填料表面处理对无卤电缆化合物性能的影响
2024-05-24

 在热塑性塑料中加入大量填料,同时保持成品的流动性、物理和机械性能 — 这对任何化合物制造商来说都是一种固有的挑战。

这个问题对于生产比较新的材料 ––  电缆护套无卤阻燃化合物的制造商来说尤其具有现实意义,其结合阻燃性与机械性能的高要求,尤其是弹性。

他们使用无机金属氢氧化物作为填料,其颗粒形状并非球形,这大大降低材料的弹性。

此外,任何填料所含的杂质都会加快材料的 “老化” ––  所以,化合物中的填料量越多,”老化 ” 的速度就越快。

应对上述挑战的办法之一就是使用表面改性的填料,或者换句话说,使用表面处理的填料。

使用有机剂进行预处理 (尤其对天然填料),可使其表面 “失去”原有特性, 亦即:

  • 减少吸湿性;
  • 抑制杂质与化合物基质的相互作用;
  • 改善填料与化合物的兼容性;
  • 改善填料颗粒与化合物基质的分布均匀性。

 硬脂酸与其衍生物以及有机官能硅烷是最广泛使用的表面处理剂。

硬脂酸能以低成本提供良好的填料与化合物兼容性,而硅烷,取决于有机官能团,可提供更多的特性,譬如可以同时与化合物进行过氧化物交联或辐射交联。

一般来说,每种添加剂的特点和优势都是众所周知的,因此本研究论文的目的是探讨使用不同性质添加剂组合的优势。

所有的添加剂都在以合成氢氧化铝(以下简称 ATH)为最初开发模型的配方(表 1)中进行了测试,并替换了一半的用量。

配方 标准
成分 商标 phr
EVA28 MFI=3 Escorene UL00328 70
mLLDPE d=0,918 MFI=3,5 Exceed 3518 20
LLDPE-g-MAH Fusabond E226 10
硅浓缩 Silmaprocess AL1142A 3
稳定剂浓缩 Silmastab AE1527E 0.5
沉淀氢氧化铝 Apyral 40CD 160
总数 263.5

表 1. 无卤护套料的示范配方

第一步,我们研究了替换50%ATH时,用硬脂酸对EcoPiren 3.5进行不同程度表面处理所产生的效果(表 2)。

应用硬脂酸处理可提高化合物的流动性和弹性10-15%。

1%以上的表面处理程度并不会改善物理和机械性能,只会影响化合物的流动性。

虽然硬脂酸的效果很明显(与未处理的配方相比伸长率增加8-10%),但是仍无法接近参考配方的性能水平。

因此,下一步我们研究了其他性质化合物组合的行为:

– 乙烯基三乙氧基硅烷 “Dynasilan VTEO”

– 低聚物乙烯基硅烷 “Dynasilan 6498”

– 环氧硅烷 Dynasilan GLYMO

– 氨基硅烷 Dynasilan AMEO

– 脂肪族醚 “Pevalen” 芳香族醚 “Esterex TM1111”

– 四丙烯基琥珀酸酐 (英文Tetrapropenylsuccinic acid anhydride “)”TPSA”

 

我们使用初步获得的混合物进行处理 (按 1:1 的比例)。表 3 列出获得的结果。

与硬脂酸相比,所有试验过的混合物都显示出了更高的拉伸强度。

使用 TPSA 和 VTEO 的混合(FT40、FT45)处理显示出了最好的效果。使用这种混合提高了伸长率达 15-20%,而拉伸强度却没有显著的性能损失。

 

使用这些成分的三重组合能获得额外的优势吗?

 

这一点在下一步进行了测试。各成分也被按 1:1:1:1 的比例预混合,而不相容的系统没有参加测试。表 4 列出获得的结果。

 

没有三元混合物的性能优于二元混合物,尽管上一步的最佳成分 Pripol-VTEO-GLYMO 混合在一起也能达到类似的水平。

 

因此,表面处理可以明显提高天然氢氧化镁的效力,并获得额外的功能特性。

但不得不说,并不是所有矿物阻燃剂的问题都能通过表面处理来解决。

配方 标准 FC 35 FT 35 FT 20 FC 34 FC 38
基础氢氧化镁 EcoPiren 3.5 EcoPiren 3.5 EcoPiren 3.5 EcoPiren 3.5 EcoPiren 3.5
表面处理 硬脂酸 硬脂酸 硬脂酸 硬脂酸
处理程度,% 0.5 1.0 1.5 2.0
特性
23°C密度 1.497 1.496 1.489 1.481 1.485 1.500
熔体流动指数 – – 21.6kg @ 190°C 13 4 5 6 7 12
氧指数, %O2 36 34 34 34 34 34
拉伸强度,兆帕 (MPa) 13 13 12 11 9 8
断裂伸长率,% 180 135 140 146 139 144

表 2. 化合物特性与”EcoPiren 3.5″硬脂酸处理程度。

配方 标准 FT31 FT32 FT33 FT34 FT28 FT30 FT27 FT29 FT40 FT45
EcoPiren处理程度, % 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.2
成分 1 Pevalen Pevalen TM111 TM111 GLYMO AMEO Pripol Pripol TPSA TPSA
成分2 VTEO 6498 VTEO 6498 VTEO VTEO GLYMO VTEO VTEO VTEO
特性 Apyral FT31 FT32 FT33 FT34 FT28 FT30 FT27 FT29 FT40 FT45
23°C密度 1.497 1.49 1.488 1.491 1.488 1.484 1.48 1.484 1.486 1.482 1.485
熔体流动指数 – – 21.6kg @ 190°C 13 4.1 6.2 5.2 7.8 6.1 6.3 8.1 7.6 5.6 8.2
拉伸强度,兆帕 (MPa) 13 12.2 11.5 12.4 11.7 12 11.7 11.8 12.2 11.5 12.5
断裂伸长率,% 180 131 138 125 142 132 139 153 147 162 157

表 3. 测试结果:二元混合物处理的含有“EcoPiren 3.5“的化合物。

配方 标准 FT23 FT24 FT25 FT26
EcoPiren处理程度, % 1.8 1.8 1.8 1.8
成分1 Pripol Pripol Tego 6879 Pripol
成分2 AMEO VTEO GLYMO VTEO
成分3 Tego 6879 GLYMO Pripol GLYMO
特性 Apyral FT23 FT24 FT25 FT26
23°C密度 1.497 1.487 1.482 1.488 1.483
熔体流动指数 – – 21.6kg @ 190°C 13 6.9 5.8 6.2 3.4
拉伸强度,兆帕 (MPa) 13 11.3 11.2 10.9 11.2
断裂伸长率,% 180 145 154 139 147

表 4. 测试结果:三元混合物处理的含有“EcoPiren 3.5“的化合物。

 

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