低烟无卤阻燃电缆料的研究现状分析

张 元，黄秋洁

(珠海市横琴新区英才人力资源服务有限公司，广东 珠海 519031)

电线电缆的绝缘及护套材料主要由各种有机高分子材料组成，如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚烯烃、乙丙橡胶(EPR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、氯丁二烯共聚物(CR)、氟树脂(PTFE)、氯化聚醚(CPE)、聚酰胺(PA)等高分子材料。高分子材料的分子结构多样性确保了电缆料的抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性等机械性能的不同要求。然而有机高分子电缆料的可燃性导致了很多的电气火灾的发生，所造成的财产损失位居近10年来的各类火灾原因之首。据应急管理部消防救援局今年统计，2018年我国发生的火灾中，电气火灾占比34.6%仍居各类火灾首位，重大和较大火灾事故大部分也是电气火灾[1]。电缆着火是电气火灾最主要的原因，电缆着火时有机浓烟，严重影响视线，还产生CO、CO2等气体导致受困吸入而中毒窒息死亡。据统计因火灾死亡人员中有三分之二是由于吸入电线电缆燃烧时释放出的气体而窒息死亡[2]。因此，如何降低电线电缆火灾的发生率以及发生火灾的死亡率，做到电线电缆低烟、阻燃的安全环保效果，已成为行业发展的重点科研方向之一[3]。

1 低烟无卤阻燃材料的分析比较

目前国内对无卤阻燃电缆料的开发研究，主要集中在基体树脂和无机阻燃剂两个方面。低烟无卤阻燃电线电缆料的基体树脂主要成分是不含卤素的聚合物[4-5]。它们燃烧时分解出CO2和H2O，不产生明显的有毒气体和烟雾，如聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶等。

无机阻燃剂具有环保、毒性小、成本低廉、性能稳定等优点[6]，主要包括无机金属水合物、膨胀型阻燃剂、无机磷系阻燃剂及硼化物、纳米复合物等，不同的阻燃剂其阻燃机理也各不相同[7-8]。这些常用无机阻燃剂的优缺点比较如表1所示。

表1 常用无卤阻燃剂之间的比较Table 1 Comparison of some generally used halogen-free flame retardants

2 研究现状

低烟无卤阻燃电缆料的耐低温性能不仅受限于低玻璃化转变温度，还与材料的交联度、无机填充量有关。马芝森等[17]通过研究对比有机和无机阻燃剂在添加量不同时对低烟无卤阻燃材料的机械性能和耐低温性能的影响，设计了具有耐低温性能的低烟无卤阻燃电缆护套料的配方。试验结果表明，所试制的电缆料具有良好的机械性能、阻燃性能和耐-35 ℃的低温性能。

包金芳等[18]对辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃材料辐照前、后抗撕强度、拉伸强度相互关系、影响因素进行研究，结果发现，基材种类、阻燃剂种类、阻燃剂添加量都会影响辐照交联低烟无卤电缆料材料的抗撕性能，特别是阻燃剂添加量对其抗撕强度影响较大。

王竞[19]通过添加特种抗开裂阻燃协同剂，提高了低烟无卤阻燃电缆料的抗开裂性能。抗开裂阻燃协同剂的添加提高材料的力学性能。氧指数测试表明：阻燃电缆料燃烧后可形成炭层，提高了材料的阻燃稳定性，防止滴落现象。力学性能测试表明：阻燃剂与树脂的相容性增强，并且不影响原有的力学性能。低烟无卤阻燃电缆护套料具有较好的抗开裂性能。

冯明艳等[20]研究出一种室温硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料，将低烟无卤的阻燃性和硅烷交联电缆料因为交联结构形成的优良电气性能、机械性能等优点相结合，并且实现电缆成品在自然条件下放置一段时间可以自发进行交联反应，降低电缆蒸煮能耗，实现环保型产品对传统电缆料产品的替代。

综合以上文献分析说明，通过有机高分子之间交联反应或者有机高分子与不同阻燃剂之间的协同作用，可以提高电线电缆料的阻燃、耐低温、机械性能和电气性能，达到在不同应用场景下电缆的需要的机械性能和电气性能。

3 结 语

研究环保、高效的阻燃剂是低烟无卤电线电缆料的发展趋势，国内外目前也取得了一系列的实际应用成果，但是阻燃剂在电线电缆料的应用存在效果不佳、市场化单一、成本高等缺点，目前还要从反应机理和实际应用两方面继续深入研究。无卤阻燃剂的成分和化学结构决定了它具有极性强、亲水性等特点，而亲油性的基体高分子材料与极性弱的材料难相容。综合相关文献分析[21]，提高无卤阻燃剂的研发趋势是：(1)协同效应，根据阻燃剂分子之间的协同作用提高阻燃性能，并综合体系内各自的特征性能，既可阻燃又可抑烟；(2)表面改性技术，利用包覆技术为改善其与聚合物间的界面亲和性和粘接力。(3)颗粒超细化，细化可达纳米级，在增加阻燃剂与材料接触面积的同时降低了阻燃剂的用量，材料的相容性也得到提高。超细化颗粒具有防止阻燃剂迁移、改善阻燃效果、提高热稳定性等优点，对组分之间复合与增效制造多功能阻燃材料也十分有利。

随着市场对安全、环保、健康等人性需求的高度重视，和复配协同、表面改性以及纳米化等研发技术的逐步成熟，电线电缆料阻燃剂的应用将更加低毒化、高效化、环保化，为人们的生活提供更多的需求和便利。