摘要：隨著對(duì)電纜阻燃要求的提高，人們對(duì)電纜用阻燃劑的研究也越來(lái)越多。而阻燃型填料因?yàn)榱己玫男詢r(jià)比，在電纜中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。本文介紹了電纜中使用阻燃型填料種類，并對(duì)各種阻燃型填料在電纜中應(yīng)用及它們之間的協(xié)效做了總結(jié)。
關(guān)鍵詞：阻燃劑、填料、電纜、應(yīng)用
在高分子材料中，填料是用量最大的添加劑，幾乎所有的高分子材料，如塑料(包括熱塑性和熱固性塑料)、橡膠和涂料中都使用大量填料。填料的種類很多，金屬粉末可用作導(dǎo)電填料，木粉、淀粉等植物性粉末也可用作填料，但使用的最多的還是礦物性填料。填料的加入不僅可以降低成本，而且可以改善制品力學(xué)性能、加工性能或其他性能。電纜中使用的填料大多數(shù)為礦物性填料，其中數(shù)量最大的就是碳酸鈣，這幾乎是聚氯乙烯電纜料中必不可少的成分之一。隨著人們安全意識(shí)的提高，對(duì)電纜阻燃要求也就越來(lái)越高，但碳酸鈣不阻燃，所以人們也就需要研究更多的具有阻燃型的填料。
一、阻燃性填料的品種
1、氫氧化鋁（ATH）
氫氧化鋁是光、電纜料中最為常用的一種填料型阻燃劑，該產(chǎn)品添加在電纜料中，如電纜發(fā)生燃燒，氫氧化鋁在200-300℃發(fā)生分解，分解后發(fā)生脫水反應(yīng)，吸收高分子材料表面大量熱量，可降低燃燒材料表面溫度；同時(shí)脫水產(chǎn)生大量水蒸氣，稀釋可燃?xì)怏w和氧氣濃度；分解殘余物Al2O3為致密的氧化物，它們沉積于高分子材料表面，限制可燃?xì)怏w的生成，起到隔熱、隔絕氧氣的作用，并達(dá)到了抑煙的效果；而且氫氧化鋁和氫氧化鎂可以吸收酸性氣體。氫氧化鋁的價(jià)格適中，目前是電纜材料中應(yīng)用最為廣泛的填料型阻燃劑。
工業(yè)用氫氧化鋁阻燃劑主要采用鋁酸鹽分解法制備，根據(jù)原料和工藝的又分為拜耳法和堿石灰燒結(jié)法。拜耳法是用氫氧化鈉溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉溶液，溶液與殘?jiān)ǔ嗄啵┓蛛x后，降低溫度，加入氫氧化鋁作晶種，經(jīng)攪拌，鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁。堿石灰燒結(jié)法適用于處理高硅的鋁土礦，將鋁土礦、碳酸鈉和石灰按一定比例混合配料，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)成由鋁酸鈉、鐵酸鈉、原硅酸鈣和鈦酸鈉組成的熟料，然后用稀堿溶液溶出熟料中的鋁酸鈉，控制好條件，溶液與殘?jiān)ǔ嗄啵┓蛛x，鋁酸鈉溶液經(jīng)過(guò)專門的脫硅過(guò)程，使溶液提純，把CO2氣體通入精制鋁酸鈉溶液，和加入晶種攪拌，得到氫氧化鋁。
氫氧化鋁阻燃劑的生產(chǎn)工藝比較成熟，目前國(guó)家已經(jīng)制定氫氧化鋁的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4294-2010，規(guī)范包括氫氧化鋁阻燃劑在內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量。國(guó)內(nèi)的電纜料生產(chǎn)廠家使用的氫氧化鋁主要有：來(lái)自國(guó)外的廠家如美國(guó)雅寶、德國(guó)的Nabaltec、日本昭和電工等，主要占據(jù)高端光電纜材料市場(chǎng)；國(guó)內(nèi)中國(guó)鋁業(yè)下屬的山鋁和中州鋁業(yè)、淄博鵬豐鋁業(yè)、洛陽(yáng)中超等。而隨著國(guó)內(nèi)光電纜行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)氫氧化鋁的需求也大幅度增加，因此有很多廠家投資、建設(shè)新的氫氧化鋁生產(chǎn)廠家。
2、氫氧化鎂
氫氧化鎂（MDH）是除氫氧化鋁外最為常用的阻燃型的填料，阻燃原理和氫氧化鋁相似，但其分解溫度更高，為340-490℃。氫氧化鎂可促進(jìn)高分子材料表面炭化，隔絕氧氣與高分子材料接觸，而氫氧化鋁則無(wú)此作用；因此在相同添加量下，氫氧化鎂的阻燃效果明顯好于氫氧化鋁。氫氧化鎂的堿性更強(qiáng)，因此對(duì)酸性氣體如HCl、CO2的吸收能力更強(qiáng)。但氫氧化鎂與高分子材料的相容性不如氫氧化鋁好。
目前氫氧化鎂只有原化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T3607--2007，對(duì)包括氫氧化鋁阻燃劑在內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量做了規(guī)定。氫氧化鎂是利用鹵水、鹵礦等中的氯化鎂，與苛性堿類（如氫氧化鈉、氨水等）在水介質(zhì)中反應(yīng)，得到氫氧化鎂沉淀、經(jīng)過(guò)濾、干燥得到產(chǎn)品。該法得到的氫氧化鎂純度高、晶體形狀好，質(zhì)量可控，但成本較高。國(guó)內(nèi)的電纜料生產(chǎn)廠家使用的氫氧化鎂主要有：來(lái)自國(guó)外的廠家如美國(guó)雅寶、日本神島，國(guó)內(nèi)的如江蘇艾特克等。
3、其他鎂系的無(wú)機(jī)阻燃劑
3.1、水鎂石
水鎂石是蛇紋巖或白云巖中的典型低溫?zé)嵋何g變礦物，主要成分為氫氧化鎂，含量達(dá)90%甚至以上，我國(guó)蛇紋巖資源豐富，其中遼寧地區(qū)的礦藏質(zhì)量較好。水鎂石因?yàn)槠渲袣溲趸V含量較高，經(jīng)過(guò)粉碎、磨粉，可制作阻燃劑，該法制得的阻燃劑又被稱為礦物法氫氧化鎂。礦物法氫氧化鎂較之合成法產(chǎn)品具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和環(huán)境優(yōu)勢(shì)，且有資源易得、環(huán)境友好、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、加工簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。前些年因?yàn)閲?guó)內(nèi)技術(shù)原因，該地區(qū)主要向國(guó)外出口原礦石。上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始關(guān)注水鎂石的深加工，并形成一些礦物法氫氧化鎂的生產(chǎn)廠家。目前我國(guó)電纜材料行業(yè)的使用的礦物法氫氧化鎂主要廠家有大連亞泰、遼寧大海礦業(yè)等。
礦物法氫氧化鎂的價(jià)格較低，有利于電纜料廠家降低成本，但添加量不能太大，否則會(huì)極大的降低材料的機(jī)械性能，特別是伸長(zhǎng)率。
3.2、水菱鎂/斜方云石礦
水菱鎂礦是一種天然堿式碳酸鎂，其分子結(jié)構(gòu)通常為3MgCO3?Mg（OH）2?3H2O），該礦石含鎂量高，質(zhì)白，雜質(zhì)含量低，是一種優(yōu)質(zhì)含鎂非金屬礦材料，是制造鎂質(zhì)材料的優(yōu)質(zhì)原料，用途十分廣泛。水菱鎂在340℃時(shí)失去所有的結(jié)晶水，同時(shí)氫氧化鎂開(kāi)始分解出結(jié)構(gòu)水，477℃脫去所有結(jié)構(gòu)水，碳酸鎂開(kāi)始分解，溫度升到727℃碳酸鎂完全分解，得到氧化鎂。這樣的分解狀況和高分子材料的燃燒有一定的對(duì)應(yīng)性，因此水菱鎂礦可以作為高分子材料的阻燃劑。我國(guó)菱鎂石儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的1/4，居世界第一位，但多作為低端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，沒(méi)有很好利用，還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出水菱鎂礦的阻燃劑。
水菱鎂礦經(jīng)常和斜方云石礦共生，斜方云石的分子結(jié)構(gòu)3MgCO3•CaCO3，斜方云石450℃開(kāi)始分解，570-620℃大量釋放出二氧化碳，760-780℃分解完畢。水菱鎂和斜方云石礦伴生礦，分別也較為廣泛。上個(gè)世紀(jì)80年代該礦物被開(kāi)發(fā)為阻燃劑，在歐洲開(kāi)始應(yīng)用。目前瑞典的力礦公司在中國(guó)力推他們的HMT阻燃劑，該阻燃劑利用位于土耳其水菱鎂和斜方云石礦伴生礦生產(chǎn)，有多個(gè)牌號(hào)。
3.3、水滑石
水滑石是層狀雙金屬氫氧化物，其分子結(jié)構(gòu)通常為Mg6Al2(OH)16•4H2O，在1842年Hochstetter首先從瑞典的片巖礦層中發(fā)現(xiàn)了天然水滑石礦，1966年，KYOWA公司首先將LDH的合成工業(yè)化。起初水滑石主要作為催化劑及載體使用，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)其有阻燃、抑煙的作用。
4、含硅無(wú)機(jī)填料型阻燃劑
含硅無(wú)機(jī)填料型阻燃劑多為天然礦物，該類材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種較多，稱呼也很多，常用作阻燃劑的主要有以下幾種：
蒙脫土又名膠嶺石、微晶高嶺石，是一種硅酸鹽的天然礦物質(zhì)粘土，為膨潤(rùn)土礦的主要成分。蒙脫土具有層狀結(jié)構(gòu)，層間有可交換的陽(yáng)離子如Na+等，通過(guò)離子交換反應(yīng)，插層劑有機(jī)陽(yáng)離子能嵌入蒙脫土片層問(wèn)，使層間距離增大，并使蒙脫土由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性，在剪切力作用下熔融聚合物插入蒙脫土層間使其剝離成納米厚的片層分散到聚合物基體中，可以降低熱釋放速率，而且成炭性好，同時(shí)和其他阻燃劑有協(xié)同作用。
硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，一般是由統(tǒng)稱為硅藻的單細(xì)胞藻類死亡以后的硅酸鹽遺骸形成的，其主要成分是含水的非晶質(zhì)SiO2 ，SiO2含量可超過(guò)70%。硅藻土儲(chǔ)量巨大，但因?yàn)橛须s質(zhì)，無(wú)法直接利用，需對(duì)天然硅藻土通過(guò)粉碎、分揀除去雜質(zhì)、然后高溫煅燒除去有機(jī)雜質(zhì)，并使碳酸鹽分解，制得純度比較產(chǎn)品，可以作為阻燃劑。
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