如图 1 所示,对比不同阻燃剂对材料体积电阻率的影响可以 发现不同种类的阻燃剂粉体对材料的体积电阻率影响较大。使用 氢氧化铝 A 的配方 1 浸水前后的体积电阻率保持较好,使用氢氧 化铝化铝 B 与氢氧化铝 D 粉体的配方 2、配方 4 电学性能接近, 而使用氢氧化铝 C 的配方 3 电学性能最好,浸水前的体积电阻率 达到 2.5*1013 Ω·m,相比配方 4 提高了 4.1 倍;浸水后的体积电阻 率为 6.1*1012 Ω·m,高于低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘料对体积电阻 率的要求(≥1.0*1012 Ω·m),相比配方 2 提高了 2.1 倍。从上述实 验结果来看,不同厂家的氢氧化铝阻燃剂粉体对材料的体积电阻 率有较大的影响。
表 2 对比了几种阻燃剂粉体的粒径,可以发现材料的体积电 阻率与粉体的粒径无直接的对应关系。阻燃剂粉体 A 的粒径最小, 对应配方 1 材料的体积电阻率并不是最好的;对比几种粉体的整 体趋势来看使用粒径较小的阻燃剂粉体,材料的体积电阻率稍高; 粉体粒径越小,比表面积越大,同时表面积能也约大,在不影响 粉体分散的情况下偶联剂在粉体表面的分散会更均匀。
表 3 对比了几种不同阻燃剂粉体的电导率,可以发现材料的 体积电阻率越高对应阻燃剂粉体的电导率越低。粉体的电导率与 所含游离金属离子的含量密切相关,因此严格控制阻燃剂粉体 合成过程中游离金属离子含量对材料体积电阻率的控制息息相关 的,因此我们在阻燃剂粉体选择中需要特别关注粉体中游离金属 离子含量。
不同偶联剂对体积电阻率的影响:
偶联剂在两种不同性质材料之间界面上的作用效果与机理已 有不少研究,并提出了化学键合和物理吸着等解释。其中化学键 合理认为偶联剂含有一种化学官能团,能与玻璃纤维表面的硅醇 基团或其他无机填料表面的分子作用形成共价键;此外,偶联剂 还含有一种别的不同的官能团与聚合分子键合,以获得良好的界 面结合,偶联剂就起着在无机相与有机相之间相互连接的桥梁似 的作用。
那么不同偶联剂对材料的体积电阻率是否有影响,由图 2 不 同偶联剂材料体积电阻率的数据可以看出有偶联剂种类对材料的 体积电阻率有较大的影响。乙烯基硅烷(配方 4)浸水前后体积电阻 率变化较小,浸水后体积电阻率仍然保持较好,乙烯基团促进阻 燃剂与粉体的表面相容剂较好,浸水后阻燃剂表面的电子迁移相 对减少,体积电阻率降低少;环氧基硅烷(配方 5)浸水前后体积 电阻率均比乙烯基硅烷低且体积电阻率的变化率较大,环氧基团 本身的极性较乙烯基团低,与树脂的相容性也没有乙烯基团好, 导致粉体中残余离子在电场作用下更容易迁移,因此在低烟无卤 阻燃聚烯烃绝缘料中乙烯基团较环氧基团更合适;氨基硅烷(配方 6)浸水后材料的体积电阻率降低明显,但是由于氨基在水中容易 发生水解,浸水后材料的体积电阻率降低最明显;钛酸酯硅烷(配 方 7)浸水前后材料的体积电阻率都很低,钛酸酯基团本身的极性 较大,与树脂相容剂较差且本色也容易发生水解,导致浸水前 后的材料体积电阻率均低,不适合在低烟无卤材料中使用。
不同偶联剂添加量对体积电阻率的影响:
图 3 为不同偶联剂添加时材料浸水前后体积电阻率的对比。 随着偶联剂添加量的逐渐减小,材料浸水前的体积电阻率逐渐提 高,主要是偶联剂这种小分子的物质中含有较多的极性基团,在 体积电阻率测试过程中的极性基团会沿着电场方向迁移导电,影 响材料的体积电阻率[12]。浸水后偶联剂添加量较多的配方 4 的体 积电阻率反而稍好一些,我们认为主要是材料中的粉体与树脂在 没有偶联剂的作用时或者偶联剂作用不充分时界面亲和力差导致 浸水后材料容易吸水,影响材料体积电阻率。 由表 4 中各组样品浸水前后材料的重量变化可知,偶联剂添 加较少的配方材料浸水后重量增量加较大,这也侧面说明当偶联 剂添加较少时材料浸水后更容易发生吸水,从而导致材料的体积 电阻率降低更严重。因此当偶联剂的添加量为材料的 1 %时,材 料浸水后重量的增加量小,材料浸水后的体积电阻率高,有利于 产品后续的实际使用。