橡胶电线耐电弧料的研制

labs

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。                              
' d! `; V, L3 e9 k. K- ~) T# Z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。
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。
, L; d8 \5 u- M1 n$ P6 H3 ^& k2、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
1 f+ q4 s+ ?: B1、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。
2、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：
7 u- y3 ?; h- h8 {5 w# Q- b: X  |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。
四、结果讨论：
% C) U" j7 a) l, ?" o0 z7 c& u2 b1、填料选择：
1 ^) T) N+ G& p, C! @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。
2、阴燃抑制剂
: B3 R4 f7 R. i- Q, l; t& P2#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。
) ~2 i. D* r; f& n. C9 T$ g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。
/ o" V( {$ S3 p. n( u$ K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。
) c; z1 h# G5 f2 s五、结论：
+ B, m* }6 z) o) z" N+ k# P1 ]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、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
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。
3 N" c! C: {  C& k& l% Q
& u. B1 V+ J3 m$ z- s6 F附表：

序号 $ `9 }% _$ Z6 w' }	材料	1#	2#	3#	4#	5# 6 }" S8 s3 E2 z3 J3 x0 {	6#
1	Tyrin 0136	100	100 % x5 t; }- |8 L1 A1 r1 z* p	100	100 : a/ F$ P) D' ]9 Y. E	100 % l4 y5 R$ x- a: z' X6 U& o	100
2 5 Y4 `- o% y* m5 u	N550 9 i+ q# i* u5 O% W8 P5 \" l, D: F	3	3	3	3	3 0 u7 k" A( c9 z5 j	3
3	滑石粉 2 \, ]7 i( I* x! r7 H& l4 T" Q# P	0	30	30 0 ]& c" p# ^" @. K	30 ( @, r2 a* |3 F( Y1 b/ L# }	30	30 6 d# M1 ^; P; n$ s! m" x
4 : E. ?7 W6 g: |% T	碳酸钙 9 L- E3 B; ~  o9 }( c	30 : y& G1 D2 E6 v! a	0	0 : Y  s- |  S$ a	0 6 v1 `& v; B: L& t; f4 m) d	0	0 : a2 a# a* b/ a" Y* D1 x1 T
5	Aerosil200	0 " @- ^" S5 f- S! o+ H: ?	0 ; J2 z! @9 h" T) a* k  F6 J" X1 l- V	0	0	15 2 ?* _) ^; V) U0 t% M	0
6	Sb2O3 , l- L9 \* D7 C3 A, F- ^	12.5 / |! O5 d: e9 G- d. p	12.5	12.5	12.5   M7 j; `  D7 h* P	12.5 ! Z; J( Z" T9 z6 m8 O0 W	12.5 4 {& ]9 W) m) F; y! D4 Z
7 # I4 a9 h. V- T  Y. x# [' I	ATH	40 * z1 w- O  W- }% X) |2 A9 g* @* H  k	40 / b7 l- m6 q, L' f	40 - U: P) z0 j, [: G% m# D	40	40	40
8	MgO ! _/ w3 J4 |4 W1 M4 b/ d- |- L	15 3 O' x9 @; d4 m! p	15 ; c7 {( k+ e: i8 S# }	15	15 " t0 y; W' J5 F) |+ C6 v( X	15	30 7 x8 D0 t: i1 `
9 ( r1 ^8 u7 ]! `7 {	FB-50	10	10	5 1 V, B% Y1 ]/ a2 q6 {2 r  w0 [' ^	0 % [; I1 {. U( F0 `$ Z. Q2 _0 L& ]" J* D	0 . i8 ], _' s0 m5 {	0
10 * G* i- o$ R* x	TOTM	15	15 2 K2 d6 C$ g( F  j	15 & g' t- V6 d' b$ @	15	15	15
11 ' Y/ f9 l$ e) c/ k	Ricon 154 $ \+ K" E, y9 Y' R: c* S	3	3	3 ! M! Q  H. e# C& R' X' T# F	3 1 D2 c: `; N$ V' G	3 4 m3 e; N2 C( [1 O+ R# I8 {	3 9 p8 ^$ [! Y( s4 ?" U' N
12 4 G$ `6 s1 L- N! D1 D	BIBP	4 * F$ R( t# W  {: g	4 6 J- `. S# g8 R! k% s1 T: S9 u- C1 C	4 # O  I8 z2 T" n$ O* h: `	4 3 i+ N0 w9 Y: J" z	4 0 T5 w2 `" _8 \. I- F- T	4
13	AT-10	2	2 9 N  q6 b/ }3 i5 ~	2	2 : r6 V! T' ~. \	2 3 t+ Y9 v- m; J& C# Z2 v; X$ |	2
14	BaSt ( G5 D, U; c$ E! t	5 : q; g2 f9 i  g& q* ?* {; W! C; K	5 5 ^6 s# B1 w, p4 C2 [- L	5 - B8 {7 I. M2 D# q: r6 A+ k	5 " C4 N! D" u" K) W. S! ~	5	5
15 : o* s; |; o+ W8 G: m  r) }8 v+ l& [	其它	3	3 ' U7 I8 A% C! T9 l# Y: C$ K; ?2 `	3 & A1 L7 X& X8 ~5 w	3 2 F' _6 N% Z0 }6 N6 @	3 7 K! g3 y- a: A3 n6 i' w1 s	3
合计 7 S9 b. T5 }' K0 J1 M3 i		243 + h: t# \7 b+ n  P	243	238 ! ]4 p/ g* m, m. ?	233	248	248

参考文献：
1、徐利时 含锑卤阻燃材料成烟成因及消烟机理。
, s* _& ^/ U6 }3 I: t2、徐应麟 耐电弧性能特优的氯磺化聚乙烯绝缘电线。
+ E5 a3 d) _  l0 o3 K- O( g. n$ m3、吴道虎 阻燃耐油电缆护套料的研制。     

2006年第27期发表
; U# E1 }7 H' @0 x0 o- l0 M
[ 本帖最后由 labs 于 2008-10-31 14:31 编辑 ]