后在试样一端通120V电压的电流，在均匀回复力作用下，使电路在断裂处一会儿断开，一会儿闭合，经过20次断开和闭合循环中，绝缘未击穿为合格
二、材料分析
3 f! T  M6 M1 e# T$ o6 w7 x. r1、标准中关于HPN 105℃电线所用材料为材料编号2.16(氯化聚乙烯CPE和氯磺化聚乙烯CP)，而目前橡缆行业通用的材料则为CPE。CPE要求达到VW-1阻燃，必须加入协效阻燃剂Sb2O3 ,形成卤锑阻燃体系。经过前人大量的研究表明，氧化锑燃烧时极易形成阴燃（无焰燃烧），以笔者之见，燃烧电弧的测试要求就是针对防止阴燃（无焰燃烧）设计的。
6 I& ~8 ~% S/ _" a4 C3 L/ _: C: e2、关于单线断线电弧测试，在电路的断开和接通中，必然会产生电弧，如果电弧产生的热量被及时带走，绝缘体本身温度降低，测电弧被息灭，绝缘不会击穿。氢氧化铝受热分解，产生水分，吸收大量的热，可以达到灭电弧阻燃目的。
& U& T) g4 B, ]; r% v三、配方拟制：
1、配方主体材料选用CPE橡胶，
1 _# ~; M. Z7 ~( ?# `9 J8 F2、填充剂：超细滑石粉，碳酸钙，陶土。30~50PHR
3、阻燃剂选用Sb2O3，10~15PHR
8 t- o6 j& H  s0 t" z+ ?/ j4、阴燃抑制剂选用硼酸锌，5~10PHR
  I8 C! `7 _3 Z% \8 o( Y7 }5、电弧淬灭剂选用超细氢氧化铝，由于阻燃剂为Sb2O3，ATH 30PHR时有明显的协效作用。
( e* _9 S5 H) C- p四、结果讨论：
! T! ]& E2 }6 z7 m4 o! r" y2 J1、填料选择：
1#配方用超细碳酸钙作填料，燃烧时发现”崩渣”现象厉害，90s产生电弧，分析原因为碳酸钙与CPE分解的HCl反应，生成CaCl2，消耗体系中的HCl,促进CPE的燃烧分解。
为防止试样燃烧时”崩渣”，改用滑石粉和陶土，它们有助于改善胶料的粘性，且粒径越小作用越明显，即所谓的“灰烬效应”。2#配方用超细滑石粉，燃烧时灰烬粘附在两导体上，且无明火区没有阴燃现象，燃烧电弧和断线电弧均合格。
, Q0 {/ i% d! T, o; }2、阴燃抑制剂
( n4 y: i; `1 ?, O2 G9 g! M; _2#配方虽然耐电弧合格，但136℃×7天老化后严重变脆，绝缘上有白色析出物。分析原因为FB-50（硼酸锌）为含锌化合物，热老化中，与CPE分解出的氯化反应，生成了对CPE脱氯化氢具有催化作用的氯化锌，加速了CPE的降解。于是作硼酸锌减量应用试验3#配方，发现老化仍然变脆，其间试着改用复铅稳定剂并增加用量，改善不明显。
从上述实验分析，FB-50对CPE的老化影响严重，4#配方去掉硼酸锌，做燃烧电弧试验过程中，当火焰正上方的胶料完全燃烧后，残渣向后卷曲，未在明火区的胶料表现出星星火点，最终在90秒左右产生了电弧，说明硼酸锌的确有阻止阴燃作用。
要满足燃烧电弧，必须阻止阴燃。因为老化问题，FB-50不能用，而国外的FB415等硼酸锌化合物在国内不易采购，无法做相关实验，只有放弃硼酸锌，寻找替代物。
7 B! A! [, u6 _7 T. t% G6 c于是用google的“学术搜索”引擎杳找资料，有资料讲，镁锌化合物有协效阻燃作用，但在136℃×7天老化中，含锌化合物不利影响较大，故而加大氧化镁用量，提高到30PHR。燃烧电弧测试时，碳化物包裹在铜线上，未出现崩渣，没有明显的星星火点，120s未出现电弧。单线断线电弧20次以上。分析原因：MgO与HCl反应生成MgCl2,与未燃烧的MgO,及ATH燃烧后的Al2O3共同粘结在一起，形成坚硬的粘结层，覆盖在导体上，阻止了热量向后传递，防止了阴燃。
; V2 @3 j% K! i, S1 O$ t有资料讲到无水硅酸有加强ATH耐电弧的作用，另有资料称纳米SiO2有协效阻燃消烟作用。无水硅酸并无市场产品，分析其成分为SiO2,,于是用气相法白烟（含量99.8%）15PHR，燃烧后炭化物膨胀，形成疏松的隔热层包于导体上，且没有任何的崩渣现象，120s无电弧产生。值得注意的是普能沉淀法白烟并无同样的效果。
五、结论：
! `: b2 B  x; y! H- D4 J: W1、燃烧电弧考查了锑卤阻燃剂的阴燃防止，硼酸锌虽然有较好的防止阴燃作用，但在CPE体系中促进老化，须慎用
9 r5 Z, K2 q+ l) u( Q! J3 r( x1 V2、氧化镁的超量使用可在燃烧后形成坚硬的隔热层包覆于导体上，防止热量传递，利于防止电弧
4 M: X* C/ G' I0 e4 t3、气相法白烟（纳米SiO2,）和ATH有协效阻燃作用，燃烧碳化物膨胀，形成疏松的隔热层包于导体上，防止热量传递，利于防止电弧
0 Q4 n+ E, _4 }. R) o7 c: k! Q4、滑石粉，陶土等含硅填料燃烧中有灰烬效应，适于耐电弧料。
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7 o; q% x2 ~7 ]+ ^; n8 ?附表：
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序号	材料	1#	2#	3#	4# " d$ x& a0 P3 f* o* H# A	5#	6# ; \+ P+ x8 u5 P: X4 m4 o! d
1	Tyrin 0136	100 5 a, r) S0 _7 b5 I7 U% ~# i+ f	100 2 n" H& X# _  a4 z4 o, Z	100	100	100 0 [* W6 V) @) G! w9 b8 r	100
2   W9 O7 L( S2 F% O	N550	3	3 # Z/ ?1 W3 ~$ K, V! o' F& n	3	3 : ^: [/ k8 T' U( U" G; @	3	3
3 , w& ?( v* V; h6 O: z	滑石粉	0	30 ; z, ^8 G1 r, T  k7 Q	30	30 " Q% e0 y+ \) c3 g, n4 E& v1 Z	30 - E! ?! F- f+ I# E: w2 V: J	30
4 & Z3 {1 v8 f/ c  }$ ~	碳酸钙 % B0 d4 x. O  k) ~	30 : J  Q* @- G  S" D4 ~& h	0 6 o) U4 A, _* g4 S+ m% P2 V% Y	0	0	0 4 l( M7 z& d$ t  y	0 & Z1 g) Z0 j5 E" w" l7 ?1 v
5 1 G7 i! [* _6 ^	Aerosil200	0 ' Q: ^" N# X) N8 {	0	0 ; T$ O8 F8 V  [$ e2 V	0 ! a6 @  Q& W# O  }& X	15	0 : J) v9 m2 s! [; M5 a/ {3 X- D
6	Sb2O3 9 G3 h8 R! ]  d$ ^. }	12.5 7 V: l  Y; V- h- n	12.5	12.5 7 s' H# }5 }. v5 P% m; v	12.5 * |* k0 Q2 X5 I( t	12.5 / u# y7 q3 F+ I5 X	12.5 , R2 z! s0 R8 M2 C' l" p. v9 i, x
7 % n4 @2 L4 f5 ]5 H# o. ?9 K	ATH	40 / K* Q6 v- N: W( @' k	40	40	40	40	40 % {0 K  n. P, a4 _' c! h3 ^/ U
8	MgO 2 V# b; U: g) e	15 - c! U/ ^2 s; g# Q7 D: h4 `- T) u# `	15 $ p5 t* h. |- V7 Z  l) d	15	15	15 " N5 F- Y) ?% Z# T9 Q3 ?# O* l	30
9 . T  K" D) O+ z1 p8 ^	FB-50 2 Q0 `% Q- x% l) R) z5 m9 k	10 # h% C' Q5 V' R4 z' r: z4 _4 }	10 # p0 l3 U4 b! j5 V	5   P: ~$ w7 U/ q% l1 ?2 Z' O% E	0	0 7 V& A& `4 r/ S5 K+ N* h4 f1 K, ^/ b	0 % C% o( ~8 W3 \9 s: U# e& k/ c
10 7 \# e& o. i" R; E	TOTM 9 R& i  [. f, @  d	15	15	15	15	15	15
11 / p* y6 V' o& E	Ricon 154	3	3 0 n! v- C2 `$ u* \% B	3 # K& ^: Q& l" P) ]- @7 q" d0 [	3 , I3 J8 B! V$ {) F0 a# E' }4 S	3	3
12 & R( R8 w/ n4 y	BIBP 0 B4 x$ ^( d, S% \3 T, h/ A9 h	4	4	4	4   B6 Y( ]% j2 a& k8 Y	4	4   ~. V. @" ?0 h' F( ?3 D
13 4 N- w6 _0 X2 V& }, a6 u3 G	AT-10	2	2	2	2 ! g- W  q5 Q5 p4 }/ Z: U' S4 G% N+ k	2 " X" q8 G" u/ J' X0 n# J	2   u; k) Y* B; H: _  g
14 5 b& R% _0 Y5 @4 n	BaSt	5	5	5	5 % W8 E- r* Q5 }, d# O. `$ s& m	5 4 y4 d* r; ^  F0 `	5 4 h' L) l1 z* X# f% m
15 + [" `3 K- a8 r" v" a7 M% q6 R	其它	3 3 H! C) {$ W/ e/ t, Q	3	3	3 ) q8 z/ Y8 n8 y	3	3
合计		243	243	238	233 ' \; A* J! {, h6 k	248	248

- U* ?# q8 a6 A  k+ J* I: Q, Q参考文献：
9 Y- ~* e4 {  U" Z7 t1、徐利时 含锑卤阻燃材料成烟成因及消烟机理。
) U, S! q- Z& `2、徐应麟 耐电弧性能特优的氯磺化聚乙烯绝缘电线。
3、吴道虎 阻燃耐油电缆护套料的研制。     
' R( d2 Z( G. U/ D: w' l% }
2006年第27期发表

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