不能错过的无卤阻燃，详解低烟无卤阻燃体系

电缆燃烧或者火灾时火焰延着电缆蔓延是火灾的形成和扩散的重要因素。由此而造成的损失在国内外都数不胜举。根据数据统计，特大火灾中，最多的是电气火灾。电气短路，电线电缆老化导致线缆燃烧导致火灾产生占火灾总量30%。根据公安部消防局官方权威消息，2019年，全国共接报火灾13.2w起，亡1108人，伤573人，直接财产损失17.7亿元，因电气安全占29.7%。

电缆的阻燃是电缆行业关注的重大问题，从而发展了阻燃电缆，并制订了电线电缆燃烧试验方法，按不同的使用场合，指定电缆有不同的阻燃要求。本文对低烟无卤电缆进行详细的介绍，共计2500字，预计时间6分钟！

低烟无卤阻燃电缆：绝缘层、护套、外护层以及辅助材料（包带及填充）全部或部分采用的是不含卤的交联聚乙烯（XLPE）阻燃材料，不仅具有更好的阻燃特性，而且在电缆燃烧时没有卤酸气体放出。电缆的发烟量也小，燃烧产生的腐蚀性气体也小。它的含卤量约为含卤阻燃电缆的1/3左右。发烟量也接近于公认的“低烟”水平。

阻燃电线电缆市场分布

对我国阻燃电线电缆在各地区的市场份额进行统计分析，可以看出，阻燃电线电缆在华东地区的市场份额最大，约23.65%，其次是西南、华北和华南。其中值得注意的是，西南地区虽然阻燃电线电缆生产企业不多，但市场需求非常大。低烟无卤电缆料的生产企业主要集中在华东、中南和华北。

无机阻燃剂的阻燃机理一般为冷阱效应、稀释效应、阻隔效应，其阻燃机理决定了需要较大填充量才能达到较为满意的阻燃性能。

阻燃电缆市场展望

市场大观

2019-2027年全球低烟无卤电缆市场年复合增长率达10.7%

2019-2024全球光缆电缆年复合增长率达12.26%

2019-2025全球军用与航天航空机械控制电缆市场年复合增长率达5.1%

2020-2026全球电动汽车充电电缆市场年复合增长率达31.5%

2019-2024南方电网计划251亿元投建充电设施

2024年全球阻燃塑料市场规模有望突破550亿美元

低烟无卤的阻燃体系

烯烃类聚合物燃烧过程分析

从能量角度分析，烯烃类聚合物的燃烧过程中有机物急剧降解同时伴有浓烟和火焰的热氧化过程。通常的燃烧可分为五个阶段：加热、分解、着火、燃烧和火焰传播。

聚合物受热后，温度升高，材料逐渐变软；然后温度再持续升高，在氧气作用下一些热稳定性较差的键开始断裂，聚合物开始分解，并释放出可燃气体、熔融物和碳颗粒。当可燃气体和熔融物达到一定浓度和温度时，会与氧气反应，开始着火燃烧。燃烧释放出大量热量，进一步加剧聚合物的熔融与分解，产生更多可燃性气体，使燃烧加剧，从而形成恶性链式反应。

从元素角度分析：材料在氧气氛围下受热升温首先会释放大量活性羟基自由基HO·，当HO·与聚合物相遇时，会生成碳氢化合物自由基RCH2·和水。在氧气作用下RCH2·分解，又产生新的活性自由基HO·，如此循环，逐步加剧燃烧。温度、氧气和可燃物是维持燃烧的是三个基本要素。切断三要素中的任何一个就可以达到阻燃目的。

无机金属氢氧化物阻燃剂

金属氢氧化物主要指的是氢氧化铝（ATH）和氢氧化镁（MH），是低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料常用的阻燃剂材料。

阻燃优势

制备简单、无卤素、无磷、自身无毒；

分子中的结晶水，受热时分解吸热，降低火焰温度，释放出水蒸气并稀释可燃气体；

脱水生成的金属氧化物具有极高的比表面积，可吸收烟和可燃挥发物，同时覆盖在材料表面。阻止氧气和降解的可燃气体。

阻燃作用原理：ATH、MH的分解过程为吸热反应，其分解所吸收的热量可以使得聚合物得到保护；另外，分解过程中所释放的水蒸气可以稀释材料表面的氧气浓度，同时还可以降低烟的释放量；此外，分解后材料表面会形成一个由碳化物和氧化镁、氧化铝组成的耐热保护层，从而阻止燃烧的进一步进行。

无机磷系阻燃剂（红磷及聚磷酸铵APP）

无机磷系阻燃剂受热分解成磷酸、聚偏磷酸、偏磷酸等强脱水性的酸，这些酸可使高聚物脱水炭化形成炭膜，这种呈粘稠状液态和固态膜不仅可以隔热，还可以阻止可燃气体和氧气的扩散，以达到阻燃的目的，红磷或APP与ATH和MH复配使用，有非常好的阻燃协同效果。

红磷对LSHF性能的影响：

1.烟密度2.吸水性3.粒径粗，难分散4.使用时做好安全措施5.颜色问题且常出现金属光泽粉末；

APP（Ⅱ型）对LSHF性能影响：

1.吸水性能2.软性填料，难粉碎3.流动性能4.相容性差，拉线不光滑。

硅系阻燃剂（无机硅酸盐）

大多数硅酸盐类矿物中含有水（吸附水、沸石水、结构水）。在遇热时，这些水分先后蒸发流失，不仅可以带走热量，还可以稀释可燃气体，起到了阻燃、抑烟效果；此外，这类物质一般为多孔结构，其有很大的比表面积，能够吸附高分子材料燃烧时所产生的烟和一些有毒气体，起到抑烟的作用。

PLS（Polymer/Layered Silicates）纳米复合阻燃材料的阻燃机理主要来自两个方面，首先，在聚合物中以纳米尺寸分散的层状硅酸盐片层对聚合物分子链的活动具有显著的限制作用，使聚合物分子链在受热分解时比完全自由的分子链具有更高的分解温度；另外，分布于聚合物中的硅酸盐片层还可以阻隔聚合物分解产生的小分子向燃烧界面迁移，阻隔外界氧气向界面内部迁移以达到阻燃的目的。

膨胀型阻燃剂（IFR）

膨胀型阻燃剂（Intumescent Flame Retardant,简称为IFR）是以磷，氮为主要成分的无卤阻燃剂，含IFR的高聚物受热燃烧时，表面能生成一层均匀的碳质泡沫层。此碳层在凝聚相能起到隔热、隔氧、抑烟和防治熔滴的作用，其对重复暴露（VW-1）在火焰中的燃烧具有很好的抵抗性。

IFR对LSHF性能的影响：

1.与ATH、MH的协同效果差2.吸水性3.粒径粗，难分散4.对机械性能影响大5.与树脂相容性较差，易析出。

参考资料：无卤阻燃技术在线缆材料中评价方法和发展需求

来源：塑道学苑    编辑：奎博士