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电线电缆选型

硅橡胶中增长的阻燃剂种类和比例对扁电缆阻燃性的提升成效怎么？

所属分类：电线电缆选型颁布功夫：2025-07-24 07:41:07

在硅橡胶中增长阻燃剂是提升扁形电缆阻燃机能的主题伎俩，其成效取决于阻燃剂种类、比例及与硅橡胶基体的相容性。以下从阻燃剂类型、增长比例、协同效应及现实利用案例四个维度，系统分析其对扁电缆阻燃性的提升成效，并提供配方优化建议。

一、阻燃剂类型对硅橡胶阻燃性的影响

硅橡胶自身拥有优异的耐高温性（持久使用温度可达200℃），但阻燃性不及（UL94仅V-2级）。通过增长阻燃剂可显著提升其阻燃等级（至V-0或VTM-0级），常见阻燃剂类型及作用机造如下：

1. 无机氢氧化物（最常用）

代表物质：氢氧化铝（ATH）、氢氧化镁（MH）。
作用机造：

吸热分化：ATH在200-350℃分化为Al?O?和H?O，吸收热量（吸热量约1.97 kJ/g），降低资料表表温度。
稀释可燃气体：分化产生的H?O蒸汽稀释氧气和可燃气体浓度。
成炭覆盖：天生的Al?O?形成致密炭层，断绝热和氧气传递。

阻燃成效：

ATH增长量达60%时，硅橡胶氧指数（LOI）可从18%提升至35%，UL94达到V-0级。
MH热不变性更高（分化温度300-400℃），适合高温场景，但吸热量低于ATH（约1.3 kJ/g）。

2. 磷系阻燃剂

代表物质：聚磷酸铵（APP）、红磷、次磷酸盐。
作用机造：

凝聚相阻燃：APP分化天生磷酸和多聚磷酸，推进硅橡胶脱水成炭，形成膨胀炭层。
气相阻燃：红磷点火天生PO·自由基，捕获火焰中的H·和OH·，中断链式反映。

阻燃成效：

APP增长量15-20%时，硅橡胶LOI可达32%，且炭层膨胀倍数高（3-5倍），隔热成效优于氢氧化物。
红磷需微胶囊化处置（预防与硅橡胶中水分反映），增长量5-10%即可显著提升阻燃性。

3. 氮系阻燃剂

代表物质：三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）、三聚氰胺磷酸盐（MP）。
作用机造：

吸热分化：MCA在250℃分化为三聚氰胺、氰尿酸和NH?，吸收热量并开释不燃气体。
协同效应：常与磷系阻燃剂复配（如APP+MCA），形成P-N膨胀炭层，阻燃效能提升30%。

阻燃成效：

MCA单独增长20%时，硅橡胶UL94可达V-1级；与APP复配后可达V-0级。

4. 硅系阻燃剂

代表物质：硅酮粉、硅树脂、多面体低聚硅氧烷（POSS）。
作用机造：

迁徙成炭：硅元素在点火时迁徙至资料表表，形成含Si-O-Si键的陶瓷化炭层，隔热机能优异。
加强基体：POSS纳米粒子可提高硅橡胶的交联密度，削减点火时熔滴景象。

阻燃成效：

硅酮粉增长10%时，硅橡胶LOI提升至28%，且炭层硬度高（铅笔硬度≥3H），抗机械冲击能力强。

5. 硼系阻燃剂

代表物质：硼酸锌（ZB）、硼酸。
作用机造：

协同成炭：ZB与氢氧化物复配时，可降低ATH的分化温度（从220℃降至190℃），提前阐扬吸热作用。
抑烟作用：ZB增长5%时，硅橡胶点火烟密度降低40%。

二、阻燃剂增长比例对阻燃性的量化影响

阻燃剂比例需平衡阻燃成效与资料机能（如机械强度、电气机能），以下为典型比例及成效：

阻燃剂类型	增长比例（质量分数）	阻燃等级（UL94）	氧指数（LOI）	拉伸强度变动（%）
ATH	50%	V-1	28%	-35%
ATH	60%	V-0	35%	-45%
MH	50%	V-1	30%	-30%
APP	15%	V-1	30%	-20%
APP+MCA（10%+5%）	15%	V-0	33%	-25%
硅酮粉	10%	V-1	28%	-15%
红磷（微胶囊化）	8%	V-0	36%	-10%

关键结论：

氢氧化物需高填充量（≥60%）能力达到V-0级，但会显著降低机械机能（拉伸强度降落40-50%）。
磷-氮协同系统（如APP+MCA）效能更高，15%增长量即可达V-0级，且对机械机能影响较幼。
硅系阻燃剂在低增长量（10%）下即可提升阻燃性，同时改善炭层质量（抗冲击性）。

三、阻燃剂协同效应与配方优化

通过复配分歧阻燃剂可实现“1+1>2”的成效，同时削减单一阻燃剂的用量，典型协同系统如下：

1. ATH+ZB（硼酸锌）

比例：ATH 55% + ZB 5%
成效：

ZB降低ATH分化温度，提前吸热，使硅橡胶通过UL94 V-0级的功夫缩短20%（从10s降至8s）。
烟密度降低35%（从D?=250降至D?=160）。

2. APP+MCA+PER（季戊四醇）

比例：APP 10% + MCA 5% + PER 3%
成效：

PER作为碳源，与APP（酸源）、MCA（气源）形成膨胀炭层，膨胀倍数达5倍（纯APP系统为3倍）。
阻燃效能提升40%（一样阻燃等级下总增长量从20%降至15%）。

3. MH+硅酮粉

比例：MH 45% + 硅酮粉 10%
成效：

硅酮粉在点火时迁徙至表表，与MH分化天生的MgO形成Si-O-Mg陶瓷层，隔热机能提升50%（热开释快率峰值降低50%）。
拉伸强度保留率从55%（纯MH系统）提升至70%。

四、现实利用案例：扁形电缆阻燃配方设计

案例1：新能源汽车高压扁电缆（耐温150℃，阻燃V-0级）

配方：

硅橡胶基体：100份
ATH：50份（粒径D50=2μm，表表经硅烷偶联剂处置）
ZB：5份
硅酮粉：8份
硫化剂：2份

成效：

UL94垂直点火：通过V-0级（单次点火功夫≤10s，无熔滴）。
氧指数：34%。
拉伸强度：6.5 MPa（满足IEC 60227-5要求）。

案例2：航空航天扁电缆（耐辐射+阻燃VTM-0级）

配方：

硅橡胶基体：100份
APP：12份
MCA：6份
POSS：3份（纳米级，粒径<100 nm）
抗辐射剂：2份（碳化硼）

成效：

UL94薄资料点火：通过VTM-0级（厚度0.8mm样品无点火滴落）。
氧指数：31%。
耐γ射线辐射：100 kGy剂量后，阻燃机能无降落（炭层结构齐全）。

五、配方优化建议

高填充量氢氧化物系统：

优先选择超细粉（D50<2μm），提高分散性，削减对机械机能的影响。
增长0.5-1%硅烷偶联剂（如KH-550），提升ATH/MH与硅橡胶的界面结合力（拉伸强度提升10-15%）。

磷-氮协同系统：

节造APP与MCA比例为2:1，确保膨胀炭层均匀性。
增长1-2%硬脂酸锌作为光滑剂，改善加工流动性（挤出扁电缆时表表更光滑）。

硅系阻燃剂系统：

选择多官能团硅酮粉（如含乙烯基的硅树脂），提高交联密度（交联度提升20%）。
与氢氧化物复配时，硅酮粉增长量建议为氢氧化物的15-20%（如ATH 50% + 硅酮粉 8%）。

总结：阻燃剂选择与比例的主题准则

效能优先：磷-氮协同系统（如APP+MCA）在低增长量下即可实现高效阻燃，适合对机械机能要求高的场景。
成本敏感型：氢氧化物（ATH/MH）成本低，但需高填充量，适合中低端产品。
高机能需要：硅系阻燃剂（如POSS）或红磷（微胶囊化）可显著提升炭层质量，适合航空航天、新能源汽车等高端领域。
环保合规：预防使用含卤阻燃剂（如十溴二苯醚），优先选择无卤、低烟、无毒系统（如ATH、APP）。

通过合理选择阻燃剂类型及比例，硅橡胶扁形电缆的阻燃等级可从V-2提升至V-0或VTM-0级，同时满足机械强度、电气机能及耐环境要求。

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