第一篇：無機礦物無毒阻燃填料及其在復合材料中的應用

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無機礦物無毒阻燃填料及其在復合材料中的應用

摘要：文章主要介紹主要無機阻燃劑的類型、性質以及不同阻燃劑的阻燃機制，同時介紹主要的無機礦物阻燃劑及在復合材料中的應用。

關鍵字：無機礦物

阻燃

復合材料

1概述

1.1阻燃劑

按阻燃劑與被阻燃材料的關系，阻燃劑可分為添加型和反應型兩大類。前者與基材中的其他組分不發生化學反應，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性高聚物。后者作為高聚物的單體，或者作為付諸實際而參與合成高聚物的化學反應，最后成為高聚物的結構單元，多用于熱固性高聚物。

阻燃劑是在20世紀50年代后期隨高分子材料的興起而逐漸發展起來的。高分子材料作為三大支柱性材料之一已經廣泛應用到國民經濟和日常生活的各個方面，但是由于大多數高分子材料都是易燃的，接連不斷的火災給人們帶來災難性的傷害，因此各國對高分子材料的阻燃問題給予高度重視，制定出越來越嚴格和阻燃相關的法律法規。隨著多種類型的阻燃劑相繼出現，阻燃材料的研究也越來越深入。我國的阻燃科學起步較晚，從60年代開始發展，直到80年代得以加速。且主要以鹵系阻燃為主，約占整個阻燃劑的80%。而目前國外的阻燃劑以無機體系為主，占總體的50%一60%，并且主要以氫氧化鎂、氫氧化鋁為主，如表1所示。

表1國內外不同種類的阻燃劑所占比例對比

單位

% 研究發現，火災發生時造成人員傷亡的致命因素是材料燃燒產生的濃厚煙霧和有毒的腐蝕性氣體。據報道，美國近幾年發生的大火災中，死亡者80%是因有毒煙霧窒息而死的。2000年12月25日，河南洛陽東都商廈特大火災中遇難的309人，幾乎都是遭到室內裝飾材料燃燒生成的有毒氣體和煙霧傷害而中毒或者窒息身亡的，可見材料燃燒產生毒煙問題的嚴重性。因此，材料的抑煙有時比阻燃更重要。近年來，在研究、選擇和評價阻燃劑與阻燃材料時，低毒性、低成煙性也成為兩個 中國地質大學（北京）

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重要的指標。特別是多澳二苯醚類阻燃劑產生的“二嗯英問題”，歐洲阻燃協會已經提出了禁用多澳二苯醚的法案，荷蘭首先實施，其它國家如德國開始仿效，《歐盟電子電機中危害物禁用指令》從2006年7月1日全面禁止PBB等澳系阻燃劑在電子產品中的使用。鹵系阻燃因其用量少、阻燃效率高且實用范圍廣，成為市場的主流，但阻燃的同時也產生大量的腐蝕性和有毒氣體，由此引發的二嗯英(Dioxin)問題得到人們的廣泛關注。自歐盟2003年2月頒布了關于《限制有害物質》(RoHs)之后，含鹵阻燃劑的使用受到了很大的沖擊。因此，有必要開發燃燒時發煙量低，且不產生有毒、腐蝕性氣體，環境友好的新型高效阻燃劑。

一般阻燃劑按其化學成分可以分為無機阻燃劑和有機阻燃劑兩大類。無機阻燃劑

2.1氫氧化鎂(MH)氫氧化鎂Mg(OH)2，白色固體粉末，不溶于堿性物質，受熱分解為氧化鎂和水，340°C時為初始分解溫度，430°C左右分解速度最快，到490°C時己經完全分解。氫氧化鎂晶體屬于+2價金屬水合物族，晶體結構是層狀的CdI2型，形成連續的六邊形，Mg和OH層互相重疊，1個鎂離子被6個氫氧根離子配合，形成Mg(OH)6八面體。標準狀態下：

Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)；△

H=81.0KJ/mol

氫氧化鎂是當前公認具有填充、阻燃和抑煙三重功能的化學助劑，具有無毒、無腐蝕和低價等優點。氫氧化鎂的高溫分解反應為吸熱反應，當高分子材料燃燒時，可吸收部分燃燒熱，燃燒時Mg(OH)2釋放出大量的水蒸氣可稀釋高分子材料中可燃性氣體的濃度，燃燒產生的金屬氧化物是炭層的主要成分，可延緩熱量及氧氣進入被阻燃聚合物材料的基體中。因而氫氧化鎂的加入可延緩阻燃高聚的熱降解速度，減慢和抑制高聚物的燃燒，并促進炭化和抑煙。但氫氧化鎂在阻燃高分子材料時，要想達到理想的阻燃效果，添加量是很大的，這將嚴重的影響高分子材料的物理機械性能。

2.2氫氧化鋁(ATH)氫氧化鋁又稱為氧化鋁的水合物，有三水合氧化鋁A12O3·3H2O(即Al(OH)3)和一水合氧化鋁A12O3·H2O(即AlO(OH))。但在這些化合物的本身晶格沙中并不含有水分子，只是在加熱時，才會分解成水和氧化鋁，這一點與所有的水合物的性質是相同的。氫氧化鋁是典型的兩性氫氧化物，它既能溶于強酸，又能溶于強堿，分別生成鋁鹽溶液和偏鋁酸鹽溶液。氫氧化鋁可用來制備鋁鹽，作為吸附劑、媒染劑和離子交換劑，也用于作耐火材料、防火布等的原料。

氫氧化鋁是用量最大和應用最廣的無機阻燃添加劑。氫氧化鋁作為阻燃劑不僅能阻燃，而且可以防止發煙、不產生滴下物、不產生有毒氣體，因此，獲得較廣泛的應用，使用量也在逐年增加。

2+

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使用范圍:熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、涂料及建材等行業。氫氧化鋁集阻燃、抑煙、填充三大功能于一身。

2.3硼酸鋅(BZ)硼酸鋅作為阻燃劑，是一種新型的、性能優異的阻燃劑，外觀呈白色粉末，熔點為980°C，密度為2.8g/cm，具有熱穩定性高、粒度細、體積質量小、易分散、無毒等顯著特點，可廣泛應用于高層建筑的橡膠配件、地毯、電梯電纜、電器塑料、電纜塑料護套、電視機外殼和零件中。在阻燃酚醛塑料、阻燃涂料、阻燃聚氯乙烯電纜護套中，硼酸鋅阻燃劑己達到了較滿意的阻燃效果。

硼酸鋅在高于300°C時失去結晶水，對阻燃復合材料起到吸熱冷卻作用。在燃燒過程中，硼酸鋅中約有38%以氧化鋅或氫氧化鋅的形式進入氣相，對可燃性氣體進行稀釋，使材料燃燒速率降低，增加其阻燃性。

2.4聚磷酸銨(APP)聚磷酸銨其聚合度大小可分為低聚、中聚以及高聚三種，其聚合度大小與水溶性密切相關，聚合度越高水溶性越小，反之則水溶性越大。按其結構特點可以分為結晶形和無定形。聚磷酸錢的分子通式為（NH4）（n+2)PnO(3n+1)，當n為10-20時，為水溶性；當n大于20時，為難溶性。按其結構可分為結晶型和無定形型。結晶態聚磷酸按為水不溶性和長鏈狀聚磷酸鹽。有I到V型五種變體。聚磷酸錢也屬于膨脹型阻燃劑。它是含氮、磷量高、無毒無味、不產生腐蝕氣體、吸濕性小、熱穩定性高、是一種性能優良的非鹵阻燃劑。

2.5紅磷(P)紅磷，略帶棕色或紫紅的無定形粉末，具有光澤。密度為2.34g/cm，加熱易升華，在43KPa壓強下加熱至590°C處于熔融。汽化后再凝華可得白磷。難溶于水、二硫化碳、乙醚、液氨等，微溶于無水乙醇，有毒但無氣味，燃燒時產生白煙有毒。化學穩定性比白磷差，在常溫下穩定，難與氧反應。以還原性為主，約260°C著火。與鹵素、硫反應時皆作為還原劑。用于生產安全火柴、有機磷農藥、制磷青銅等。

紅磷作為阻燃劑，具有抑煙、低毒、高效特征，但紅磷在空氣中易氧化變質，易自然。長期存放會緩慢釋放出磷化氫氣體，該氣體有劇毒。與高分子材料相容性差，通常不能直接與高分子材料作用，需對其進行表面處理，處理方法主要是微膠囊化。

2.6無機硅(Si)系阻燃劑

無機硅系阻燃劑包括硅酸鹽阻燃劑(一種是噴霧干燥硅酸鹽(IPS)，另一種是膨脹型硅酸鹽(IPG))、硅膠一碳酸鉀阻燃體系、阻燃聚合物/無機物納米復合材料、陶瓷前體聚合物阻燃劑(這類聚合物都是含硅化合物，其中有聚碳硅(PCS)、聚硅苯乙烯(PSS)、倍半硅氧烷(550)等)。

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2.7可膨脹石墨

可膨脹石墨是近年出現的一種新型無鹵阻燃劑，它是由天然石墨經濃硫酸酸化處理，然后水洗、過濾、干燥后在900-1000°C下膨化制得。可膨脹石墨膨脹的初始溫度為220°C左右，一般在220℃開始輕微膨脹，230-280°C迅速膨脹，之后體積可達原來的100多倍，甚至280倍。可膨脹石墨在阻燃過程中起到以下作用:在高聚物表面形成堅韌的炭層，將可燃物與熱源隔開;膨脹過程中大量吸熱，降低了體系的溫度;膨脹過程中，釋放夾層中的酸根離子，促進脫水碳化，并能結合燃燒產生的自由基從而中斷鏈反應。可膨脹石墨與磷化合物、金屬氧化物復合使用，能產生協同作用，加入很少量就能達到阻燃目的。

3.阻燃機理

含有阻燃劑的材料在燃燒過程中，阻燃劑是在不同反應區內(氣相、凝聚相)多方面起作用的。對于不同材料來說，阻燃劑的作用表現也可能不一樣。總的來看，阻燃的作用過程就是切斷燃燒循環中的某個環節，使燃燒反應不能繼續的過程。在一般情況下，物質產生燃燒的必要條件是：可燃物、氧元素和熱源，三者缺一不可。因此，只要抑制了三要素之中的任何一個，均可達到阻燃的目的。而阻燃劑之所以具有阻燃效果，其對于燃燒反應的影響表現在下列幾個方面：(1)在燃燒反應的熱作用下，位于凝聚相內的阻燃劑熱分解，而這個分解過程是吸熱的，這樣可使凝聚相內溫度上升減慢，延緩了材料的熱分解速度；(2)燃劑受熱分解后，釋放出所謂的連鎖反應自由基阻斷劑，使火焰反應在鏈鎖反應的分枝過程中斷，減緩了氣相反應速度；(3)催化凝聚相熱分解固相產物—焦化層或泡沫的形成，加強了這些層狀硬殼阻礙熱傳遞的作用，從而使凝聚相溫度保持在較低的水平，使氣相反應原料(可燃性氣體熱分解產物)的形成速度降低，起到了“釜底抽薪”的作用；(4)在熱作用下，阻燃劑出現吸熱性相變，物理性地阻止凝聚相內溫度升高。總之，阻燃劑作用表現為多方面，在不同空間內起作用，綜合性地使燃燒反應速度變慢或者使反應的引發(熱自燃)變得困難，達到抑制、減少火災危害的目的。

為了預防災的發生，或發生火災以后阻止或延緩火災的發展，往往用阻燃劑對易燃材料進行燃處理，使易燃材料轉變成難燃材料或不燃材料，或者僅炭化而不著火、不發煙，或雖炭化、著火和發煙，但燃燒難以擴展。阻燃機理是個復雜的問題，迄今尚有許多現象無法解釋，但是在過去三十年中對聚合物的阻燃研究有了很大的發展，一些理論己經被人們普遍接受。一般來說，阻燃機理可以分為以下四種類型：

(1)聚相阻燃機理

高溫下阻燃劑在聚合物表面形成凝聚相，通過隔絕空氣、阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量 中國地質大學（北京）

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來達到阻燃目的。形成凝聚相隔離膜的方式有兩種:一是阻燃劑在燃燒溫度下分解成不揮發的玻璃狀物質，包覆在聚合物表面，這種致密的保護層起到了隔離膜作用，如硼系和鹵化磷類阻燃劑具有這類特征；二是利用阻燃劑的熱降解產物促進聚合物表面迅速脫水碳化，形成碳化層，單質炭不產生火焰的蒸發燃燒和分解燃燒，能起到隔熱屏蔽作用，避免基體聚合物進一步分解，從而減少了可燃氣體的生成量，達到阻燃保護的效果。磷系阻燃劑被認為是凝聚相阻燃機理的典型例子，但是并非所有的磷系阻燃劑均為凝聚相阻燃機理。

(2)自由基捕獲機理

在聚合物燃燒過程中，生成的大量游離基促進氣相燃燒反應，如能設法捕獲并消滅這些游離基，切斷自由基鏈鎖反應，就可以控制燃燒，進而達到阻燃的目的。鹵系阻燃劑的阻燃機理就屬此類[。自由基一般具有很高的能量，反應速度非常快，所以燃燒的程度由自由基的增殖程度而定。當有含鹵阻燃劑存在時，則含鹵阻燃劑在高溫下會分解產生鹵化氫，而鹵化氫能把自由基捕獲，從而將自由基的鏈鎖反應切斷，這樣聚合物熱分解產生的自由基通過上述途徑變成了水，既吸收了熱量，降低了聚合物的溫度，又在聚合物表面留下一層炭化層，從而使火焰熄滅。

(3)冷卻機理

阻燃劑發生吸熱脫水、相變、分解或其它吸熱反應時，會降低聚合物表面和燃燒區域的溫度，防止熱降解，進而減少了可燃性氣體的揮發量，最終破壞維持聚合物持續燃燒的條件，達到阻燃目的。氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼類無機阻燃劑頗具代表性。

(4)協同作用機理

將現有的阻燃劑進行復配，使各種阻燃機理共同發生作用，在降低阻燃劑用量的同時可以起到更好的阻燃效果。此外，協同體系還具有成本低、抑煙性好等優點，例如用紅磷包覆的氫氧化鋁對ABS樹脂進行阻燃改性，隨著用量的增加ABS氧指數也不斷增加，且在一定范圍內成線性關系。從燃燒現象看，ABS阻燃性能改善的同時，發煙程度逐步降低，產生的灰粉逐步減少，結炭也越來越好，當包覆紅磷用量達到9%時，不僅能使氧指數提高到30.6，而且己經有效抑制了燃燒發展，其效果遠大于單用氫氧化鋁。

協同作用機理可以表現多種模式，主要表現如下: ①阻燃劑可能產生大量的非燃燒氣體，沖淡供給火焰的氧或燃燒所需的可燃氣體濃度，從而達到阻燃的目的；②阻燃劑可能增加燃燒體系的熱容或使可燃物含量降低到可燃的最低限度水平之下，進而產生阻燃效果；③阻燃劑的熱降解可以降低聚合物的表面溫度和阻滯聚合物的降解；④燃燒過程中，阻燃劑與基體材料中的某些組分發生反應而轉化成陶瓷狀的無機炭化層，這種焦化層能夠阻滯氣相和凝固相的傳熱與傳質，降低了材料的熱分解溫度，因而有利于材料的阻燃。

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另外，聚合物材料的可燃性無疑是和燃燒熱密切相關的，材料點燃火焰被移走后，如果有足夠的熱量釋放并返回到材料，使材料繼續分解，則燃燒成為自擴展行為。因此人們也期待較低的燃燒熱使材料的可燃性降低而難燃性增加。OheMatsanra曾提出燃燒熱和聚合物氧指數之間有一定的相互關系，經過阻燃處理的聚合物比未經處理的聚合物燃燒熱低。但是也有不同的看法，認為燃燒熱和阻燃性之間并不存在令人信服的相互關系，例如具有高燃燒性的硝化纖維具有較低的燃燒熱，而自熄級的聚乙烯卻有非常高的燃燒熱。

4無機礦物無毒阻燃填料分類及應用

4.1水鎂石 4.1.1.水鎂石簡介

水鎂石是一種天然礦物，主要成分是Mg(OH)2，是自然界含鎂量最高的礦物。水鎂石具有層狀結構，一般以塊狀和纖維狀形態存在[14]。由于Mg(OH)2是一種近年來快速發展的新型低煙無鹵阻燃材料，主要應用于高分子領域中作為一種環保型阻燃劑，替代如磷類、鹵類等易產生環境污染的傳統阻燃劑。因此，Mg(OH)2無機粉體用作聚合物材料的阻燃劑，兼具填充、阻燃、抑煙、環保、無一次危害等優點，越來越被廣泛運用[15-l6]。另外，水鎂石在我國蘊藏量很豐富[14]，將其開發成具有高附加值的新型產品具有十分重大的意義。

4.1.2 水鎂石阻燃機理

天水鎂石的阻燃機理[17]為：水鎂石作為一種填料添加到高分子材料中，降低了高分子材料中聚合物可燃材料的含量，提高了材料的熱穩定性。

Mg(OH)2發生熱分解反應：

反應時大量吸熱，降低溫度，使材料不易著火；生成MgO沉積在材料表面，起隔絕空氣的作用；產生大量水蒸氣，消耗大量熱量；水蒸氣吸收煙霧，起消煙作用。水鎂石的結構與Mg(OH)2極為相似，具有無毒、無腐蝕性、穩定性好、不揮發、高溫下不產生有毒氣體等優點。

4.1.3水鎂石在復合材料中應用

表2是纖維水鎂石對PP的燃燒效果分析[18]。

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表2氧指數及樣品（纖維水鎂石+聚丙烯）燃燒情況

從表2中可以看出:隨著纖維水鎂石的加人，氧指數逐漸提高，且無煙出現，在纖維水鎂石：聚丙烯為70：100時，已達到了阻燃抑煙效果。

表3為溶解氧(OI)隨體系中水鎂石添加量的變化情況[19]。從結果可知，水鎂石的加入對HDPE的燃燒性能有顯著影響。添加50%的水鎂石后，材料的OI值從17.7%上升到24.1%，從易燃材料轉變為具有自熄性的材料。研究確認，當水鎂石的質量分數在60%以下時，盡管隨其添加量增加，材料的OI值可進一步上升，但變化的幅度較小；只有當水鎂石的質量分數達60%以上時，體系的OI值才有可能發生突變，并最終穩定在27%左右。

表3水鎂石對復合體系燃燒性能的影響

盧永定[20]采用化學作用與機械力結合的方法，將天然纖維水鎂石剝分到納米級，并采用有機分散劑將其均勻分散，然后使用常規工業擠出設備制備水鎂石納米纖維/PP復合材料。在這種納米復合 中國地質大學（北京）

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材料中，納米纖維均勻分散，與PP高分子材料結合牢固，對即復合材料的性能明顯改善。

大連理工大學的豐世鳳使用行星式高能球磨機，在球磨過程中加入助劑，制得超細改性水鎂石粉。考察了球磨參數及助劑用量對粉體粒度及表面改性效果的影響。使用激光粒度分析、掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)、活化率測試、接觸角測試、沉降時間測試對粉體的粒度、形貌和改性效果進行了表征。結果表明所得水鎂石粉體D90由 32.75μm降到1.26μm，且形貌均勻晶型保持完好，在助磨劑添加量為0.2%、表面活性劑添加量為2%時所得超細改性水鎂石粉體與原粉相比，活化率提高到98.5%、接觸角增大到131度、沉降時間延長到22.5h。

表4水鎂石礦處理前后粒度對比

表5水鎂石原粉與超細改性水鎂石粉的比表面積

圖1處理前后水鎂石粉的掃描電鏡照片

并將超細改性水鎂石粉添加到不飽和聚醋樹脂中，加入固化助劑，在常溫常壓下制得水鎂石/聚酷人造石。考察了樹脂的種類及水鎂石添加量對聚酷人造石性能的影響。使用氧指數儀(LOI)和錐形量熱儀(CONE)對聚醋樹脂和水鎂石/聚醋人造石進行了阻燃性能測試。LOI數據表明:隨著水鎂石添 中國地質大學（北京）

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加量的增加，氧指數在提高，添加50份時達到31.3，比聚醋樹脂提高了11%；CONE數據顯示，添加50份水鎂石粉制得的聚醋人造石與聚酷樹脂相比:引燃時間由80s延長到153s，熱釋放速率降低4/5，生煙速率和總生煙量降低2/3。

表6 水鎂石與MTP-156樹脂不同質量比下固化后的測試數據及結果

圖2水鎂石添加量對氧指數的影響

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力學性能測試的彎曲強度由27.69MPa提高到40.75MPa，沖擊強度從2.1kJ·cm-2提高到了3.3kJ.cm-2。然后采用非等溫DSC方法對水鎂石/聚酷人造石及聚醋樹脂進行固化動力學分析，考察水鎂石對不飽和聚酷樹脂固化性能的影響，得到聚酷人造石和聚酷樹脂的固化反應活化能分別為34.5KJ/mol和18.1KJ/mol。表明水鎂石的添加對樹脂的固化性能有抑制作用。

圖3 水鎂石添加量對聚酯人造石沖擊強度的影響

4.2坡縷石 4.2.1坡縷石簡介

坡縷石（凹凸棒土）素有“千土之王”、“萬用之土”的稱號，在工業和其它多種行業上具有特種用途。坡縷石是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。其理想分子式為：(Mg，Al，Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4·nH2O，理論化學成分為：SiO2 56.96%；(Mg，Al，Fe)O 23.83%；H2O 19.21%。成份中常有Al、Fe混入，Al2O3替代部分MgO。坡縷石晶體呈毛發狀或纖維狀，在電子顯微鏡下呈長柱狀或針狀，白、灰、淺綠或淺褐色，硬度一般為2-3，當加熱到700-800°C時，硬度可能提高到5，密度2.05-2.32g/cm3。具有很大的比表面積和吸附能力，很好的流變性和催化性能，同時，具有理想的膠體性能和耐熱性能，是一種少見的礦物。

4.2.2坡縷石阻燃機理

坡縷石（PLS）是繼蒙脫土、高嶺土之后又一種重要的天然納米纖維狀硅酸鹽粘土，為典型的納米級針狀粉體，具有作為聚合物材料增強填充劑的條件；其次，坡縷石含有各種形式的水，隨著溫度的不同水的釋放方式不同，是理想的天然阻燃劑；最后，坡縷石的中空棒狀結構，決定了它有 中國地質大學（北京）

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很強的吸附性、膠體性和催化性，是理想的抑煙劑和吸附劑。

4.2.3坡縷石在復合材料中應用

西北師范大學的張哲次將坡縷石引入 LLDPE 阻燃性能研究，分別研究了無鹵阻燃劑氫氧化鎂、紅磷、多聚磷酸胺、坡縷石和其他阻燃劑單獨阻燃LLDPE的阻燃能力，以及坡縷石與各種阻燃劑復配的阻燃效果，并制得了LLDPE復合材料。根據氧指數和水平垂直燃燒實驗測試，坡縷石復配體系是有效的、可行的。復配阻燃劑對LLDPE具有較好的阻燃效果及綜合性能，LLDPE 復合材料屬于較好的阻燃材料。復合材料通過了電鏡表征；通過 TG 分析了其熱降解性；通過萬能力學試驗機等儀器測試了其物理性能。阻燃劑經過表面改性后能使復合材料的抗拉強度等力學性能得到提高，經測試，復合材料的力學性能和阻燃性能均達到最大值，斷裂伸長率為75.142%，抗拉強度為7.282MPa，氧指數為30.5，材料的燃燒性能達到UL 94V-0級，因此其具有潛在的工業應用價值。

圖4不同坡縷石復配阻燃添加量對氧指數影響

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圖5 含量25%坡縷石添加量復合材料熱重曲線圖

3.3無機復合阻燃填料

3.3.1無機復合阻燃填料簡介

單一的無機阻燃填料要在高聚物基復合材料中填充量較大時才能產生阻燃效果，這樣在滿足阻燃要求的同時卻影響膠料的加工性能并導致填充材料力學性能下降。因此，超細化、活性化、復合化成為無機阻燃填料發展的趨勢，即通過不同結構、粒形、化學成分和阻燃性能的無機阻燃劑的復合，使各種無機阻燃劑相互配合，取長補短，提高阻燃劑的阻燃效率，同時，通過超細粉碎和表面改性處理賦予無機阻燃填料一定的補強性能，從而不致惡化基材的力學性能及電氣性能，甚至還有所改善。

目前已有一些關于無機復合阻燃填料在PVC中應用的研究報道,如氧化銻和氫氧化鋁在柔性(軟）PVC電線和電纜中的復合應用；用ZHS包覆的Al(OH)

3、Mg(OH)2以降低PVC的發煙量和填充量；Sb2O3與其它金屬氧化物并用;氫氧化鋁與鎂、鋅及碳酸鈣復配應用;氫氧化鎂、氫氧化鋁、紅磷等復合型阻燃劑；Sb-A型復合阻燃劑;三氧化二銻、氫氧化鋁、硼酸鋅等復合無機阻燃劑；以氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻為主體的FZY復合阻燃抑煙劑;采用Sb2O3、CaCO3和金屬氧化物復配的阻燃劑等。

3.3.2無機復合阻燃填料在PVC中的應用

中國礦業大學四季春等人以超細Al(OH)

3、Mg(OH)

2、煅燒高嶺土、白炭黑等為基本組分經超 中國地質大學（北京）

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細粉碎和復合表面改性制備的超細活性無機復合阻燃填料填充阻燃PVC電纜料,其力學性能和電性能可達GB/T 8815—2002標準規定,氧指數達35·6 %，煙密度為174·7。這種超細活性無機合阻燃填料具有高效阻燃、填充增強和電絕緣性三種功能。

表7 阻燃填料的配方(質量分數,%)表8 加入TFR1和其它阻燃填料PVC的氧指數(%)

表9 TFR填充阻燃PVC的性能

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期末考試論文專用 結論

無鹵化、超細化、活性化、功能化、復合化是阻燃劑發展的主流和趨勢。我國塑料、橡膠工業的快速發展對阻燃劑的需求特別是對無毒、高效、功能型無機復合阻燃劑的需求將更迫切。因此，我們必須加快無機復合阻燃劑的開發與應用，以滿足高分子材料工業及消費者的需要，不斷迎接新的挑戰。

參考文獻：

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第二篇：復合包裝材料在酸奶軟包裝中的應用

復合材料在藥品包裝上的應用及發展方向

酸奶傳統上常采用玻璃、陶瓷瓶罐進行包裝。隨著包裝技術、新型包裝材料的發展和包裝設備的現代化，塑料、復合軟包裝材料及容器在酸奶及其它乳品包裝中已經占據主導地位。當然，傳統的玻璃、陶瓷容器仍有一定量的應用，并且為了滿足高檔消費的需求，金屬容器包裝的酸奶（尤其是酸奶飲品）在市場上也已經出現。這里主要介紹塑料及復合軟包裝材料在酸奶及酸奶飲品包裝中的應用。

一 復合包裝材料在酸奶軟包裝中的應用

復合包裝材料是指將兩種或兩種以上具有不同特性的材料復合在一起，形成具有綜合性質的、更完美的包裝材料。在很多情況下，單一性質的包裝材料不能夠滿足包括酸奶在內的食品包裝的要求，所以，在食品包裝生產過程中，常將兩種或兩種以上包裝材料復合在一起，利用它們的綜合性能，以達到食品包裝的要求。應用于食品包裝中的復合包裝材料主要是各種復合包裝薄膜，所謂復合包裝薄膜，是指以紙、玻璃紙、塑料薄膜、金屬箔等柔性包裝材料為基礎，經過涂布復合、層壓復合、共擠復合等各種復合加工方法所得到的具有綜合性能的柔軟性復合包裝材料。

對于短期流通和消費的酸奶，可以使用塑料包裝材料進行包裝。常用于酸奶包裝的塑料材料包括單體塑料材料和多層塑料復合材料（如多層復合聚乙烯材料）。塑料包裝材料包裝酸奶屬于一次性銷售包裝，并且一般需要在低溫下貯存和銷售，常見的推薦保藏溫度有2～4℃、2～6℃、2～8℃和0～4℃等溫度范圍，其中以2～6℃的溫度范圍最為常見；常見的推薦保質期有14天、16天、20天、24天、30天等保存期限，其中最常見的為14天（一般是在2～6℃下保存），較少見的為30天（一般是在0～4℃保存）。

塑料材料與紙質材料、玻璃材料和金屬材料相比有很多優點和特性，如透明度好、防水防潮性好、良好的耐性（如耐油性、耐藥品性、耐低溫性）、良好的加工性和適宜的機械強度，同時，塑料材料的價格便宜、比重小。當然，塑料材料在耐腐蝕性方面不如玻璃材料，在機械強度方面不如金屬材料，在印刷適性方面不如紙張，但是，只要進行合理的選擇，并結合先進的塑料處理和加工技術，塑料材料在酸奶等乳品方面有著廣闊的應用前景。

常用于包裝酸奶的塑料材料或塑料復合材料主要有：①聚乙烯+二氧化鈦。在生產聚乙烯薄膜時，添加白色的二氧化鈦所生產出來的聚乙烯薄膜有一定阻光性能，可以起到一定的遮光作用，這是由于白色的二氧化鈦使得聚乙烯薄膜呈現白色半透明或不透明狀態，在很大程度上改善了聚乙烯材料對酸奶包裝的缺點（透明性），以適應酸奶對包裝材料的不透明的要求。②多層復合高密度聚乙烯材料。常用的主要有三層結構的高密度聚乙烯（中層為含炭的黑色高密度聚乙烯、內層和外層為含二氧化鈦的白色高密度聚乙烯）和五層結構的高密度聚乙烯

采用塑料材料進行酸奶包裝的主要包裝形式有袋型、瓶型和杯型，其中，袋型包裝常用的材料多為聚乙烯+二氧化鈦材料和多層復合高密度聚乙烯材料兩種，瓶型包裝和杯型包裝常用的材料多為聚乙烯材料和聚苯乙烯材料兩種。

扁平袋包裝形式 采用扁平袋包裝酸奶時，一般是將印刷好的片狀塑料薄膜安裝在自動灌裝機的包裝材料供應部位，在包裝的過程中完成制袋、灌裝和封口操作，袋的封合方式多為背面中間封合、兩端封口的方式。這種包裝方式的包裝成本較低，包裝工藝和包裝技術成熟，易于操作。扁平袋一般進行較簡單的裝潢設計和印刷，并且圖案是連續的，一般要保證每一個袋上有一個完整的圖案。

扁平袋包裝酸奶時，每袋的容裝量（包裝規格）一般以凈含量“多少克”或“多少毫升”在包裝袋上標明，如常見的有：125克、227克、250克、125ml、243ml、250ml等。同時，這種形式的包裝，常常是將多個小袋（常見的有四袋、五袋、六袋、八袋、十袋）裝入一個較大的透明塑料袋中作為一個銷售單元進行包裝；有時，某些品牌的酸奶有一系列的口味，如原味、草莓味、山芋味、南瓜味、蜜桃味、蘋果味、荔枝味等等，在進行集合包裝時，也常常將不同口味的小袋袋裝酸奶裝入一個大袋中作為一個包裝單元或銷售單元進行包裝。

三面封口的柱形袋包裝 這種袋型包裝常用于豆漿的包裝，近年來在酸奶的包裝中應用越來越多。在生產過程中，采用先進的“充氣帶壓灌裝”工藝灌裝，是將印刷好的兩個片狀塑料薄膜進行對齊熱封，先進行兩側縱向封合，再進行一端橫向封合，然后再進行袋口一端的封合，袋口一端尺寸逐漸縮小，最后形成和吸管尺寸類似的小口。袋型呈圓柱形，袋口預留有很小的切口，以方便撕開，飲用時輕輕從切口處撕開即可飲用。這種形式的包裝一般也僅僅進行簡單的裝潢印刷，并且在開口處印刷有“小心噴濺”等警示語（由于采用帶壓灌裝工藝進行灌裝，所以容器內氣壓稍高于大氣壓，開口時酸奶容易噴濺）。

采用三面封口的柱形袋包裝酸奶，其規格多為每袋250克或250ml。同時，與扁平袋包裝酸奶類似，這種形式的包裝也常常采用同種口味的酸奶多袋集裝，或不同口味的酸奶配合進行多袋集裝，來作為一個銷售單元進行包裝

二．復合材料在酸奶包裝上的現狀

食品包裝與人們的日常生活息息相關，食品包裝的迅猛發展，既豐富了人們的生活，也逐漸改變著人們的生活方式，世界各國對食品包裝的發展十分重視，已經形成了一個世界性的高技術，高智能的產業領域，我國的食品與包裝工業也得到了飛速的發展，成為國名經濟中的重要產業，隨著人們生活水平的不斷提高，對食品及其包裝的高質量，多樣化要求也越來越高，食品包裝在儲運流通中，在現代市場營銷策略中都起到重要的作用。

過去的十年是中國乳品市場高速發展的十年，從均質牛奶到新鮮屋，從利樂磚到無菌袋，鮮乳市場逐漸進入了品牌整合后相對集中的狀態，而在各大乳品企業為爭奪中國乳品第一激戰正酣時，酸奶最為一種營養豐富易于消化的飲料從市場里形形色色的乳制品中脫穎而出，這時候酸奶的包裝外觀則成了吸引消費者的首要工具。

從全球范圍來看，酸奶也算是進入商業化比較晚的一個乳品種類。法國達能公司在上世紀40年代才將其領入商業化生產之路。而對于我國來說，酸奶在十多年前只是作為各個地方乳品企業的點綴產品。由于奶源不充足，冷鏈系統還不完善，雖然利潤一直不錯，但產量卻大受限制。

酸奶傳統上常采用玻璃、陶瓷瓶罐進行包裝。隨著包裝技術、新型包裝材料的發展和包裝設備的現代化，塑料、復合軟包裝材料及容器在酸奶及其它乳品包裝中已經占據主導地位。當然，傳統的玻璃、陶瓷容器仍有一定量的應用，并且為了滿足高檔消費的需求，金屬容器（主要是三片罐）包裝的酸奶（尤其是酸奶飲品）在市場上也已經出現。

三、復合包裝在酸奶包裝上的前景和方向

面對鮮乳這種復雜而又極易腐敗的液體食物，包裝儲存就不可避免地成為其最重要環節之一。包裝對食品的保護性、方便儲運和消費、便于貨架展示，提高商品價值、增加花色品種的功能，在乳品包裝上獲得了最充分的體現。

保質、營養、衛生、安全、食用方便，對于乳品包裝的這些要求不斷促進了其包裝方式、包裝結構、包裝機械的發展和進步。乳品包裝與乳品加工技術相輔相成，乳品包裝促使了無菌包裝系統的發展。

包裝已成為乳品品牌的重要載體，對包裝的依賴度之高在食品工業中是絕無僅有的。利樂包、利樂枕、百利包幾乎成了乳制品本身品牌的一部分。乳品包裝直接影響到乳品的質量、檔次和市場銷售，乳品市場的競爭在一定程度上演化為乳品包裝的競爭。

消費市場促使乳品包裝分化，多層次的社會消費群有著不同的消費傾向。乳品包裝促進了乳品消費市場的擴大，乳品包裝使得乳品的保質期延長、飲用更方便、運輸更容易，安全衛生更有保證。

四、我在復合材料在酸奶包裝上的應用及發展方向的想法和建議

包裝的綠色化是整個包裝工業的發展趨勢，乳品包裝由于其使用的廣泛度更是首當其沖的要求，乳品包裝不斷朝“4R+1D”方向發展，即低消耗、低數量、再利用、再循環和可降解的方向。乳品包裝的綠色化應體現為全過程全方位的綠色化，從原料制造到回收利用，每一個環節都要節能、省料、高效、無害。

一是綠色材料的使用，聚乳酸作為完全生物降解材料，在一些發達國家已制成容器包裝乳制品。愛克林包裝由于樹脂含量很少，也是一種較環保包裝。新型玻璃瓶的使用也在增長。用PET材料代替PS材料制杯，蓋膜和標簽采用紙類材料等。

二是包裝設計精確化，不產生過度包裝的設計。容器的壁厚均勻化并減薄，大容量的包裝桶設計相對減少了材料用量。

三是生產過程中采用柔版印刷方式，使用水性油墨，消除了化學溶劑的污染。四是包裝材料的回收利用，對于環保性差的無菌磚包裝，已開發了三種回收技術：

水力再生漿技術，將利樂包審的紙漿分離出來，生產再生紙，而將其中的鋁箔和塑料成分擠壓成粒，成為塑鋁制品的原料；2)塑木技術。利樂包本身含有優質的紙質纖維和塑料，把它們碾碎擠壓，可直接生產成室內家具、室外園藝設施、工業托盤等塑木產品；3)彩樂板技術。將利樂包直接粉碎、熱壓處理，制成彩樂板，然后再加工成為果皮箱等既美觀又耐用的產品。

《包裝復合材料》結課

論文

復合材料在酸奶包裝上的應用及發展方向

2011/6/12

學

院：輕工與紡織學院

班

級：包裝工程081班

學

生：楊

晶

學

號：2 0 0 8 1 0 3 0 3 2

指 導

老

師：王

維

第三篇：計算機在無機非金屬材料配方設計中的應用

計算機在無機非金屬材料配方中的應用

前言：隨著計算機的日益普及，計算機在各行各業已運用得越；計算機科學的概述；計算機科學的簡介：計算機科學（英語：comput；計算機科學的發展，現狀：計算機領域是一個需要不斷；計算機科學技術的不斷完善，讓計算機進入到越來越多；無機硅酸鹽材料的概述；無機硅酸鹽材料的簡介:無機非金屬材料(inorg；磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成計算機在無機非金屬材料檢測生產中的應用。

計算機科學的概述

計算機科學的簡介：計算機科學（英語：computer science，有時縮寫為CS）是系統性研究信息與計算的理論基礎以及它們在計算機系統中如何實現與應用的實用技術的學科。它通常被形容為對那些創造、描述以及轉換信息的算法處理的系統研究。計算機科學包含很多分支領域；有些強調特定結果的計算，比如計算機圖形學；而有些是探討計算問題的性質，比如計算復雜性理論；還有一些領域專注于怎樣實現計算，比如編程語言理論是研究描述計算的方法，而程序設計是應用特定的編程語言解決特定的計算問題，人機交互則是專注于怎樣使計算機和計算變得有用、好用，以及隨時隨地為人所用。

計算機科學的發展，現狀：計算機領域是一個需要不斷創新的領域，計算機的軟硬件在實際的操作運用中會遇到很多的問題，而技術的不斷完善更新是計算機科學技術發展的一個重要方面。舊的技術已經不能滿足社會對于計算機的需求，而新的技術應運而生，當新的技術被運用到計算機中，計算機會有更高的性能、更靈巧的外觀以及跟實用的操作。計算機的硬件方面在采用更多的材料，讓其更好地為計算機的功能而服務。而計算機的軟件系統，是根據人們的意見反饋以及市場預期，在做著關于觀念上最終到技術上的持續創新，讓計算機的操作更加接近現代的需要。

計算機科學技術的不斷完善，讓計算機進入到越來越多的領域。計算機所涉及到的科學運算、過程檢測與控制、數據處理、計算機輔助系統等功能，讓計算機所涉及的領域逐漸增多，涉及到人類社會的軍事、教育、醫療、商業、文化、經濟、政治等各個方面。計算機科學技術的加入，使得社會的面貌和生產方式發生了巨大的改變，加快了人們的學習、工作效率，讓計算機去計算和操作一些數據和過程，減省人力物力的消耗，提高社會運轉效率。

無機硅酸鹽材料的概述

無機硅酸鹽材料的簡介:無機非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后，隨著現代科學技術的發展從傳統的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

主要物理化學性能：在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜，并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

主要應用領域：無機非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統的)和先進的(新型的)無機非金屬材料兩大類。傳統的無機非金屬材料是工業和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建筑材料;耐火材料與高溫技術,尤其與鋼鐵工業的發展關系密切;各種規格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活息息相關。它們產量大,用途廣。其他產品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統的無機非金屬材料。新型無機非金屬材料是20世紀中期以后發展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。

計算機技術在無機非金屬材料中的應用

檢測分析方面的應用：通過對檢測機構的日常工作的考察與分析，我們發現檢測機構的工作特點為:工作流程清晰，分工明確，責任明確，需協同工作完成一個檢測任務，這些都符合網絡管理的要求，為建立內部網絡系統提供了可行性。同時發現與檢測業務有關的日常工作主要由以下幾個部分組成:檢測任務管理、檢測儀器設備管理、日常業務學習培訓、與質監站聯系。我們可以從這幾個方面著手進行相應的軟件設計與開發。通過相應的軟件，我們可以提升我們檢測的準確性和智能化，如混凝土抗壓、抗滲、混凝土配合比設計、水泥化學分析等，都可以通過軟件實現全自動化或者半自動化，大大的解放了勞動力資源。

例如：1.在功能陶瓷制備過程中,摻雜改性和生產條件控制是制備這類高性能材料的重要手段,由于材料組分和工藝條件對其性能影響很大,且組分間還可能發生復雜的交互作用,因此,如何優化配方和工藝是高性能功能陶瓷材料研究的重點。在傳統數學方法無法分析的情況下，將計算機技術用于功能陶瓷研究中,建立數學模型，可以很好地對組分和工藝過程進行優化。

2.混凝土的性能評價與預測一直是學術界與工程界的研究難點，常規的預測模型主要基于某幾項指標，形式因個人的理解不同而各異。而一種仿生模型——人工神經網絡則能很好地解決這個難題，試驗嘗試用BP 人工神經網絡對多種配后比的混凝土進行抗裂性能評價與預測，結果表明此模型的可靠度很高，效果良好。該方法用于摻礦物摻和料混凝土抗裂性能預測方面是可行的。計算機模擬技術在無機非金屬中的應用：

1.分子篩研究方面：近年來,計算機模擬作為一種有效的方法已經廣泛用于固體材料，尤其是微孔材料，如分子篩的研究。在結構、熱力學、吸附分離和催化等性質的研究中取得了成功。中國科學院山西煤炭化學研究所王建國等總結了計算機模擬：包括分子力學方法(能量最低化、分子動力學和蒙特卡羅方法)、量子化學方法(半經驗算法和從頭算法)和密度函數方法及其在分子篩若干研究領域諸如吸附、擴散、形狀選擇反應、分子篩骨架-模板劑相互作用、分子與 分子篩酸性位的結合以及分子篩骨架、表面結構中的應用。北京化工大學張現仁等采用巨正則蒙特卡羅方法研究了甲烷在兩個不同孔徑的MCM-41中不同溫度下的吸附等溫線和其在孔中的相行為和排列方式。北京大學朱麗荔等用巨正則蒙特卡羅方法研究了鄰二甲苯和間 二甲苯在ITQ-1分子篩中的吸附特征。

2.晶體材料方面：晶體的性能決定其內部結構、成分和缺陷的分布狀態。通常人們或是希望獲得高度完整 的晶體即成分均勻、結構完整、缺陷甚少的晶體；或者是為了獲得某種物理性能，力圖生長出具有預定的成分或者缺陷分布狀態的晶體，所以晶體生長是晶體研究的必要環節。到目前為止，對晶體生長的數值模擬研究已有30余年的歷史。濃度場和溫度場對晶體生長有直接影響。

晶體生長過程中，溶質在晶體和熔體中都不是均勻的，晶體和熔體中的溶質濃度隨空間位置而變化，在晶體和熔體的全部空間中，每一點都有確定的濃度，而不同點的濃度不完 全相同并且還與時間有關。蘇偉等采用有限差分法對使用Cz法生長Nd∶YAG激光晶體過程中熔體內和晶體內Nd3+ 濃度場進行數值模擬研究。晶體拉速、晶體直徑和坩堝尺寸都對熔體內和晶體內Nd3+ 濃度場有影響。對勾形磁場中直拉硅單晶濃度場的數值模擬研究，提出在非均勻軸對稱勾形磁場中利用磁控提拉法生長硅單晶。

無機非金屬材料也和金屬材料以及有機高分子材料等一樣，是當代完整的材料體系中的一個重要組成部分。

普通無機非金屬材料的特點是：耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上,陶瓷在耐蝕、介電性能上,耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。特種無機非金屬材料的特點是：①各具特色,例如:高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質;金剛石、立方氮化硼的{TodayHot}超硬性質;導體材料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。②各種物理效應和微觀現象,例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的氣體-電、濕敏電阻材料的濕度-電等材料對物理和化學參數間的功能轉換特性。③不同性質的材料經復合而構成復合材料，例如：金屬陶瓷、高溫無機涂層，以及用無機纖維、晶須等增強的材料。

沿革 舊石器時代人們用來制作工具的天然石材是最早的無機非金屬材料。20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、激光、紅外、光電子學、生物醫學和環境保護等新技術的興起，對材料提出了更高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發展。30～40年代出現了高頻絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷（見半導體陶瓷）等。50～60年代開發了碳化硅和氮化硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏電阻陶瓷等。至今，又出現了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子發射及高溫超導等各種新型無機材料。

分類 無機非金屬材料的名目繁多，用途各異，因此，還沒有一個統一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的（傳統的）和特種的（新型的）無機非金屬材料兩大類。前者指以硅酸鹽為主要成分的材料并包括一些生產工藝相近的非硅酸鹽材料；例如：碳化硅,氧化鋁陶瓷,硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質、鉻鎂質耐火材料和碳素材料等。

無機非金屬材料在現實生活中有著很廣泛的應用，簡單的舉幾個例子生活中的日用陶瓷，工業陶瓷，玻璃，建筑用的水泥，現在新型的墻體磚等等，在社會的基礎建設中材料是不可少的無機材料所涉及的方面也是很廣泛的，目前為止還沒有什么新型材料可以替代無機非金屬材料的地位，因為傳統非金屬材料工業的原料來源是最廣泛的也是最便宜的是地球上最多的：粘土，巖石等礦物。而新型的非金屬材料更是基礎建設乃至國防建設的重要方面：比如說航空用陶瓷，隱形飛機使用的吸收電磁波的材料等等都是無機非金屬材料的范圍。這個專業現階段處于過渡時期，傳統的無機材料在社會建設中廣泛應用，但是從事傳統的無機材料工作工資比較低，而從事新型材料研究和開發就比較大的發展空間了

我國是一個經濟和社會正在迅速發展的世界大國，高新技術產業的快速發展、傳統產業的技術進步與結構調整、環保國策的全面落實，以及在未來20年全面建設小康社會發展目標的實施，將給我國非金屬礦物材料帶來前所未有的挑戰和發展機遇。緊緊抓住這一難得的歷史機遇，加速非金屬礦物材料的研發和生產，不僅可以滿足我國經濟、科技和社會發展對非金屬礦物材料日益增長的需求，促進非金屬礦產資源的綜合利用，全面提升我國非金屬礦加工應用的水平，而且還將成為國民經濟發展的新增長點，促進我國高新技術產業、傳統產業及環保產業的全面發展和進步。今后我國非金屬礦物材料的發展方向主要包括非金屬礦物材料的基礎理論及應用基礎理論研究，非金屬礦物材料的深加工裝備技術研究，發展優勢非金屬礦種的深加工產品技術研究，逐步實現產品標準化、系列化、配套化，納米材料技術研究，智能材料技術研究等幾個方面。

國家發展與改革委員會在制定建材工業“十五”規劃中，非金屬礦物材料行業的發展方針和主要目標就是發展非金屬礦深加工裝備技術，圍繞建筑、石化、汽車、機電、環保等產業的需要，發展超細粉碎、精細提純、表面改性與改型、超微細和微孔技術，復合與制品技術。發展高性能摩擦材料、絕緣材料、密封材料、工程塑料功能填料、電子工程材料和環保礦物材料，提高產品的科技含量和產業化水平。在技術裝備水平、產品質量、規格品種等方面盡快縮小與國際先進水平的差距，加大非金屬礦大型低能耗及專用設備的研發，非金屬礦成套裝備的綜合集成和工程化轉化。

近年來，在微米技術上出現的非金屬礦物的納米技術是以化學的方法制備的。這是一門新技術。非金屬礦物納米材料是納米材料的重要組成部分。目前，主要納米非金屬材料有納米二氧化鈦、納米碳酸鈣、納米碳管、納米棒、納米絲、納米電纜、納米金剛石、納米半導體、納米陶瓷材料以及聚合物-黏土礦物納米復合材料等。其中聚合物-黏土礦物納米復合材料已成為日本、美國、德國等發達國家近年來材料科學研究的熱點。我國的納米技術將在未來20年后變成主導技術，現在它有一個孕育期、生長期和高速發展期，納米技術必定代替現在的微米技術。就目前而言，現在還處于孕育期。當今世界的主導技術還是微米技術，或者說是剛剛進入微米技術與納米技術交叉階段，納米技術的應用所占比重還很小，甚至不到1%.權威專家預測，納米技術與信息技術和生物技術成為21世紀社會經濟發展的3大支柱。它將引起加工技術、信息技術、材料技術、分子生物技術、微電子技術等領域的革命性變化，引發一場新的產業革命。

智能材料是指具有對環境可感知、可響應并具有功能發現能力的新材料，它是由非金屬礦物復合制備而成，由日本高木俊宜教授于20世紀90年代首先提出了智能材料概念，它是新材料中的佼佼者。由它制成的合金、復合物、流體、塑料、玻璃、陶瓷等物件，在應用時，既可感知環境條件的變化，又可根據需要作出相應反應。智能材料是功能陶瓷發展的更高階段，它是人類社會的需求和現代科學技術發展的必然結果。日前，歐洲科學家已研制出能協助清除汽車所排放的包括氧化氮在內的廢氣的生態涂料，氧化氮氣體是會形成煙霧和引發人類呼吸道疾病的污染源。據悉，當生態涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消除氧化氮氣體，這種作用長達5年，直到其神奇功能耗竭為止。生態涂料的神奇奠基在直徑僅20納米的光觸媒二氧化鈦和碳酸鈣微粒上，它與聚硅氧烷樹脂混合而產生作用。由于微粒非常細小，這種涂料是清澈透明的，能添加各種顏料調成想要的顏色。聚硅氧烷具有相當多的細孔，能讓氧化氮氣體通過后被吸附在二氧化鈦微粒上。二氧化鈦微粒吸收太陽光中的紫外線，利用其能量產生化學反應將氧化氮氣轉化成硝酸，再利用堿性的碳酸鈣予以中和。如此一來僅會釋出“無害”的二氧化碳、水和硝酸鈣，這些副產品將被雨水等沖刷流失。

進入21世紀，科學技術發展日新月異，科技進步和創新已成為增強各個國家及地區綜合實力的主要途徑和方式。黨的十六屆五中全會已提出自主創新的戰略，全國科技大會也提出加強自主創新，建設創新型國家。2006年2月，中共中央和國務院發布、實施《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》，經過15年的努力，使我國進入創新型國家的行列。今后我國非金屬礦物材料行業的發展主要目標也就是圍繞著發展方向進行創新。因此，我們應該首先認清形勢，大力加強科研隊伍建設和培養，建立國家實驗室或科技開發中心，組建一支在國內甚至國外都有影響的科研機構，利用自身的優勢和國家的扶持，在較短的時間里加快發展，加強產學研結合，加快科技成果轉化，提高全行業整體水平，實現跨越式發展，走出一條非金屬礦物材料自主創新發展的新路子。

總結

計算機技術在無機非金屬材料中的應用是非常廣泛的，不僅僅是以上提到的幾點，還有圖像模擬，輔助設計，數據分析等等，并且隨著材料科學以及計算機科學的不斷發展，這兩門學科的聯系還將日益密切，相信在不久的將來會有更多的計算機技術成功應用到無機非金屬材料的生產過程中，為材料科學的蓬勃發展貢獻突出的力量。

參考文獻：

①于忠《計算機在建筑工程材料中的應用》四川建筑科學研究，2001（3）②尹君《計算機網絡在無機非金屬材料中的應用》材料導報,2006 ,20(11)③黃春華，沈東，夏春秋《計算機網絡技術在建筑材料檢測機構中的應用》《工程質量》, 2001(10)④董榮勝，古天龍，蔡國永，謝春光《計算機科學與技術方法論》人民郵電出版社, 2002, 29(1)⑤陳泉水《無機非金屬材料物性測試》化學工業出版社, 2013 三億文庫3y.uu456.com包含各類專業文獻、各類資格考試、應用寫作文書、外語學習資料、高等教育、生活休閑娛樂、計算機在無機非金屬材料檢測生產中的應用(小論文)29等內容。

計算機材料應用論文

——計算機在無機非金屬材料配方中的應用

專業：

無機非金屬

班級：

無機1302

學號：

201226910312

姓名：

馮換暉

指導教師：

栗政新

第四篇：無機非金屬材料在生物醫學的應用

無 機 非 金 屬

材 料 在 生

物 醫 學 的 應 用

所謂無機非金屬材料（inorganic nonmetallic materials），就是指是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。傳統的無機非金屬材料在其化學組成上主要屬于硅酸鹽范疇。無機非金屬材料種類繁多，具體可分為陶瓷，水泥，耐火材料，復合材料，非金屬礦物材料等。其生產過程特點：一是共性，即有關原料，粉制備，成型等一系列過程。二是個性，即每種無機非金屬材料都具有各自的特性。無機非金屬材料在生物醫學方面的應用主要是在以生物陶瓷材料，以及陶瓷基復合材料等的應用為主。

生物陶瓷材料主要包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物復合材料三類。其應具有生物相容性，力學相容性；與生物組織有優異的親和性；滅菌性并具有很好的物理、化學穩定性等。這類無機非金屬材料在醫學方面的應用主要介紹：生物惰性的氧化鋁陶瓷，氧化鋯陶瓷；生物活性的羥基磷灰石(HAP),生物活性玻璃，微晶化生物活性玻璃；生物陶瓷的性能要求：第一，生物相容性要求生物相容性是指植入人體內的生物醫用材料及各種人工器官、等醫療器械，必須對人體無毒性、無致敏性、無刺激性、無遺傳毒性和無致癌性，對人體組織、血液、免疫等系統不產生不良反應。第二生物力學與生物學性能要求材料的力學性能與機體組織的生物力學性能相一致，不產生對組織的損傷和破壞作用。第三，具有良好的加工性和臨床操作性生物陶瓷植入的目的，是通過人工材料替代和恢復各種原因成的牙和骨缺損，就要求植入的生物陶瓷具有良好的加工成形性，且在臨床治療過程中，操作簡便，易于掌握。第四，具有耐消毒滅菌性能生物陶瓷材料是長期植入體內的材料，植入前須進行嚴格的消毒滅菌處理。生物惰性陶瓷主要是指其化學性能穩定，生物相容性好的陶瓷材料。AL203陶瓷是以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，其具有良好的機械強度，高的耐磨損等性能。其成型的工藝與陶瓷材料成型工藝大體相同，主要是粉末的制備，成型以及燒結。而在醫用方面的氧化鋁陶瓷材料則是α-Al2O3多孔陶瓷材料，其制備過程中對孔徑的控制要求極為嚴格。因此多采用的是溶膠凝膠法改善氧化鋁多孔陶瓷孔徑分布的控制、相變、純度及顯微結構。用溶膠一凝膠法制備氧化鋁多孔陶瓷的工藝為：采用鋁粉在氯化鋁溶液中水解，得到鋁溶膠，并直接將成孔劑與之混合，進行成型、燒成制得產品。這樣被用于制作人工髖關節、人造膝關節、人工牙根和骨骼固定螺釘及修補角膜等。但由于氧化鋁陶瓷同樣具有脆性大，機械加工困難等特點，其用于醫用還需進一步的研究應用。現有在羥基磷灰石引用AL203來達到人工骨的修復。其特點是利用羥基磷灰石良好的生物活性和生物相容性以及AL203的高強度，高機械性能特點來提高其綜合的力學性能，能夠很好的彌補AL203的不足。很好的滿足了人工骨的修復需求。氧化鋯陶瓷是以穩定的立方型氧化鋯ZrO2為主晶相的陶瓷。具有優異的力學（最高的斷裂韌性）和耐磨和耐腐蝕性等性能。其主要應用在機械，電工方面。而在醫用領域的應用則是以氧化鋯生物陶瓷材料應用的。其制備方法是各種沉淀法如共沉淀法獲得超細的氧化鋯粉末，然后通過干成型或濕成型法成型后進行燒結而成的。在醫用中，氧化鋯烤瓷牙是最常用的。烤瓷牙的好壞直接影響到患者的身體健康，而用氧化鋯材質的烤瓷牙由于沒有金屬內冠層，牙齒透明度好，光澤度極佳，更有效避免了牙齒過敏和牙齦黑線等問題，具有足夠好的遮色能力，能夠完美解決牙患者的牙齒美容需求，而且氧化鋯材質的強韌性彌補了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點，生物相容性好，不刺激口腔粘膜組織，易于清潔，是目前國內外最優質的烤瓷牙。生物活性是指移植材料的分界面激發特定的生物反應，最終導致在材料和組織之間的骨形成。這類陶瓷在生物體內基本不被吸收，材料有微量溶解，能促進種植體周圍新骨組成，并與骨組織形成牢固的化學鍵結合。羥基磷灰石(hydroxyapatite，簡稱HA 或HAP)羥基磷灰石是人體和動物骨骼的主要無機成分，結構上與天然骨鹽大體一致，有極好的生物相容性、骨傳導性以及骨鍵合能力，無毒副作用，用于骨修復及替代材料。但同時，其自身強度較低，力學性能較差。羥基磷灰石主要是通過水熱反應以及沉淀法獲得的。其同時也可以用于義眼片。這里由于其的力學性能不是很好，因此導致了在運用的過程中不是很好的滿足醫學的需求。在以羥基磷灰石為原料，在其中添加氧化鋁以增加其綜合的機械性能的辦法很好的改善了羥基磷灰石的力學性能，同時還利用了其生物相容性。

同時，納米羥基磷灰石在醫用方面也有應用。n H A是一種性能優良的無機陶瓷材料、生物學活性好。n H A粒子的大小為 1～1 0 0 n m，由于其與 H A相比具有溶解度較高、比表面積(S S A)大的優點，因而具有更好生物學活性，骨植人體的伸強度更高，疲勞抗力也相應提高。最主要的是其可以匹配人體不同地方骨的生長速度相應的降解速度，而且與人體不產生排斥反應。因此其在醫學領域的應用被廣泛關注，但大多數還屬于臨床應用階段，用于實際還需要一定的時間和條件。

生物活性玻璃與普通玻璃的不同之處在于其具有生物活性，能夠很好的與生物組織相容。將生物玻璃植入人體骨缺損部位，它能與骨組織直接結合，起到修復骨組織、恢復其功能的作用。其制備技術與普通玻璃大體相同，但是為了保護其的生物活性性能，常常采用溶液-凝膠法制備其粉體。由于其機械強度較低，也因此一般用于較小的骨修復材料，如耳小骨、指骨，人工牙齒及關節。最值得一提的是生物玻璃對癌癥的治療，主要是在生物玻璃中加入一些磁性物，鐵酸鋰或者其他熱源性材料，用于熱種子治療癌癥腫瘤。

微晶玻璃屬于復合材料，將加有晶核劑的特定組合的玻璃，在有控條件下進行晶化熱處理，成為具有微晶體和玻璃相均勻分布的材料。其比普通玻璃的機械性能強，并且在光亮度和其他力學性能上都要比普通玻璃好。微晶玻璃有很多種，一般用于生物醫學的稱為生物微晶玻璃 也可以稱為微晶陶瓷。其之所以稱為微晶玻璃是因為結晶后在顯微鏡下可以看見其析出了許多細小的晶粒。微晶玻璃也是生物玻璃，在用于醫學領域時，一般在是其表面生成羥基磷灰石等生物活性材料而成的或者在玻璃組成中引入 CaO 和P2O5,通過熱處理得到優良的羥基磷灰石。用于牙齒的修復等，特別是其中的可切割生物微晶玻璃，由于其可以通過機械加工的方法制成不同形狀的樣品而不會破壞其生物活性，因此多用于骨替復材料。其與單純的羥基磷灰石相比，由于含有一定量的玻璃相，因此可以在很大范圍內調整組分，適應性更強。同時其化學穩定性更好，由于玻璃相存在又可以根據要求的不同制作成不同形狀的醫用替代材料。當然，醫用微晶陶瓷材料也采用了一些增韌方法，如自身增韌，金屬增韌，纖維增韌等，用于進一步提高其機械強度。

陶瓷基復合材料是一類以陶瓷為基體，在其中加入一些增韌材料而形成的復合材料。如以HAP為基體的陶瓷材料，在其中加入纖維或者一些晶須來增加自身的強度，以達到醫用的高強度使用的要求。也可以采用顆粒增韌的方法來提高。這類復合材料在醫用上主要用于骨替代材料等。

當然，同時還有其他種類的復合材料用于醫學方面。可見，無機非金屬材料在生物醫學領域的應用非常的廣泛。在我國，上海硅酸鹽研究所在生物醫用材料與組織工程、生物納米技術及生物材料表面工程等三方面開展了研究，用無機非金屬制作的人工骨，骨植入材料以及生物陶瓷取得了很大的進步。還有華東理工大學研制了磷酸鈣人工骨(CPC)，它可自行固化，具有生物相容性，能降解吸收，可在人體骨缺損部位準確塑形。這些都只是用于生物領域的一小部分。從當今社會科技發展的速度來看，未來無機非金屬材料的應用會越來越重視，尤其是其在生物領域的作用會受到更為廣泛的關注。

文獻摘要：

1，無機非金屬復合材料及其應用 劉雄亞 郝元愷等，化學工業出版社 2006年。

2，無機非金屬材料制備方法 高積強等，西安交通大學2009 3，無機非金屬材料性能 賈德昌等，科學出版社 2008年

4，生物陶瓷的應用發展，展望 錢國棟，王民權 浙江大學 材料科學與工程第49期

5，氧化鋁陶瓷的應用 張小鋒 于國強 姜林文 景德鎮陶瓷學院 6，氧化鋁陶瓷的應用發展 朱志斌 郭志軍 劉英 王慧 陳秀峰

(山東中博先進材料股份有限公司 淄博 2 5 5 0 3 1)7，氧化鋁陶瓷生產工藝中的質量控制, 付 鵬 劉衛東 吳細桂

(華南理工大學材料學院 廣州 510641)8, a一氧化鋁在新型氧化鋁陶瓷中的應用 張麗婭 王向麗 崔建奇(中國長城鋁業公司)9，氧化鋯材料種類及應用任永國1，劉自強1，楊 凱 2，周煥忠 2，顧幸勇（北京晶萊陶瓷制品有限公司，北京 101500； 景德鎮陶瓷學院，景德鎮 333000）10，氧化鋯陶瓷制備及其應用 黃 勇，何錦濤，馬 天

（清華大學材料科學與工程系新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室，北京 100084）

11，惰性生物陶瓷在人工髖關節的應用 劉慶 張洪 北京積水潭醫院 矯形骨科(北京 100035)12，人工關節材料的研究進展 陳鐵柱李曉聲 中國現代醫藥雜志2009年10月第ll 13，生物活性種植牙的研究進展 醫學生家園

14，生物醫用微晶陶瓷的研究進展 余麗萍，肖漢寧，胡鵬飛（1.湖南大學 材料科學與工程學院，； 2.湖南師范大學 化學化工學院，）

15，微晶玻璃制作 Special Column 專欄

16, 功能微晶玻璃的研究現狀及發展趨勢 肖漢寧 趙運才 劉付勝聰湖南大學材料科學與工程學院

17, 用于治療癌癥的生物玻璃 王昱，殷海榮(陜西科技大學材料科學與工程學院)18，陶瓷基復合材料的機理、制備、生產應用及發展前景

（姓名：王珍 學號：Z09016203）

19，陶瓷基復合材料的進展及應用 徐海江(航空航天部三部)20, 羥基磷灰石生物材料的研究現狀、制備及發展前景 方麗 周永強 張衛珂。馬景 云(1陜西科技大學材料科學 與工程學院)(2溫州大學制筆重點實驗室)(3山東大學材料液態結構及其遺傳性教育部重點實驗室)21,納米羥基磷灰石粉體生物活性的研究 武漢理工大學 22，先進復合材料 魯云等主編 機械工業出版社 2004年 23，多孔材料引論 劉培生等編 清華大學出版 2005年 24，生物陶瓷材料 談國強等編

25，無機非金屬納米微粒的制備方法 孟季茹 趙 磊 梁國正 秦宇(西北工業大學)26，無機非金屬材料微孔構造形成方法 徐慧忠

27，生物玻璃治療脛骨骨折的療效觀察 郝思春，孫俊英 等 2004年 28，納米羥基磷灰石研究進展 黃路 段曉明 南華大學研究生院 29，羥基磷灰石義眼移植研究 唐志強 倪建同 江蘇省泰州市第四人民眼科中心

30，生物陶瓷材料（Bioceramic materia）陳德敏(上海第二醫科大學附屬第九人民醫院，上海生物材料研究測試中心)31，無機非金屬材料工藝學 王琦等主編 中國建材工業出版社 2005年

32，羥基磷灰石骨修復材料 張陽德 樂園 趙鋅崎 中南大學衛生部肝膽腸衛生中心。

33生物醫用納米羥基磷灰石的制備及應用 中國組織工程研究與臨床應用 李穎華 曹麗華。

34，生物活性玻璃陶瓷人工骨材料的研究進展 山東壓料大學附屬基院(2 5 o o 1 2)湯繼文 張玉德 春梅

第五篇：低煙無鹵阻燃護套料在應用中的幾個問題

低煙無鹵阻燃護套料在應用中的幾個問題

張國棟

摘要：本文介紹了低煙無鹵護套料在應用中出現的幾個典型的問題，包括擠出加工困難、護套易開裂、材料熱變形很難通過等問題，目的是拋磚引玉，共同探討。關鍵詞：阻燃；擠出；開裂；熱變形

一、前言

近幾年來，隨著國民經濟的迅速發展，特別是電力、電子及信息化等行業的發展尤為迅速，使得與之配套的阻燃電線電纜用量劇增，由于人們對線纜的環保、安全要求越來越高，傳統的PVC護套材料雖然阻燃性能好、價格低廉、容易加工，但由于其燃燒時會放出大量的鹵化氫氣體和濃煙，造成火災的“二次危害”，對人體健康及環境損害很大。當今人們越來越重視環保，特別是應用在地鐵、船舶、建筑、家用電器等對環保要求較高的環境，低煙無鹵材料護套的電線電纜，得到了廣泛的應用，并有愈演愈烈之勢。

目前線纜行業里應用較為廣泛的是熱塑性低煙無鹵聚烯烴材料，聚烯烴基料以EVA為多，幾年應用下來，發現幾個問題，再次提出來探討一下。

二、擠出加工問題

說到這個問題，就不能不提一下此種阻燃材料的阻燃基理。聚烯烴是無鹵材料，純碳氫化合物，燃燒時分解出水和二氧化碳，不產生明顯的煙霧和有毒的腐蝕性氣體，其本身是可燃的，要加入無鹵的阻燃劑組成無鹵阻燃材料。要達到要求的阻燃效果，需添加大量的阻燃填充劑Al(OH)3或Mg(OH)2，填充量150份以上。這種水合金屬氧化物受熱后，會釋放結晶水，吸收大量熱量，從而抑制聚合物溫度上升，延緩熱分解，來阻止燃燒。另外，脫水分解所產生的水蒸氣，能稀釋可燃性的氣體，從而起到阻燃效果。

但是，添加大量的阻燃劑后，會使材料的機械性能明顯降低，由于無鹵阻燃護套料中含有較多的氫氧化鋁或氫氧化鎂填充劑，導致膠料硬度高，擠塑時生熱大，護套擠制困難。特別是使用普通PE的高壓縮比螺桿生產時，螺腔內壓力過大易導致剪切生熱，使實際溫度比設定的溫度高許多，容易引起物料過熱機械分解，吸出水分，從而使線纜在離模后表面粗糙，有氣孔，影響護套的機械物理性能。經過生產實踐，加強對主機溫度的控制可以消除此種現象，擠出機各段都要有風冷裝置，并保證功率足夠，使各區的溫度不要超過170℃。另外采用低壓縮螺桿，也可以大大降低材料的剪切熱，其壓縮比在1.1～1.5：1之間，長徑比在20～25：1之間即可，此種螺桿加工無鹵阻燃護套的工藝性能較優異且能大大提高生產效率，由于無機阻燃劑氫氧化鋁或氫氧化鎂的加入，使無鹵阻燃電纜料極易吸潮，為了達到更加的擠塑質量，一般在生產前需對無鹵阻燃料進行烘干，烘干溫度控制在60～80℃（最高不得超過90℃）、時間控制在4小時左右。

無鹵阻燃料擠出加工中的關鍵工藝因素之一是擠出模具的設計。擠出模具分三種形式：擠壓式、擠管式和半擠壓式。三種形式的模具均可用于擠制此料。擠壓式模具是模芯沒有管狀承徑部分，模芯縮在模套承徑后面。料流是靠壓力通過模套實現最后定型的，擠出的塑膠層結構緊密、外表平整。由于在模口處產生較大的反作用力，會出現離模膨脹，一般模套內徑比成品外徑小5%左右，但使用擠壓式模具，護套偏心調節困難，厚薄不易控制。擠管式模具模芯有管狀承徑部分，模芯口端面伸出模套口或持平。固有擠出速度快、生產操作簡單、偏心易調節、護套厚薄容易控制等優點，但該模具類型的缺點是塑膠層致密性差、外表不如擠壓式模具圓整。半擠壓式模具模芯有管狀承徑部分但比較短。模芯承徑的端面縮進模套口面，這是擠壓式與擠管式的過渡形式，通常在大規格擠包及護層要求緊密時采用。如果采用半擠壓式或擠管式模具，模具的拉伸比不能太大，1.5～2.0之間即可。

三、護套開裂問題

使用低煙無鹵阻燃護套的電纜在敷設時或在電纜盤上護套即開裂的情況，幾年來已經發生過多次，由于在聚烯烴中添加了大量的無機阻燃料，使材料的機械物理性能急劇下降，相對于HDPE護套，抗拉強度下降了近40%，斷裂伸長率下降了近65%，如果在護套加工時溫度和模具選配的不夠合理，非常容易在合膠縫處出現開裂現象。筆者曾經做過一次破壞性試驗，選用了七家不同生產廠家的同類型低煙無鹵阻燃護套材料，采用相同的設備和相同的工藝，做同一種產品，產品在護套前采用0.3mm厚的鋁塑復合帶縱包，各做了100mm，纜芯充入了150kPa的氮氣。使用相同的盤具收線（為了提高應力，采用了較小的收線盤徑，線盤的筒體直徑為纜徑的10倍左右），放在陽光下暴曬，時值盛夏6月底，天公作美，沒有出現陰雨天氣，環境溫度變化為25℃～35℃，實際電纜表面的溫度要高于35℃，甚至達到50℃～60℃，經過7個晝夜的暴曬，電纜內的氣壓均變為0，經檢查，電纜表面均出現不同程度的開裂，多數為縱向開裂，開裂處多在鋁帶的搭接縫處，個別在合膠縫處，同樣情況的PE護套則不會出現此類現象。

由此可見，為了提高材料的阻燃性能而添加了大量的無機阻燃劑，導致護套的機械性能降低，希望材料廠商在滿足材料阻燃要求的同時，提高材料的耐熱應力開裂性能和抗撕性能，以避免護套在應用時開裂現象的發生。此外，無鹵阻燃材料在進行護套加工時的工藝也會影響到開裂性能，如塑化不良，導致合膠縫處粘結不好，使護套在合膠縫處的抗撕強度低導致開裂；溫度控制不良使護套內產生氣孔導致強度和伸率下降導致開裂等。模具的選配不當也會導致材料的塑化不良或者使護套內產生應力，在模具設計時要考慮模具的拉伸及模芯與模套的錐度要合適。冷卻時第一段水槽采用50℃左右的水溫為宜，可以在一定程度上減小和釋放護套在擠塑過程中的內應力，減少開裂現象的發生。在產品和工藝結構設計上也要盡量使護套前的半成品表面光滑圓整，如縱包金屬帶，可以考慮在金屬帶處反方向以一定的節距繞扎一定強度的扎紗，控制金屬帶的回彈，見效無鹵護套內部的應力集中，也可以避免開裂的發生。此外，成品線纜的貯存也應避免陽光的長時間暴曬。

四、關于熱變形指標的討論

國內外相關標準中，針對熱變形指標的規定有所不同，下表是幾個涉及到通信線纜及材料的幾個標準對熱變形指標的規定。

標準名稱 IEC60092-359 EN50290-2-27 GB/T 19666 YD/T 1113 YD/T 1119 YD/T 1120 YD/T 886 試驗溫度（℃）80±2 80±2 80±2 90 100 試驗時間（h）4（D≤12.5）6（D＞12.5）4 4（D≤12.5）6（D＞12.5）1注：GB/T 2951.6等同采用IEC60811-3-1 我廠曾經送過幾次無鹵阻燃材料進行抽檢，按YD/T 1113標準考核熱變形指標均不合格，變形率均達到了100%，已經壓穿了，與檢測中心溝通，得知無論是國產的還是進口材料，此項指標均不合格，都達不到YD/T 1113標準的要求，該標準中規定，測試熱變形指標的測試方法是依據PVC材料標準GB/T 8815，該標準考核PVC還是可以的，考核低煙無鹵阻燃材料值得探討。

另外，我們國家的標準也不統一，甚至郵電行業的幾個標準也不一致，YD/T 1113與YD/T 886及YD/T 1119、YD/T 1120之間的試驗溫度規定就不同。GB/T 19666與IEC 60092-359的要求相同，試驗時間與電纜的外徑有關，而歐洲標準與IEC標準又不相同。這些標準的不一致會帶來很多不便，材料的生產和使用單位在進行檢測時容易出現判據不統一的情況，給材料的應用帶來不便。此外，郵電行業的幾個標準對材料的命名也不統一，YD/T 886和YD/T 1119都命名為“低煙無鹵阻燃聚烯烴”，YD/T 1120則命名為“低煙無鹵阻燃聚乙烯”，現在大量應用的是以EVA為基材的無鹵材料，YD/T 1120的命名覆蓋的不夠全面，命名應與YD/T 886相同。

目前，低煙無鹵阻燃材料應用范圍越來越廣，每年的用量越來越大，希望相關標準的制定部門能夠結合實際，編制一套可供廣大材料的生產商和使用商有效參考的標準。

五、結束語

低煙無鹵阻燃材料雖然已經大規模的應用在地鐵、船舶、高層建筑、家用電器、移動基站等對安全及環保要求較高的場合，但由于在聚烯烴中添加了大量的無機阻燃填充劑，使材料的機械性能大大降低，使之應用受到一定的限制。可喜的是，有些材料廠商如DOW化學、北歐化工已經在開發新型的無鹵阻燃材料，如新型膨脹型阻燃料、加入納米的無鹵阻燃料等。希望有關的研發和生產廠商能夠開發出性能更加平衡的材料，同時能夠降低單位長度線纜的護套成本，有效地推進無鹵阻燃技術的應用。

低煙無鹵聚烯烴阻燃料

產品簡介: 該產品無鹵、低發煙量、高阻燃、熱塑型的聚烯烴注塑料，適用于分支電纜注塑頭及各種接插件。可直接制成各種顏色或加入聚烯烴類色母料。該材料具有較好的物理機械性能及良好的阻燃性能，斷裂伸長率高，耐開裂性能好，加工性能特別優良。綠色環保符合歐ROH指令。

一.性能典型值

性 能 單位 典型值 測試方法 密度 g/cm3 1.10 GB1033 原始拉伸強度 Mpa 6 GB/T1040 原始斷裂伸長率 ﹪ 350 GB/T1040 沖擊脆化溫度（-35℃）通過 GB5470 20℃體積電阻系數 ?M 2×1012 GB1410

擊穿電壓力 MV/m 32 GB1408

氧指數 ﹪ 31 GB1408 煙密度 有焰 50 GB8323

無焰 92 PH值 5.4 IEC754-2 電導率 μ s/cm 9.1 IEC754-2

以上列數據是本產品的典型值,不作產品的標準考核值

二.良好的物理性能

斷裂伸長率

傳統的ATH低煙無鹵阻燃電纜料的斷裂伸長率只有240%左右，我公司生產的低煙無鹵阻燃電纜料的斷裂伸長率可以達到300%以上。

從另一個方面說，斷裂伸長率的好壞直接影響著低煙無鹵阻燃料的耐環境開裂性能的好壞，斷裂伸長率大，耐環境開裂性能就好。

耐環境開裂性能

耐環境開裂性能遠遠優于傳統的低煙無鹵阻燃料。

成型收縮率小，一般在0.5%左右.三.加工技術

本產品加工性能優良，可在普通柱塞式、螺桿式注塑機上成型，注塑溫度為：150-180℃左右，可根據具體情況進行調整。一般情況下，最高溫度不應超過200℃。

四.高效的阻燃性能 氧指數：氧指數在30以上。

燃燒時炭化速度快，成膜性好，短時間點燃后離火自熄。

五.高標準的環保性能

無鹵，無鉛，無硫/銻，低煙，低腐蝕，符合歐洲綠色環保要求。

六.可自由配色可以根據生產需要自由添加聚烯烴類色母料，色母料加入閃要進行烘干（70℃，4小時），加入比例在0.5%左右。

七.突出的性價比

我公司生產的低煙無鹵阻燃料的密度在1.10~1.15g/cm2之間，傳統ATH低煙無鹵阻燃料的密度一般在1.45~1.55g/cm2之間，綜合性價比突出，可大幅度降低材料用量，可降低生產成本，具有價格優勢。

八.儲存和包裝

應放置在陰涼通風、干燥的地方，建議在6個月內使用。

采用25kg聚乙烯內膜、紙塑復合袋包裝。開包的料沒有用完時一定要重新密封在放。低煙無鹵聚烯烴阻燃護套料（絕緣料）

產品簡介： 本產品以聚烯烴類聚合物為基材，添加新型高效無鹵膨脹型阻燃劑及各種助劑，采用的先進的配方體系，經混煉擠出造粒而成，與傳統的低煙無鹵阻燃料相比，具有無可比擬的優點。主要應用于電力電纜、控制電纜、通信電纜、光纜，產品標準

參見Q/PYS001-2005。

一.性能典型值

項 目 單 位 典 型 值 試驗方法

絕 緣 料 護 套 料

密度 g/cm3 1.02 1.03 GB1033 熔融指數 g/10min 0.6 0.6 GB3682 拉伸強度 MPa 14 13 GB/T1040 斷裂伸長率 % 560 540 GB/T1040

熱老化100℃×168h

拉伸強度變化率 % 11 10 GB/T2951.2 斷裂伸長率變化率 % 13 12 GB/T2951.2 20℃體積電阻率 Ω.m 3×1015 8×1014 GB1410

氧指數 % 35 32 GB/T2406 介電強度 MV/m 30 27 GB/T1408.1 鹵酸釋放量 mg/g 0 0 GB/T17650.2 燃燒氣體PH值 ＿ 5.8 5.5 GB/T17650.1 煙密度（有焰）＿ 105 115 GB/T8323

二.優異加工性能： 對設備的要求：

傳統的ATH低煙無鹵阻燃電纜料粘度大，擠出壓力大，對擠出設備有較高的要求，要求擠出機配備專用螺桿和大功率的電機（特別是生產大型號的電纜時）。我公司生產的低煙無鹵阻燃電纜料無需專用設備，對擠出機螺桿和電機功率沒有特別的要求，可以適應BM螺桿，能在普通的PVC擠出設備上高速擠出，成纜擠出時電機電流小，在同樣的條件下，只有傳統ATH低煙無鹵阻燃料的四分之一左右。對螺桿和機筒的磨擦小，電機的負荷小，有利于保護設備和電機。

擠出速度

由于我公司生產的低煙無鹵阻燃電纜料粘度小，擠出電流小，同樣的條件下可以達到傳統ATH低煙無鹵阻燃料擠出速度的2-4倍，能大大縮短生產時間和提高生產效率。例如：￠120擠出機，普通型螺桿，電機功率30KW，生產線纜直徑為34.7mm的電纜時，線速度可達到7m/分，電機電流為60A。生產線纜直徑為21.7mm的電纜時，線速度可達到12m/分，電機電流為60A。

又如：￠150擠出機，普通型螺桿，電機功率160KW，生產線纜直徑為26.5mm的電纜時，線速度可達到15m/分，電機電流為240A。生產線纜直徑為41.2mm的電纜時，線速度可達到9m/分，電機電流為260A。

熔體拉伸比：

由于采用了先進的配方體系，我公司生產的低煙無鹵阻燃電纜料在擠出成型時熔體粘度好，在保證表面光潔度的情況下，熔體拉伸比可以達到2-4倍，而且熔體不破裂、不斷膠，配模容易。

加工溫度：

加工溫度范圍寬，可以從150~200度的范圍內自由設定。參考擠出溫度：1區 2區 3區 4區 5區 機頭

160℃ 165℃ 170℃ 175℃ 180℃ 190℃

可自由配色可以根據生產需要自由添加聚烯烴類色母料，色母料加入閃要進行烘干（70℃，4小時），加入比例在0.5%左右。

三.良好的物理性能

斷裂伸長率

傳統的ATH低煙無鹵阻燃電纜料的斷裂伸長率只有240%左右，我公司生產的低煙無鹵 阻燃電纜料的斷裂伸長率可以達到450%以上。

從另一個方面說，斷裂伸長率的好壞直接影響著低煙無鹵阻燃料的耐環境開裂性能的好壞，斷裂伸長率大，耐環境開裂性能就好。

耐環境開裂性能

耐環境開裂性能遠遠優于傳統的低煙無鹵阻燃料。

四.高效的阻燃性能 氧指數：氧指數一般在30~36之間，可以根據客戶的要求進行調整。

通過VW-1單根垂直燃燒試驗。

結合電纜結構設計可通過IEC60332-3中A類、B類或C類成束燃燒試驗。

燃燒時炭化速度快，成膜性好，短時間點燃后離火自熄。

五.突出的性價比

我公司生產的低煙無鹵阻燃料的密度在1.10~1.15g/cm2之間，傳統ATH低煙無鹵阻燃料的密度一般在1.45~1.55g/cm2之間，其性價比如下：

類別 密度 價格 元/立方分米 按密度比值計算性價比

我公司生產的阻燃料 1.10 23500 25.85 23500

傳統ATH阻燃料 1.45 18000 26.10 18000X1.45/1.10=23727

通過比較可以看出，我公司生產的阻燃料綜合性價比突出，可大幅度降低材料用量，可降低生產成本，具有價格優勢。

六.高標準的環保性能

無鹵，無鉛，無硫/銻，低煙，低腐蝕，符合歐洲綠色環保要求。

七.成本節約

設備改造費用節約：使用傳統的ATH低煙無鹵阻燃料時，有時需要更換螺桿和電機（直

流），費用在30000元左右。

電能和人工費用節約：同樣的條件下，我公司生產的低煙無鹵阻燃料要比使用傳統的ATH低煙無鹵阻燃料的生產速度快2~3倍，每噸料可節約人工費用約400元左右。每噸料可節約電費約1000元左右。

設備磨損：傳統的ATH低煙無鹵阻燃料粘度大，擠出壓力大，對螺桿和機筒的磨擦大，對電機的損壞大，有利于保護設備和電機，從而節約了設備維護費用。

八.儲存和包裝

應放置在陰涼通風、干燥的地方，建議在6個月內使用。采用25kg聚乙烯內膜、紙塑復合袋包裝。開包的料沒有用完時一定要重新密封在放。

無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的設計、制造和檢測

（二）星期一 2004年7月26日 11:35:00 來源：中國電線電纜網

關鍵 阻燃電力電纜摘要 無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的設計、制造和檢測。特變電工新疆新纜廠 盧紅超 盧玉蓮 4..試制過程中出現的問題及解決辦法在試制過程中技術關鍵問題主要有如下幾點： 4.1.成纜由于填充采用的是阻燃填充，里面含有AL（OH）

3、Mg（OH）2等成分，它的抗拉強度特別小，因此在試制過程當中模子必須合適。開始我們選用普通填充用的模子，結果發現填充經常斷，并且表面發粘，經過分析我們得知其主要原因是因為填充抗拉強度比較小，而模子太小由于摩擦致使其中的AL（OH）

3、Mg（OH）2分解所致，后來我們把填充根數減少，但這樣一來電纜成纜便不圓整了，后來我們決定把并線模適當增大，同時在成纜機上加上抱閘使放線也帶上張力，這樣既能保證電纜的圓整又能避免填充的發粘分解現象。4.2.低煙無鹵護套擠出 ●設備型號的選擇和擠塑機各區溫度的控制。在護套首次擠出中我們在普通擠出機上進行試制，擠出過程中出現擠出表面毛糙，絕緣和護套中出現了大量的微孔，再次擠出過程中，我們對

字體：大 中 小 其進行了分析，阻燃熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料，由于其配方體系發生了變化，無鹵低煙阻燃聚烯烴護套料中添加了大量的水合金屬氧化物以及消煙劑、增塑劑、穩定劑、加工助劑，致使其工藝擠出性能較差，而且在不同的擠出設備上，因擠出機的螺桿結構不同，冷卻方式的不同，擠出溫度也有所不同而存在著很大的差異：無鹵低煙阻燃料對加工溫度非常敏感，其加工溫度通常在160～170℃之間，低于這個溫度該料將不能完全塑化，會造成機頭擠出壓力過大，擠出難于進行，高于這個溫度塑料將發生分解，造成絕緣或護套表面粗糙而且在護套中將出現大量氣孔，這就要求對擠出設備有非常高的要求。通過我們對對擠出機的螺桿結構、長徑比、直徑、轉速、模具、冷卻等裝置進行理論分析，得出：螺桿直徑越大，加工能力越大。長徑比越大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能減少漏流和逆流，提高擠出機生產能力，但長徑比過大時，會使塑料受熱時間增長易引起降解，并增大擠出機的功率消耗；長徑比過短，易引起混煉的塑化不良。經過實踐表明，普通電纜料目前使用的通常是長徑比L/D為20或25的螺桿，因為無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料中含有高填充的氫氧化鎂、氫氧化鋁，在長徑比L/D為25的螺桿中受熱時間較長后無機阻燃劑分解造成擠出表面變差；就螺桿壓縮比、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒間隙等方面而言，壓縮比越大、螺桿與料筒間隙越小對塑料產生的剪切作用和擠壓力越大，容易引起物料機械分解。螺桿的選擇也是無鹵低煙阻燃料擠出的關鍵，屏障式螺桿、銷釘型螺桿、雙螺紋螺桿都不適應無鹵低煙阻燃料的擠出，這些都對阻燃聚烯烴電纜料的擠出不利，易造成不良擠出表面，擠出設備中另一影響阻燃聚烯烴電纜料擠出性能的因素是擠出機的冷卻裝置，因阻燃聚烯烴電纜料都含有一定數量的填充，在擠出過程中會摩擦生熱，這就要求擠出機要有較好的冷卻裝置才能保證穩定地控制工藝溫度。因此，低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料更加要求擠出機要有良好的冷卻裝置，經多次實踐表明，熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料只有保證控溫良好，才能做到擠出表面穩定，這是由該類材料的本性所決定的。阻燃熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料與非阻燃聚烯烴電纜料不同之處在于前者含有阻燃填充劑，由于其配方體系發生了變化，致使擠出溫度也有所不同，而且在不同的擠出設備上，因擠出機的螺桿結構不同，冷卻方式的不同而存在著很大的差異。對于阻燃聚烯烴電纜料來說，擠塑時螺桿轉速設置也是一個不容忽視的問題，基其配方特點，擠塑時它不可能達到普通阻燃聚烯烴電纜料那樣快的螺桿轉速，其原因主要為：

1、螺桿轉速快，物料受到剪切作用大，易引起其中的阻燃劑熱分解；

2、螺桿轉速快，后物料摩擦生熱也大，溫度難于控制，易造成阻燃劑受熱分解。無鹵低煙阻燃電纜料在Φ90擠出機上，當螺桿轉速超過20～22r/min時，即使在較低擠出溫度下也會造成無鹵阻燃劑分解，導致擠出表面毛糙。而且在這種情況下對于只有風冷的擠出設備來說，其工藝溫度是難于控制的，溫度會一直往上升。在通過多次生產實踐最終我們選擇了長徑比L/D為20的單紋螺桿擠出機，并對擠出機的冷卻設備進行了改進，把風冷系統改為水冷系統，解決工藝溫度難以控制的弊端。●特殊擠塑模具的選擇。模具的選擇也是無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料擠出質量好壞的關鍵所在，阻燃聚烯烴電纜料與非阻燃聚烯烴電纜料不同之處在于前者含有阻燃劑填充，其中低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料填充量甚至高達150phr以上，這就導致了其在熔融狀態下熔體強度、拉伸比、熔體粘度與非阻燃聚烯烴電纜料存在較大差異，從而要求擠出成型時模具的選配也有所不同。經過我們理論分析與實際經驗的總結，一般來說，阻燃聚烯烴電纜料均適用于擠壓式、半擠管式及擠管式模具。使用擠壓模時，因阻燃聚烯烴電纜料熔體粘度大，使得機頭壓力增加，擠出制品壓得較密實，導致離模時會有所膨脹，可選取模套內徑尺寸比成品的標稱直徑小5%左右；使用半擠管式右擠管式模具時，必須考慮到阻燃聚烯烴電纜料的拉伸比。經過工藝試驗發現普通阻燃電纜料拉伸比可達6～7左右，低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料拉伸比在2.5～3.2左右。模具選配拉伸比越小，擠出表面會愈光潔，但這在實際生產中是不大可能的，也不可取。針對阻燃聚烯烴電纜料時，模芯模套采用如下配比較為合理：模芯內徑=繞包層外徑+（0.6～1.5）mm, 模套內徑=電纜標稱外徑+(2～7)mm。經過多次擠出生產，產品外觀及各項工藝性能取得了非常良好的效果。5.試驗設計 我們評價一根電纜是否安全可靠,主要從以下幾個方面考慮: 5.1.燃燒特性。成束燃燒試驗,這項試驗主要考慮電纜在多根并列運行時相互影響的大小,通常按照GB18380-2001來執行,我們這里按照A類阻燃試驗的要求,算出試驗根數按照規定條件進行試驗。5.2.無鹵特性。我們主要通過測量電纜燃燒后氣體的鹵酸釋放量也就是PH值或電導率值來確定其是否達到無鹵特性，因為我們知道酸中氫離子和氯離子的數量是相等的。5.3.煙密度。由于電纜一旦發生問題，如果產生大量的煙霧，勢必給救援工作帶來極大的不便，同時大量的煙霧對人和環境都有很大壞處。5.4.煙氣毒性。有時電纜雖然沒有很大的煙霧，但是如果燃燒后釋放的氣體有大量的毒性，仍然會造成人員的傷亡，所以我們按照GA312－2001，通過小白鼠試驗對其毒性進行測試。6.交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜的優點交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜具有許多優點： ①燃燒載荷低，電纜敷設密度較高； ②比一般的無鹵低煙電纜阻燃性能好，且燃燒后氣體無鹵素，低毒，低煙屬環保型產品，可靠性高，可以減少其他防火措施； ③保險費用在某些情況下顯著降低。交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜在我國也已有大量使用的紀錄，在首都國際機場、上海地鐵曾大量的使用，但大部分關鍵線路由于一般開發出的低煙無鹵電纜阻燃性能低，要依賴進口的無鹵低煙低毒阻燃電纜，我廠高質量的交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜研制成功，可緩解國內緊張的需求。交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜的研制開發成功，使我們在產品系列上和檔次上產生了質的飛躍，并可根據用戶生產出地鐵專用隔氧層阻燃電力電纜，該電纜有優異的抗白蟻性能，安全可靠，對人及環境無污染，可以視同一般電線電纜敷設和安裝，我們已完全掌握了交聯聚乙烯絕緣隔氧層阻燃電纜的結構設計和材料選用。7.結束語我們開發的交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜新產品經測試，其各項安全性能指標達到了國際行業標準的水平，炭化高度為1.5米，遠低于GA306-2001要求的2.5米，其阻燃性能超過成束燃燒試驗A類標準，煙濃度指標透光率達到90%（達到公安部GA306-2001規定的一級A類中要求的最小透光率為80%），煙氣毒性主要表現為麻醉性，按照GA132-1996判定該材料煙氣毒性為準安全級二級（ZA2）,該產品的研制成功，使高性能的交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜的大量推廣成為可能。因為其絕緣采用一般的絕緣代替低煙無鹵絕緣，不僅大大增強了絕緣性能，也大大降低了生產成本，而其阻燃性能不但沒有減弱反而增強，標志著我廠在開發消防安全系列的產品上又上了一個新臺階，填補了自治區在消防電纜產品中的又一項空白，將為保障國家和人民生命財產做出重大貢獻，因此開發該產品不僅有良好的經濟效益，而且也具有良好的社會效益。