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电线电缆常用的热塑性弹性体

发表时间:2021-05-28 13:25来源:心源科技

    虽然说电线电缆只是一个配套行业,却占据着中国电工行业的四分之一,其产品种类众多,应用范围十分广泛,涉及到的行业领域众多,例如电力、建筑、通信、制造等行业,与各个行业都息息相关。如今在中国,电线电缆是仅次于汽车行业的第二大行业,产品品种满足率和国内市场占有率均超过百分之九十,被称为国民经济的动脉与神经。在世界范围内,电线电缆总产值已经超过美国,成为世界上第一大电线电缆的生产国。


正是因为电线电缆的需求量大,使得电线电缆材料的需求每年呈现递增式。比如大家熟知的热塑性弹性体(TPE),这是一种介于橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料,具有橡胶和塑料的双重性和宽广特性,广泛应用于电线电缆、汽车、电子电气、建筑、医疗等领域。


现在TPE应用日益扩大,其在以电线电缆为中心的应用市场连续保持年均增长10%以上,作为替代软PVC和橡胶的新型高性能材料,具有成本和性能上的优势。我国是TPE重要的消费市场,随着我国近年来电线电缆工业高速发展,TPO类热塑弹性体的应用将迅猛增加,预计未来几年我国TPE的消费年均增长率将超过12%,我国已成为全球TPE需求增长最快的国家之一。   


1、烯烃类热塑性弹性体     

   

聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)由橡胶和聚烯烃构成,通常橡胶组分为三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)和丁基橡胶;聚烯烃组分主要为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。TPO目前已成为汽车和家电领域的主要橡塑材料,随着我国电线电缆工业的发展,对某些特种的电线电缆提出更高要求,采用TPO材料作为绝缘和护套可满足特殊的性能要求,如柔软、耐低温、耐高温等。   

       

同时,为扩大该种热塑性弹性体的使用范围,必须使之具有阻燃性、燃烧时低烟低毒等新功能,该产品研发思路是在普通TPO材料中添加无机或有机填充剂,通过配合最优的高分子增容剂,制备出环保型热塑性低烟无卤阻燃弹性体,此种新型无卤阻燃弹性体具备很多特点:


1)它具备普通无卤阻燃材料的阻燃性能;


2)制备的电线电缆燃烧时低烟低毒性能;


3)同时,还兼具TPO材料原有的弹性,应用上可以完全替代普通TPO材料;


4)无机或有机填充剂的加入,大大的降低材料的成本,所以有很大的市场潜力。



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2、氯乙烯类热塑性弹性体        


主要分为热塑性聚氯乙烯(TPVC)和热塑性氯化聚乙烯(TCPE)两类。目前国内关于热塑性聚氯乙烯(TPVC)开发报道较多,TPVC以其较优异的综合性能和低廉的价格而备受人们的青睐。TPVC通常是以高聚合度PVC或称高分子量PVC(HMW-PVC)、化学交联PVC、离子交联PVC和PVC橡胶共混物作为基体树脂,适量添加增塑剂后加工成型而成。

         

TPVC具有如下性能特点:


1)其硬度可根据增塑剂用量的不同在40~95(邵氏A)的范围内任意调整,硬度随温度变化比橡胶大,且比软质PVC有了很大改进;


2)耐老化性与橡胶相比很优异,比一般软质PVC也有了很大提高。特别是它配合了高分子增塑剂后这一性能更加优异;


3)耐寒性大大优于软质PVC,当采用耐寒增塑剂后,-45℃低温下电线电缆仍保持良好的弹性。   

     

与橡胶相比,成型加工方便,能耗低,可以再生利用。现在其应用已十分广泛,新的领域的研究与开发工作也十分活跃。除了以代替橡胶为目的的应用继续发展外,其他用途也在广泛开拓之中。代替橡胶的主要着眼点在降低成本的总构成和改进加工方法、着色性、耐候性等性能。代替软质PVC主要是提高其物理性能,改善制品的手感与外观等。可广泛应用于制造耐热电缆、移动电缆、耐低温电缆、以及高级电器电线电缆等。   

             

3、聚氨酯类弹性体      

   

聚氨酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU,是一种(AB)n型嵌段线性聚合物,A为高分子量(1000-6000)的聚酯或聚醚,B为含2-12直链碳原子的二醇,AB 链段间化学结构是用二异氰酸酯,通常是MDI连接。TPU可分为聚酯和聚醚两大类,由于聚酯类的聚氨酯容易水解,故在电线电缆行业主要用的是聚醚类聚氨酯。


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TPU突出的特点是耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温,有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能。   

     

1)无卤阻燃聚氨酯类弹性体   

     

聚氨酯弹性体本身的氧指数仅为18%,属于易燃材料,这就大大限制了它有特殊场合的应用,为此,无卤阻燃TPU弹性体材料,制备的电线电缆可以通过UL1581 VW-1试验标准,可以用于生产符合TICW/01-2009标准的风力专用电缆。


该类TPU弹性体在改进普通TPU弹性体阻燃的基础上,还具有如下特点:


①该产品为环保型产品,且制备的电线电缆具有很高的燃烧透光率;


②通过加入合适的加工类助剂,降低了TPU弹性体的表观粘度对加工温度的敏感性,从而改善了TPU弹性体加工艺过窄的缺陷;


③配合加入非极性聚烯烃类材料,降低了体系的吸水性能,大大减少了水分对该材料的不利影响;


④通过对配方的调整,可以根据客户的要求,制备成镜面或雾面的电线电缆,进一步扩大其使用范围。   

   

2)有卤阻燃聚氨酯类弹性体   

     

有卤阻燃剂的发展已经相当成熟,其在各种材料中的改性应用也已经相当普遍,通过调整不同有卤阻燃剂的复配比例,材料的阻燃性能就可以达到相当高的水平,而且相对于无卤阻燃剂其价格也要低很多,所以有卤阻燃TPU弹性体具有很好的经济性。电线电缆的使用场合如果对环保要求不高,该类TPU弹性体产品有很大的优势,它具备无卤TPU弹性体良好的挤出工艺性、低的吸水性等的特点上,还具备较低的市场价格。   

   

4、TPV弹性体    

   

传统意义上的TPV弹性体是从生产工艺上定义的,即经过硫化的热塑性硫化橡胶为TPV材料,它并没有界定具体材料。现在有一种TPV弹性体是一种全新的材料,不是传统意义的TPV材料,也不需要进行动态硫化即可满足要求,该类产品顺应国家对于环保可再生能源的发展趋势,而主要用于风力电缆。   

       

风能资源越来越受到世界各个国家的重视,因其作为一种可再生且清洁无污染的能源,据统计,全球的风能2.74×109MW中可利用的约为2.0×107MW,所以世界风能市场以每年40%的速率在增长,同时,随着技术的不断进步,风能发电成本也在下降,使得风能市场得到持续良好的发展。中国风能的分布十分广泛,我国风电产业现在也保持着高速发展的态势,同时,我国风能的发展也有很多客观因素,比如我国地域广阔,南北气候温差较大,北方要求风力电缆能承受住低温,南方沿海地方要求电缆耐湿热、耐海水腐蚀等。   

     

基于以上我国地域的复杂性,使得风力电缆专用电缆大多还要靠进口,该类产品生产的风力电缆的耐低温性能优异,在-40℃低温下不会开裂,耐常温、低温扭转性能合格,且能满足环保、耐油、耐海水腐蚀等性能要求,且比使用TPU类材料成本低、挤出加工性能优异,同时制备的电缆阻燃试验通过GB/T18380-2008标准中单根垂直燃烧试验,可用于生产符合TICW/01-2009标准的风力电缆。


目前,浙江心源科技有限公司生产的第三代工程热塑性弹性体—尼龙弹性体TPAE, 通过尼龙硬段与聚醚/聚酯软段嵌段聚合而成,拥有UPAE®系列产品,各项性能与尼龙12相媲美,部分性能指标优于它。经客户反馈:完全可以替代,称得上新型尼龙12。


在电线电缆中的应用中,有着优异的性能优势,耐低温-70 ℃环境下不易脆化;高柔韧性;双85测试变现优异,剥离力优于尼龙12;替代防鼠蚁化学药剂,提高环保性;取代黄铜带,轻量化,降低成本。因此,在市场上的占有率不断提升,成为越来越多客户的选择。



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