Исследование технологии малодымного и безгалогенного огнезащитного покрытия для кабельных материалов

Исследование технологии малодымного и безгалогенного огнезащитного материала для кабельного материала

Галогенсодержащие огнестойкие кабельные материалы доминируют среди кабельных материалов благодаря своим преимуществам: высокая огнезащитная эффективность, хорошие технологические характеристики и низкая цена. Однако галогенсодержащие кабели при горении выделяют токсичные и вредные газы, и многие люди при пожаре задыхаются от дыма и токсичных газов, что может привести к смерти; галогеноводородные газы, образующиеся при горении, также могут привести к повреждению электронного и электрического оборудования.

В 2003 году Европейский Союз принял Директиву ROHS, которая четко определяет максимально допустимое содержание галогенсодержащих элементов в «броме» в электрическом и электронном оборудовании, и с тех пор количество галогенсодержащих кабелей ежегодно сокращается на год. Огнестойкие кабели с низким содержанием дыма, не содержащие галогенов, постепенно стали основной силой на рынке кабелей, многие производители кабелей и научно-исследовательские институты увеличили инвестиции в исследования и разработки огнестойких кабельных материалов с низким содержанием дыма, не содержащих галогенов.

В настоящее время годовой рыночный спрос на безгалогенный огнестойкий кабельный материал составляет около 200 тыс. тонн, и ожидается, что в ближайшие 3-5 лет спрос на безгалогенный огнестойкий кабельный материал увеличится примерно на 10 тыс. тонн. %, а к 2025 году годовая потребность в безгалогенном огнестойком кабельном материале достигнет около 350 тыс. тонн.

Кабельный материал с низким содержанием дыма, не содержащий галогенов, является наиболее важным матричным материалом для сополимер этилена и винилацетата (EVA), который имеет низкую температуру плавления, хорошую подвижность, полярность и не содержит галогенов, совместим с различными полимерами и безгалогенным антипиреном, широко используется в бездымном безгалогенном огнестойком кабельном материале.

Сополимер этилена и винилацетата (EVA)

Однако предельное значение кислородного индекса EVA составляет всего от 17% до 19%, что является огнеопасным явлением, что серьезно ограничивает применение и разработку EVA в огнестойких кабелях, поэтому чрезвычайно важно проводить огнестойкая модификация EVA для расширения сферы использования EVA.

EVA обычно используется в материалах кабелей

Применение безгалогенных кабельных материалов с низким содержанием дыма в дополнение к атомным электростанциям, аэрокосмической, военной, военной промышленности и т. д., метро, ​​​​высокоскоростной железной дороге, кораблям, высотным зданиям, шахтам и другим областям также имеет больший спрос. После развития последних лет в некоторых недорогих продуктах отечественная продукция занимает часть рынка, цена относительно низкая; хотя некоторые сложные продукты в основном импортируются, цена на них относительно высока. В последние годы в отрасли связи, особенно в сфере оптоволокна для дома, проект 4G по созданию кабеля с низким содержанием дыма, не содержащего галогенов, пользуется большим спросом, но также выдвигает новые требования.

1. Выбор материала огнезащитной матрицы (EVA)

Малодымный безгалогенный базовый материал обычно представляет собой EVA, полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), этиленпропиленовый каучук (EPR) и т. д., кроме EVA содержит полярные группы, остальные неполярные материалы или очень маленькие полярные материалы. В качестве базовых материалов полиэтилен, полипропилен и этиленпропиленовый каучук имеют два естественных недостатка:

① Плохая совместимость с более полярными негалогенированными антипиренами, что приводит к неравномерному распределению антипиренов в подложке, добавление большого количества негалогенированных антипиренов к механическим свойствам материала будет серьезно нарушено;

② Сами по себе эти три материала плохо устойчивы к маслам и неполярным растворам, что затрудняет применение кабелей в сложных условиях.

EVA сополимеризуется из мономера этилена и мономера винилацетата, процесс его синтеза показан на рисунке 1. За счет введения винилацетата ВА нарушается регулярность молекулы полиэтилена, что приводит к уменьшению кристалличности всей молекулы и увеличение полярности, так что стойкость EVA к растрескиванию под воздействием окружающей среды, совместимость с наполнителями, радиационная сшивка, маслостойкость и свойства многократного изгиба были улучшены; однако прочность на разрыв, твердость, температура плавления и электроизоляционные свойства EVA соответственно снижаются, а устойчивость к проникновению воздуха и водяного пара ухудшается.

Когда массовая доля ВА превышает 40%, вся молекула представляет собой неупорядоченную структуру эластичного состояния каучука, обычно называемую каучуком, модифицированным парами этилена (ЭВМ); когда массовая доля ВА составляет от 5% до 40%, он содержит небольшое количество кристаллизации, обычно называемой EVA пластиком.

EVA диаграмма синтеза

Введение полярных групп, электрических свойств EVA и прочности на разрыв различной степени снижения, общая ситуация с смолой EVA может использоваться только в качестве изоляции кабеля низкого напряжения, как малодымная изоляция. безгалогенная оболочка, чтобы компенсировать недостаточную прочность на разрыв, обычно используют полиэтилен, полипропилен, сополимер этилена и октена (ПОЭ).

Из сополимера можно производить как кабели из термопластичного пластика, так и кабели из термореактивной резины с уровнями термостойкости, включая 70, 90, 105, 125, 150, 175 ℃; Разработчики рецептур могут производить бездымные, безгалогенные, огнестойкие кабельные компаунды с характеристиками, соответствующими требованиям пользователя (или стандарту), с EVA/EVM в качестве основного материала.

Силовой кабель с кислородобарьерным слоем и высокой огнестойкостью Фото: Anhui Huayu Cable

Поскольку EVA и безгалогенные антипирены обладают хорошей совместимостью и характеристиками экструзии, кабельная промышленность использует EVA в качестве основного материала для изготовления огнестойких антикислородных материалов (обычно относится к предельному кислородному индексу 40% и более).

2. Малодымные безгалогенные антипирены для кабельных материалов EVA.

EVA В материале кабеля обычно используются безгалогенные антипирены, включая гидроксид металла, вспучивающиеся, бор, кремний и другие антипирены, различные антипирены и их огнезащитные механизмы различны.

2.1 Антипирены на основе гидроксидов металлов для кабельных материалов EVA

Как безгалогенные антипирены, ATH и MH выполняют тройные функции: огнезащиты, удаления дыма и наполнения, они широко доступны и недороги, занимая доминирующее положение среди негалогенных антипиренов. Гидроксид металла разлагается на оксид металла и водяной пар под действием тепла, водяной пар может не только отводить тепло, но и разбавлять концентрацию кислорода в воздухе, а оксид металла играет роль изоляции кислорода и предотвращения выделения тепла. излучается.

Однако эффективность антипирена на основе гидроксида металла относительно низка по сравнению с галогенированным антипиреном, для достижения того же огнезащитного эффекта количество добавки в несколько раз или даже в десятки раз превышает галогенированный антипирен, в то же время, Совместимость антипирена гидроксида металла и полиолефина сравнительно плохая, необходимо модифицировать его поверхность, снижать поверхностную энергию порошка для увеличения количества наполнителя антипирена и улучшения механических свойств композиционных материалов.

Миниатюризация гидроксида металла позволяет увеличить площадь контакта между порошком и полиолефином, что, в свою очередь, может смягчить снижение механических свойств из-за большого количества антипиренов, тем самым улучшая эффективность антипирена.

Соединение с ATH и MH, добавьте к EVA, в полной мере используйте ATH (200 ℃) и MH (330 ℃) с разной температурой разложения, чтобы добиться различного огнезащитного эффекта градиента температуры разложения, когда EVA горение материала кабеля.

Есть также исследователи с добавками совместимости для улучшения доли антипиренов в полиолефинах, добавки совместимости могут облегчить механические свойства за счет добавления антипиренов, вызванных уменьшением ситуации, которую необходимо только добавить в материал кабеля смешанные добавки совместимости, не увеличивайте дополнительные процессы, и эффект очень очевиден.

2.2 Вспучивающиеся антипирены для кабельных материалов EVA

Состав вспучивающегося антипирена (IFR) в основном основан на фосфоре и азоте, фосфорный материал разлагается под действием тепла с образованием кислоты, способствующей карбонизации полимеров с образованием углеродного изоляционного слоя; Азотный материал разлагается под действием тепла с образованием газа, так что слой углеродной изоляции имеет сотовую структуру. Сотовый углеродный слой может играть роль кислородного барьера, теплоизоляции и в то же время предотвращать падение расплава.

Однако цена вспучивающегося антипирена высока по сравнению с гидроксидом металла, а цена обычного вспучивающегося антипирена в 3–5 раз дороже гидроксида металла. Вспучивающиеся антипирены в основном используются в специальных кабельных материалах с высокой добавленной стоимостью, дозировка относительно невелика, разработка относительно недорогих вспучивающихся антипиренов является одним из будущих направлений развития.

По сравнению с огнезащитным составом на основе гидроксида металла, вспучивающийся огнезащитный состав будет производить больше дыма при горении, в безгалогенных огнезащитных кабельных материалах и огнезащитном составе на основе гидроксида металла обычно используются для компаундирования, с одной стороны, эффективность вспучивающегося огнезащитного состава выше. относительно высокий, можно уменьшить количество гидроксида металла; с другой стороны, гидроксид металла обладает очень хорошим эффектом подавления дыма; использование двух огнезащитных компаундов для достижения лучшего антипиренового эффекта с низким содержанием дыма, не содержащего галогенов. Комбинация двух антипиренов позволяет добиться более эффективного огнезащитного эффекта с низким дымовыделением и отсутствием галогенов.

Кроме того, огнезащитный состав расширяющегося типа также включает расширяемый графит (EG), эффективность использования этого антипирена в отдельности невелика, но его легко использовать в сочетании с другими антипиренами.

Вспучивающиеся антипирены

2.3 Борные антипирены для кабельных материалов EVA

Борный антипирен при горении может образовывать стекловидный защитный слой, защищающий полиолефиновый углеродный слой от разрушения и предотвращающий утечку летучих горючих веществ. Один из водосодержащих боратов цинка может выделять молекулы воды при нагревании, отводить тепло, что снижает температуру возгорания, и оказывать огнезащитное действие.

Расширяемый Графит

2.4 Кремниевый антипирен для материала кабеля EVA

Кремниевый антипирен представляет собой зеленый огнезащитный состав с низкой токсичностью, антиплавящимися каплями, дымом и другими характеристиками. Кремний при сгорании, остаток кремния в конденсированной фазе, образование стекловидного неорганического карбонизированного слоя играют роль в теплоизоляции и кислородном барьере, чтобы достичь синергетического огнезащитного синергетического эффекта.

Фарфоровые огнестойкие огнезащитные материалы (содержащие кремниевый антипирен при высоких температурах для создания твердой керамической оболочки) в роли фарфорового агента, сгорание кабеля может автоматически превращаться в фарфор, образование твердой оболочки, играет роль в теплоизоляции. , выделение кислорода. Чем выше общая температура воспламенения, тем тверже керамическая оболочка, чем плотнее поверхность, тем лучше огнестойкий эффект.

Использование фарфоровых огнеупорных материалов и других огнезащитных составов позволяет добиться эффективного огнестойкого эффекта. В настоящее время керамические огнестойкие полиолефиновые и керамические силиконовые кабели широко используются в высотных зданиях, железнодорожном транспорте, кораблях и других важных проектах, в настоящее время это важное направление развития огнестойких огнестойких кабелей.

Керамизируемые огнестойкие кабели

Керамизируемые огнестойкие кабели

Керамизируемые огнестойкие кабели

Стандарт GB/T19666-2019 «Огнестойкие и огнестойкие провода и кабели или оптоволоконные кабели» ужесточил требования к низкой токсичности для безгалогенных огнестойких кабелей с низким содержанием дыма и концентрацией оксидов азота ( Также предусмотрены NOX <90мг/м3) и цианистый водород (HCN <55мг/м3), что выдвигает более высокие требования к малодымным, безгалогенным, огнестойким кабельным материалам, поэтому В будущем малодымные безгалогенные огнестойкие кабели могут производиться по следующим 3 аспектам:

(1) EVA и безгалогеновый огнезащитный материал обладают хорошей совместимостью, но также имеют хорошие характеристики обработки, стали наиболее важными бездымными безгалогенными кабельными огнестойкими матричными материалами. eva из-за введения полярных групп, снижения его прочности на разрыв и изоляционных свойств, необходимо изготовление малодымных безгалогенных оболочек и с высокой прочностью на разрыв из ПЭ, ПП и других полимеров, чтобы достичь стандарта Требования к кабелю.

Изоляционные свойства EVA относительно низкие, что ограничивает его использование в качестве кабелей среднего и высокого напряжения. Как улучшить изоляционные свойства малодымных, безгалогенных, огнестойких кабельных материалов на основе EVA, важное направление разработки малодымных, безгалогенных, огнестойких кабельных материалов.

(2) Гидроксид металла в качестве огнестойкого кабельного материала с низким содержанием дыма, не содержащего галогенов, на основе EVA является одним из наиболее важных огнезащитных материалов, модификация поверхности и сверхмелкий размер частиц являются тенденцией развития, низкокачественный неорганический огнезащитный состав Китая модификация может соответствовать требованиям обычного безгалогенного огнестойкого кабельного материала и дешева; Высококачественные огнестойкие гидроксиды металлов или полагаются на импорт, преобладают ожидания прорыва в отечественной высококачественной технологии модификации огнезащитных материалов как можно скорее для китайского высококачественного и всеобъемлющего огнестойкого кабельного материала с низким дымовыделением, не содержащего галогенов. Безгалогенные огнестойкие кабельные материалы для комплексного развития Китая с низким содержанием дыма и высококачественной помощи.

(3) Огнезащитная композиция является основной идеей использования огнестойких кабельных материалов, не содержащих галогенов, но при разработке формулы необходимо учитывать последние требования к токсичности безгалогенных кабелей с низким дымовыделением. Дозировка антипирена расширяющегося типа должна контролироваться в разумных пределах, в противном случае, даже если огнезащитные характеристики сертифицированы, но характеристики малодымности и низкой токсичности не обязательно соответствуют стандартным требованиям, что представляет собой новую версию галогенных малодымных материалов. -свободный огнестойкий кабель, реализация стандарта огромного числа научных работников должна столкнуться с этой проблемой.

Заключение

В постоянном стремлении современного рынка кабельных материалов к технологии огнезащитных средств с низким содержанием дыма, не содержащих галогенов, компания YINSU Flame Retardant Company успешно разработала серию новых бездымных антипиренов, не содержащих галогенов, благодаря своим инновационным возможностям в области исследований и разработок. Эти продукты включают красный фосфор FRP-950X с покрытием из микрокапсул, пиперазин PPAP-15 и расширяемый графит EG, все из которых обладают высокоэффективными огнезащитными свойствами.

Применение технологии микрокапсулирования не только повышает термическую стабильность красного фосфора, но и снижает его потенциальное воздействие на технологическое оборудование и окружающую среду. Пиперазин PPAP-15, новый тип фосфорно-азотного соединения, обладает превосходной огнестойкостью и низким дымовыделением. Расширяемый графит EG может быстро расширяться с образованием плотного углеродного слоя под воздействием тепла, эффективно изолируя кислород и тепло и усиливая огнезащитный эффект материала. Кроме того, компания YINSU Flame Retardant разработала керамические антипирены, которые при высоких температурах образуют твердый керамический слой, обеспечивая дополнительную защиту от огня. Низкие аддитивные свойства этих инновационных антипиренов не только отвечают требованиям к огнестойкости кабельных материалов, но также помогают снизить общую стоимость огнезащитных средств, обеспечивая экономически эффективное решение для промышленности кабельных материалов. Поскольку технологии продолжают развиваться, а спрос на рынке растет, ожидается, что эта продукция YINSU Flame Retardant в будущем займет значительную позицию на рынке кабельных материалов.