塑料知識:硅酮母粒在電纜料中的應用

含有超高分子量硅酮，以聚烯烴或礦物粉作載體的母料(粒狀或干粉狀)作為加工助劑，國內最早是在十年前從美國道康寧公司引入，先作為潤滑劑或流變改性劑使用，當發(fā)現其能與金屬水合物協(xié)同，作為阻燃增效劑使用后，用量陡然增長(cháng)，國內的生產(chǎn)廠(chǎng)家也如同雨后春筍般不斷涌現。

商用的硅酮母料技術(shù)參數應包含如下內容：
(1)硅酮含量：應明確注明。用作阻燃增效劑時(shí)，含量在40~80%之間，
而用作流變改性劑時(shí)，含量在5~50%之間
(2)載體：應考慮與硅酮或用戶(hù)主配方基材的相容性，注明載體的聚合物名稱(chēng)、熔融指數，以便用戶(hù)在設計配方時(shí)參考。如果以無(wú)機礦物粉作為載體，則應注明粉末名稱(chēng)。無(wú)機粉末的白度和細度對客戶(hù)至關(guān)重要，應盡可能選用白凈、微米級的粉末制作。
一、無(wú)鹵阻燃增效劑
近五年來(lái)，我國的阻燃電纜無(wú)鹵化發(fā)展十分迅猛，初步統計，每年以20~50%的速度遞增，我國去年（2009年）在線(xiàn)纜行業(yè)就用掉了近10萬(wàn)噸的無(wú)鹵阻燃電纜料。這些料絕大部分采用金屬水合物[Al(OH)3或Mg(OH)2]作阻燃劑，而且在配方中的添加量都在60%以上。即使如此，無(wú)鹵阻燃料仍然存在阻燃效果差，特別是氧指數低，自熄性差的問(wèn)題。試驗表明適量加入硅酮，對氧指數的提高十分明顯，尤其是與Mg(OH)2體系協(xié)同（見(jiàn)圖1）。
試驗還表明，用氧指數大于36的無(wú)鹵阻燃料，就可使絕大部分外徑大于3mm的電線(xiàn)電纜通過(guò)單根垂直燃燒試驗，其原因就在于配方中有硅酮的加入，使電線(xiàn)燃燒時(shí)，熱釋放速度降低，同時(shí)在燃燒表面形成一層二氧化硅的覆蓋膜，隔絕了新鮮空氣的進(jìn)入所致。
與同樣作為阻燃增效劑使用的紅磷相比，硅酮無(wú)色、無(wú)味、低煙，而紅磷顏色紫紅，燃燒時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量煙霧和難聞的氣味，所以長(cháng)久以來(lái)難以在無(wú)鹵電纜料中推廣使用。
作為阻燃增效劑使用的硅酮另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有內外潤滑作用（見(jiàn)后節），而其最大的美中不足（缺點(diǎn)）是“不延燃性”差，此問(wèn)題由來(lái)已久，并一直受到客戶(hù)和有關(guān)專(zhuān)家的關(guān)注，相信會(huì )在不久的將來(lái)得到解決。
二、潤滑劑或流變改性劑
2.1聚乙烯料
眾所周知，在擠制聚乙烯絕緣或護套電線(xiàn)電纜時(shí)，會(huì )經(jīng)常出現“鯊魚(yú)皮”現象，尤其是在擠出線(xiàn)性低密度聚乙烯（LLDPE）或超低密度聚乙烯（ULDPE或POE）時(shí)。擠出交聯(lián)聚乙烯料（無(wú)論是過(guò)氧化物交聯(lián)還是硅烷交聯(lián)），也會(huì )時(shí)而發(fā)生“鯊魚(yú)皮”現象，其原因是因為材料配方中的潤滑體系考慮欠周。目前國際通行的做法是在配方中加入微量的含氟聚合物，但成本較高，應用有限。
我們通過(guò)試驗，在聚乙烯料或交聯(lián)聚乙烯料中加入微量的超高分子量硅酮（0.1-0.2%）即可有效防止“鯊魚(yú)皮”的產(chǎn)生，同時(shí)借助其潤滑作用，還能有效降低擠出扭矩，以免拖動(dòng)電機因過(guò)載而停機。
作為潤滑劑使用的硅酮由于加入量極少，所以要使硅酮在加工過(guò)程中起作用，必須使硅酮在材料中均勻分布。由于硅酮在化學(xué)上呈惰性，所以不會(huì )與配方中的組分其化學(xué)作用。建議電纜料廠(chǎng)在塑化造粒時(shí)就將硅酮均勻混入其中，以利線(xiàn)纜廠(chǎng)使用。
2.2無(wú)鹵阻燃料
前已述及，由于此類(lèi)材料中含有大量的阻燃劑（礦物粉），使做出的材料粘度極高，流動(dòng)性極差；粘度高，使擠出時(shí)，電機難以拖動(dòng)，流動(dòng)性差使擠出時(shí)出膠量小。所以，線(xiàn)纜廠(chǎng)在擠制無(wú)鹵線(xiàn)纜時(shí)，其效率僅為聚氯乙烯的1/2~1/3。而在無(wú)鹵料的配方中適當加入一定量的硅酮，不僅提高了材料的阻燃性能，而且明顯改善了擠出流動(dòng)性和降低了材料的粘度。