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。                              
一、标准要求
UL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。
6 C& g6 ~3 g/ l7 e耐电弧测试分为两部分：
: e- M; u8 c( y! ^/ ~& i- B1、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
" z' ^# `1 ~$ E: B$ }- t9 X6 C1、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。
& n# a/ H# K+ h9 T6 `. u4 a1 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。
三、配方拟制：
! w3 q8 }# J7 L! c8 ?- j# y  U! g& |1、配方主体材料选用CPE橡胶，
2、填充剂：超细滑石粉，碳酸钙，陶土。30~50PHR
3、阻燃剂选用Sb2O3，10~15PHR
4、阴燃抑制剂选用硼酸锌，5~10PHR
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。
: O6 }) g. s5 Z3 l四、结果讨论：
1、填料选择：
3 ]; `4 ^1 L! o1#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。
1 U8 H- [/ R6 M% T$ ^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。
2、阴燃抑制剂
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。
5 S: |% V; t$ I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。
' q! V# C% h! i. S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。
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。
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。
  T" ^$ l5 ^3 Z) S# l. q; }1 b五、结论：
1、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
2 g) ]8 q# D' V; y+ Z+ L! N6 `4 Z2、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
3、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
" w1 z. ?) C) y5 k+ {4、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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附表：

序号 7 m* A# X  g( y, c1 |	材料	1# 4 r5 e8 T0 G0 g  `# c# O/ c	2#	3# 5 D" S# ~) e3 b6 F, X9 F# Z	4# 0 S) \8 S/ I4 @8 d	5#	6# 9 `9 g0 F8 U9 u8 i4 V2 H) j
1	Tyrin 0136	100 8 u7 L- s, ~! W9 o; v  c+ W6 P	100 8 }% _; e% L8 E	100	100	100 # V( f& W' h5 ^1 h  k	100 8 ~; j: o8 D8 O# Y( p- ]
2	N550	3	3	3   v5 I) b/ F9 V! u3 N	3	3	3 " [5 ^/ b# H8 L( u! A/ I
3 5 O( x' @- n. d+ y7 }" i0 b: |	滑石粉 $ p) b2 @; ^5 h, \) l	0 , C0 o9 S) z: H	30 ; T* M5 ?, Z) G. k7 [	30 % \# [1 l3 ?; B% R; D	30 % s: g/ w7 @+ W8 W1 h: x! `& }	30 4 s( C: d4 i2 k" }	30 ; Q+ b; J* R- z
4	碳酸钙 ! J* o* }! Y3 x1 |7 _9 \	30 3 t% \4 o5 H) H. w	0 , j+ C/ Q0 C& }9 W9 N	0	0 3 V; ]7 u. c- B0 d	0 1 S7 F9 C% T# i, ^4 A# Y* f	0
5	Aerosil200	0	0	0 . |2 U  X& q  U; ~  k- W  b" s! ^5 K	0	15 , W9 C/ u9 q$ ]9 P( ?	0 * V0 S2 q4 `+ j8 x- \, q! m* t
6 - n) W7 I  R) Y	Sb2O3	12.5 6 ^. I) ^5 ^# L$ @4 h	12.5 9 }9 s/ @$ Y- O+ V5 o	12.5 # U' T# _, J4 @1 f	12.5	12.5   o9 G" {$ ?' ~2 x  a	12.5 / Y3 t3 [' |/ y" W
7 8 R. \% D1 i9 e9 d: h6 I	ATH - V) D" @4 ~$ v0 t  e: v7 P	40 ( b; ^3 C" j' k& L% @5 T2 V3 I	40 ; P! g3 V( Q! X$ N; ^	40	40   @' a0 Y# V1 N0 j: ^) s	40	40 1 F: Y) ~( y7 `5 v9 w
8 6 B: `3 R; X5 ?8 e$ z	MgO 9 ^5 @3 p& X- \# j( L: t	15 9 T( c  {7 f  F' [1 [	15 0 ?" U8 k' p5 n: x! G9 I	15 0 Q8 Q! i% q" ?8 F' d, K) b	15	15 ; }1 {- m2 J2 n& u" K: q; Z( B	30   [9 _- ~/ T" t5 w
9 1 w' a* O0 f: J# c	FB-50	10 ' ?) Z9 H+ J+ C3 O	10 $ L! T8 D3 k9 U& x% t1 A7 _0 k	5	0	0 ) C& Q0 }6 s& L* g( s& C	0 & \2 k+ H/ h0 B' i0 N
10 3 E$ O  a5 ]- @9 d2 C; L2 C3 q	TOTM	15	15	15	15	15 ! G3 X. T1 C4 X- V' o! P1 n9 u	15 5 A2 T$ W7 f7 {0 f) P% j1 a
11	Ricon 154 7 o6 U* ]1 ^4 L, I( N4 n	3 " @9 ~( w3 w" l6 k	3   x& t: [: d# n	3   _$ Z) m% j: u; a$ g2 _% M	3 4 P' z  C& J8 U/ p' d( \+ l2 |	3 5 A  |" j7 x+ A7 k0 T. U	3
12	BIBP	4	4	4	4	4	4
13 + @7 A  e3 [! g- y	AT-10 3 V6 a9 r- e8 w" D/ H% n0 n  O	2	2	2 + ^1 _. O$ m7 b1 o" y	2	2 $ v( S" Q  }0 z3 T9 Q	2 5 H, p5 f2 l0 z  \, l5 F
14 : z/ K9 I/ w2 a- M0 C	BaSt	5 ( M$ U; c* H8 l0 f: X$ K7 |	5 0 `6 e* y- R7 h4 u! u	5 , y8 g. ~: ?; {8 E	5 / e; B: h0 S; l  l+ d	5	5
15	其它 - ^8 {) [0 J4 C9 Y: H' y; H	3	3 ! T' n! R  u' p2 ]! m7 H  ?	3	3	3	3
合计 ( D3 T2 H! D7 w# w		243 : c8 w2 f% B$ G) K	243 8 ]2 f  O. D; s# S1 k" t0 s% f+ e	238 7 C* }& a: N7 \! t# ^	233 5 j4 G; j- h: w" F	248 + M$ ]" I; s2 n) E8 n1 Y/ R; n! X	248

* V; M) G+ F) K: ~参考文献：
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2006年第27期发表
1 P2 [' z. r2 C+ Z6 s5 k. S
' ~& n0 u1 `4 v5 a[ 本帖最后由 labs 于 2008-10-31 14:31 编辑 ]