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[技術(shù)資料] 無鹵阻燃TPU/TPE彈性體在電線電纜應(yīng)用中的發(fā)展分析及加工問題探討
P:2014-05-09 16:20:36
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| 1、 電線電纜無鹵化發(fā)展趨勢 電線電纜無鹵化概念始于21世紀(jì)初，真正形成文件或指令則由Sony公司開始，現(xiàn)其SS-00259還作為市場上主流環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)之一，但由于成本考慮以及材料技術(shù)發(fā)展的滯后，很多世界級大公司并沒有按指令嚴(yán)格執(zhí)行。電線外被無鹵化彈性體大規(guī)模應(yīng)用由Nokia公司牽頭，07年以后的高端手機配套連接線已經(jīng)取代PVC材料。 08年電線無鹵化普及開始涌動，期間Microsofe/Nintendo/Sony/GN等各大品牌在某些領(lǐng)域全面使用無鹵材料。但金融風(fēng)暴來臨，一度偃旗熄鼓。 09年6月份開始，世界經(jīng)濟開始回暖，各大一流公司馬上倡導(dǎo)無鹵化，國際著名電子信息公司也順應(yīng)潮流，各品牌產(chǎn)品無鹵化指令不斷推出，如Sony-Erisson/ Samsung/LG/Acer/Lenovo/Huawei/ZTE等都有明確的全面替代日期。日常消費電子產(chǎn)品的無鹵化普及已迫在眉睫。 作為各大電線電纜制造商，須應(yīng)對行業(yè)發(fā)展趨勢，否則將淪為微利的傳統(tǒng)PVC電線制造/加工商，在紅海中掙扎。 2、 電線電纜無鹵材料選擇指標(biāo)分析 無鹵阻燃彈性體作為電線電纜外被材料主要參考以下指標(biāo) 2.1 環(huán)保 PVC材料的替代根源在于環(huán)保性，各國及各著名品牌的環(huán)保指令越來越嚴(yán)苛，目前我們接觸并完全符合的環(huán)保指令有RoHs/ REACH/ Halogen-free/ Phthalate/ Dimethyl Fumarate/ PFOA&PFOS/TBBPA/ PAHs/EN71，之前由于材料技術(shù)發(fā)展因素，市場上有部分的含鹵素阻燃TPU/TPE應(yīng)用相信將在不久被淘汰（典型產(chǎn)品有Lubrizol FRTPU58202/SPC、APA FRTPE） 2.2 硬度 消費電子產(chǎn)品連接線訴求手感柔軟舒適，對于無鹵阻燃彈性體應(yīng)用于線纜行業(yè)，硬度在80～90A比較普遍。硬度太低會導(dǎo)致材料彈性缺失，并且不利于加工；硬度太高使線纜感覺僵硬。彈性體特有的彈性手感，同等硬度與PVC材料相比，手感柔軟度有偏差。我們的經(jīng)驗，Shore 85A的無鹵阻燃彈性體與80～82A（55～50P）的PVC線纜成品手感柔軟度相近。 2.3 阻燃性 線纜成品評估阻燃性主要參考VW-1或FT-1通行標(biāo)準(zhǔn)，需要明確的是整體線纜須防火。由于不同的電子信息線有不同的線規(guī)設(shè)計，其半成品絕緣層材料已限制（在PP/PE或Hytrel類材料選擇），如選用阻燃類聚烯烴材料，會造成電壓擊穿或信號傳輸缺陷。所以阻燃線纜成品對外被材料提出非常高的阻燃要求。我們的經(jīng)驗，外被材料阻燃結(jié)焦能力強，線纜燃燒后粘附在成品上形成致密炭化層，保護線材絕緣材料，半成品即使沒有屏蔽材料（如鋁箔）保護，也能輕易通過VW-1或FT-1防火測試。 2.4 物理機械性能 在UL1581/758/62標(biāo)準(zhǔn)中對彈性體或105℃ PVC材料最小抗張強度1.05kgf/mm2，最小斷 裂伸長率100%。作為我們的無鹵阻燃彈性體材料，其力學(xué)性能指標(biāo)已遠遠超出傳統(tǒng)的PVC線纜要求。外被材料的延伸率可以作為線纜成品彈性的參考指標(biāo)之一。我們認(rèn)為線纜行業(yè)應(yīng)用無鹵阻燃彈性體更應(yīng)關(guān)注外被材料的抗張強度、撕裂強度、耐溫等級（80/90/105℃）、熱變形(121/150℃)、冷熱沖擊、非移行等，這才能體現(xiàn)材料的綜合性能。 2.5 表面 我們的淺薄認(rèn)識，一款無鹵阻燃線纜成品表面細(xì)膩半霧（亮中帶霧）才能體現(xiàn)產(chǎn)品高端，如能有充足的橡膠感，就是完美的表面，這一直是ATP追求的材料境界。 市場關(guān)注的表面析出問題，我們認(rèn)為目前沒有一款完美的無鹵阻燃產(chǎn)品，這從材料角度解釋。無鹵阻燃彈性體配方設(shè)計，彈性體基材與阻燃體系，配合相應(yīng)的表面處理技術(shù)、加工技巧。首先作為彈性體基材，為高分子合成材料，其分子量不可能做到完全均一，成分中的低分子存在析出的可能性，而且合成過程中還需要添加諸如抗氧劑、潤滑劑等低分子組分；其次，阻燃體系與彈性體基材存在相容性問題，目前的表面處理技術(shù)還不能完全達到100%覆蓋，無鹵阻燃彈性體存在相容性不佳析出的可能性；最后，無鹵阻燃彈性體生產(chǎn)及后續(xù)押出過程中由于熱、水份等因素，不可避免小部分高分子斷鏈，這也是表面析出的可能性。如何避免表面析出，我們的經(jīng)驗：材料的選擇、生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格控制、材料配方的合理設(shè)計，盡最大可能減少材料析出；電線押出工藝控制，物料充分干燥，避免水份對材料的降解，線材表面半霧化（半霧的原因是表面均勻凹凸散射光），輕微析出物質(zhì)存在于凹凸面，從表面很難看出。如果市場上有供應(yīng)商號稱能提供絕無析出無鹵阻燃彈性體材料，我們認(rèn)為是不負(fù)責(zé)任的。即使國際大品牌彈性體材料供應(yīng)商（如Lubrizol/Bayer/Basf等）也不承諾絕無遷移析出。 另關(guān)于表面印字問題，目前的無鹵油墨技術(shù)，只要化精力與相應(yīng)供應(yīng)商配合，一定能解決。目前更先進的采用噴碼技術(shù)。 2.6 加工性能 無鹵阻燃彈性體需要較好流動及成型性能，否則易在押出機的頸部及機頭部位形成滯留死膠，從而造成線材表面明顯的模痕和熔接縫。我們的無鹵阻燃彈性體材料加工性能良好，OD為5.5線材押出速度可以在50m/min左右，2.5線材押出速度在120m/min左右，表面保持不變。 3、 目前市場上主要無鹵材料簡述 首先糾正彈性體的概念。我們與很多客戶的工程人員交流，由于他們之前很少接觸真正的彈性體材料，初始提出電線外被材料選用無鹵阻燃TPE，更深入溝通后，甚至與之一起分析產(chǎn)品的設(shè)計卡，才發(fā)現(xiàn)外文資料描述為Thermoplastic Elastomer（縮寫TPE），客戶并沒有指定具體的TPU/SEBS TPE基材。從我們的認(rèn)識，使用單純的SEBS材料設(shè)計成無鹵阻燃彈性體，其存在抗張/撕裂強度差、不耐油、不耐刮、不耐磨等缺陷。實際上彈性體基材最適合線材應(yīng)用的是TPU材料，其力學(xué)性能突出、耐刮耐磨、耐化學(xué)溶劑、耐高低溫、彈性好。但TPU材料的無鹵阻燃化是行業(yè)技術(shù)難題，其容易滴落。我們的無鹵阻燃彈性體材料嚴(yán)格意義上為TPU Alloy。以下為目前市場上主流無鹵阻燃材料簡述： 3.1 傳統(tǒng)的低煙無鹵聚烯烴材料（LSHF） 典型產(chǎn)品為XLPE，其優(yōu)點為成本較低。缺點為硬度做不軟、阻燃/耐溫性能不溫度、表面不耐刮耐磨、后續(xù)加工須輻照交聯(lián)。典型生產(chǎn)廠家為日本昭和。 3.2 GE(SABIC) Nokia充電器連接線的無鹵化成就了GE NORYL PPO材料，為最早的無鹵阻燃彈性體，目前還有較大的應(yīng)用。特點是自熄性材料、耐熱性較好、抗張強度較好。缺點是手感稍僵硬、加工溫度較高、氣味大，低硬度產(chǎn)品（80A）阻燃性不是很理想、不能滿足非移行測試，目 前很多大品牌產(chǎn)品限制使用（如Apple），Nokia也慢慢替換�；谏虡�(biāo)專利，國內(nèi)同類型產(chǎn)品不能稱之PPO，而以PPE/m-PPE命名（如金發(fā)）。 3.3 Lubrizol 其58202產(chǎn)品成就了Noveon在阻燃TPU線纜行業(yè)的地位，但該產(chǎn)品存在較嚴(yán)重的表面析出，并且含溴系阻燃劑，黑度不夠。最近推出幾種無鹵阻燃TPU（產(chǎn)品名稱A開頭），但市場反映表面易析出晶點。Lubrizol收購了Noveon/SK/Dow TPU部門后，也許Dow的E-TPU能帶給市場驚喜，但售價很高。 3.4 Hunstman 其4766產(chǎn)品成就了Hunstman在醫(yī)療線行業(yè)的地位，甚至影響了醫(yī)療線行業(yè)一般工程人員的材料選擇判斷，參照4766 V0阻燃要求新材料。該材料特點是V0黃卡、加工性好、表面手感舒適。但在無鹵阻燃線纜行業(yè)基本沒有應(yīng)用，其阻燃通過滴落帶走熱量方式實現(xiàn)V0，線材半成品只要有一點不阻燃成分（如紙帶或PP/PE材料）就無法通過VW-1/FT-1基本測試。 3.5 Basf/Bayer 其機理如Hunstman材料，也基本上沒看到無鹵阻燃線纜行業(yè)的應(yīng)用。 |
［PPO 在 2014-5-9 16:21:43 編輯過］
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