PVC電纜料的配方技術(shù)及應(yīng)用

1、f/J由血型決九號(hào)題目：PVCPVC 電纜配方技術(shù)及 C C 應(yīng)用專(zhuān)業(yè)：材料工程技術(shù)（新材料）班級(jí)：材料 131131學(xué)生姓名：嵇敏學(xué)號(hào)：130301117130301117指導(dǎo)教師：馬群鋒時(shí)間：20152015 年 1 1 月摘要以聚氯乙烯為基礎(chǔ)樹(shù)脂，添加環(huán)保型的鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異癸酯對(duì)苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯增塑劑等添加劑,制備了環(huán)保型電纜料。本文介紹了聚氯乙烯電纜料中阻燃抑煙的方法和生產(chǎn)工藝。闡述了 PVC 電纜料阻燃性能的研究進(jìn)展，并揭示了增塑劑、阻燃劑以及填充劑用量對(duì)其阻燃性能的影響。最后，簡(jiǎn)單描述了共混制備阻燃 PVC 電纜料的研究現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞

2、：聚氯乙烯、電纜料、環(huán)保、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、阻燃目錄（一）PVC電纜簡(jiǎn)介4（二）PVC電纜改性42.1鈣/鋅熱穩(wěn)定劑的研究42.2阻燃改性4（三）PVC電纜配方4（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析5.1PVC樹(shù)月旨的選用5增塑劑的選擇5環(huán)保穩(wěn)定劑的選擇7阻燃改性8結(jié)論12（五）結(jié)束語(yǔ)12參考文獻(xiàn)14PVCPVC 電纜配方技術(shù)及其應(yīng)用（一）PVC電纜簡(jiǎn)介PVCfe 纜料是以聚氯乙烯為基礎(chǔ)樹(shù)脂，添加穩(wěn)定劑、鄰苯二甲酸二辛酯，鄰苯二甲酸二異癸酯，對(duì)苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯等增塑劑以及碳酸鈣等無(wú)機(jī)填充物，助劑和潤(rùn)滑劑等添加劑，經(jīng)過(guò)混配捏合擠出而制備的粒子。（二）PVC電纜改性鈣/鋅熱穩(wěn)定劑的研究1阻燃改性2（三）PV

3、C電纜配方耐溫籌圾7060105PVC10010C100IOC都零二甲悔二辛麻30-40-鄒笨二甲碓二異至偉-30-80對(duì)柴二甲除二辛需30-401520IO-2C偏笨三段三辛靖-30-90醇胃豆合穩(wěn)定河3-103-1037c3-10轄增望劑2752-1527515理科5-505-505-505-50泥滑劑。也 502.50-550C5（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析傳統(tǒng)的 PVC 急定劑含有鉛等重金屬，性能雖好卻不環(huán)保，所以用環(huán)保的穩(wěn)定劑替代傳統(tǒng)的重金屬穩(wěn)定劑是必須的，目前研究較多、應(yīng)用較廣的是鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑。蘇朝北34等經(jīng)過(guò)一系列研究， 用國(guó)產(chǎn)鈣/鋅穩(wěn)定劑， 配合適當(dāng)溫度等級(jí)的增塑劑，分別制得了 70

4、,90,105C 的環(huán)保 PVCT 套料，環(huán)彳要求符合 RoHS定,性能可滿足GB/T8815-2002 的要求。4.1PVC 樹(shù)脂的選用選用合適的PVCM脂是設(shè)計(jì)具有良好加工工藝性能的PVC色緣料配方和生產(chǎn)性能良好的電纜的至關(guān)重要的一步。PVS 子量越高，制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彈性模量越高，但熔體的流動(dòng)性與可塑性下降，耐熱耐寒性越好，加工溫度越高。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用聚合度為 1300 左右的聚氯乙烯樹(shù)脂較適合（即 SG-3 型樹(shù)脂）。增塑劑的選擇增塑劑的主要作用是降低聚合物的熔融溫度和熔體粘度，進(jìn)而降低聚合物的加工溫度，賦予聚合物制品以柔軟性和耐低溫性能。通過(guò)配方試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，環(huán)保型 70PVC

5、 匏緣料在 20 及工作溫度下體積電阻率較難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此使絕緣料的熱失重和斷裂伸長(zhǎng)率及體積電阻率同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求是配方研制的關(guān)鍵所在。PVC 樹(shù)脂有良好的絕緣性能，增塑劑的加入會(huì)使絕緣性能降低。選擇電性能好、熱穩(wěn)定性好、揮發(fā)性比較小、增塑效果好的增塑劑才能使絕緣料有較好的電絕緣性能和物理機(jī)械性能。環(huán)保型聚氯乙烯絕緣料中較常使用的增塑劑有：鄰苯二甲酸二辛醋（DOP）鄰苯二甲酸二壬醋（DINP）,鄰苯二甲酸二異癸醋（DIDP）鄰壓苯二甲酸二 H一醋（DUP,鄰苯二甲酸雙十三醇酯（DTDP）對(duì)苯二甲酸二辛醋（DOTP 偏苯三酸三辛酷（TOTMo由 圖1看 出 ， 增 塑 劑 的 揮 發(fā) 性 及

6、 耐 熱 性 優(yōu) 劣 順 序 如下:TOTMDTDPDUPDIDPDINPDOTPDOPo。DOPM 有優(yōu)良的綜合性能，增塑效率高、揮發(fā)性小、耐寒性和電性能等良好，是理想的主增塑劑。但 DO 沖獨(dú)使用難滿足絕緣料電絕緣能性的要求。DOTPfDOP生能相近，但耐寒性、耐熱穩(wěn)定性和電絕緣性都好于 DOP（匕 DOPB18 倍）。因此，需將 DOPWDOTP 曾塑劑配合使用，可獲得所需性能的絕緣料。0510152025I00P下老化時(shí)間（天）圖1含不同增塑劑絕爆料的熱失重塑料的揮發(fā)性小，則制品的熱失重就少，其老化性能就好。其揮發(fā)性主要與所用增塑劑有關(guān)，增塑劑的揮發(fā)性與其閃點(diǎn)有關(guān)，閃點(diǎn)低的揮發(fā)性較大。

7、由表 1 可知:13#的熱失重比其他三個(gè)配方大， 原因是增塑劑加入量較多揮發(fā)量增大所致。熱失重與增塑劑的揮發(fā)、氯化氫的逸出、低分子物質(zhì)的析出等有關(guān)熱失重會(huì)在一定程度上影響塑料的斷裂伸長(zhǎng)變化率。ki 增型劑對(duì)材料熱老化性能的影響配方號(hào)1#741】#13#DOP,價(jià)205253UDOTP、價(jià)20202527熱失重.歐m*IQ2】2It&項(xiàng)6斷裂伸長(zhǎng)變化率.%一80-1Q3126-145由表 2 可知:10#配方在 20 及工作溫度下體積電阻率比 5#配方高，這是因?yàn)殡m然兩個(gè)配方的增塑劑總用量相同，但 10#配方中 DOTP 勺比例較 5#配方多所致;2#配方20 及工作溫度下體積電阻率比

8、5#配方高，這是因?yàn)樵?DOT 歷口入量相同下，2#配方中 DO 歷口入量較 5#配方少，絕緣電阻隨著增塑劑加入量增多而下降所致。另外，從表 2 也可以看出，2#配方的低溫沖擊實(shí)驗(yàn)不合格，這是因?yàn)?2#配方的增塑劑用量較少導(dǎo)致材料的玻璃化溫度升高。因此絕緣電阻與低溫沖擊性能是一對(duì)矛盾，要使他們同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，必須選擇適合的增塑劑并將其添加量控制在合適的范圍。表 2 增塑劑對(duì)材料性能的影響配方號(hào)2#5#10DOP.價(jià)25:期15DOTPt份15153020七體枳電阻率.n mL密1W9%】十L原id：匚作溫度下體積電阻率nmS6僅i3奴UTZ物泌沖擊脆化溫度(一】以)不合格合格合格綜合多方面的

9、因素選取鄰苯二甲酸二辛酯(DOP 和對(duì)苯二甲酸二辛醋 CDOTW為 PVC 的增塑劑。加入 DOTP要是為了提高塑料的電絕緣性能等。環(huán)保穩(wěn)定劑的選擇環(huán)保 PVCfe 緣料的穩(wěn)定劑不能含對(duì)人體有危害的鉛(Pb),鍋 CCd 卜汞(Hg)、神(As)、銘(Cr)、硒(Se)、睇(Sb)等重金屬元素，因此選用無(wú)毒的鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性接近或超過(guò)某些鋼/鍋穩(wěn)定劑、鉛類(lèi)穩(wěn)定劑，并且耐候性好、透明性良好。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑對(duì)熱穩(wěn)定時(shí)間的影響見(jiàn)表 3配方中填充劑 25 份，潤(rùn)滑劑 0.6 份，抗氧劑 0.6。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的加入量太少材料老化性能不合格，加入量太多成本太高，一般加入 5 份左

10、右比較合適。表W 鈣鋅復(fù)年穩(wěn)定劑對(duì)熱檢定時(shí)間的影響配方號(hào)3#8#124DOP,仍202025DOTP*份ia1820環(huán)保復(fù)合穩(wěn)定劑3810約J七熱穩(wěn)定時(shí)間.miJ507594斷裂伸長(zhǎng)變化率.%&6900246S10楞/仲度含穩(wěn)定劑的加入*(份)圖2鈣鋅復(fù)合卷定劑對(duì)PVC絕緣性能的影響阻燃改性5(1)增塑劑用量對(duì)阻燃性能的影響 PVC 電纜料中加入的增塑劑不同，電纜料的阻燃性和發(fā)煙性將會(huì)有所不同。對(duì)于 PVC 電纜料中最常用四種增塑劑：鄰苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、磷酸三甲苯酯和聚酯系增塑劑，它們的阻燃性有很大的區(qū)別，科學(xué)家們做了相關(guān)的研究工作。在軟質(zhì) PVC10O 中力口入了 30

11、60 份的增塑劑，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)增塑劑含量增加時(shí)，PVC 的氧指數(shù)降低。對(duì)于不同的增塑劑，下降的快慢程度基本一致。并且含磷酸三甲苯酯的 PVCM 有最高的氧指數(shù)，它比含有鄰苯二甲酸二辛酯的 PVC 的氧指數(shù)約高 5。對(duì)發(fā)煙量的研究顯示，含鄰苯二甲酸二辛酯和磷酸三甲苯酯的 PVC 的發(fā)煙量隨著增塑劑的含量的增加而增加。但是含偏苯三酸三辛酯和聚酯系增塑劑的 PVC 具有相反的結(jié)果。(2)阻燃劑用量對(duì)阻燃性能的影響PVC 電纜料中加入了 Al(OH3,SbQ,硼酸鋅(ZB)等無(wú)機(jī)阻燃劑， 它們的用量對(duì) PVC的阻燃性能影響很大，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此作了很多相關(guān)的研究。聶紅云等人研究了 SbQ及Sb2O3/ZB

12、復(fù)配阻燃劑添加量對(duì)PVC氧指數(shù)的影響。 他們發(fā)現(xiàn)隨著Sb2O3的增力口，PVC 電纜料的極限氧指數(shù)呈直線上升趨勢(shì)，在納米 Sb2O3 的添加量大于 1.5 份時(shí)，納米 Sb2O3 寸 PVC 勺氧指數(shù)貢獻(xiàn)大于微米級(jí) Sb2O3 他們還研究了 PVC 在 Sb2O*ZB 的質(zhì)量比不同的時(shí)候的氧指數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量比的增加，氧指數(shù)下降。這就是說(shuō)，加入Sb2O 如多，PVC 的阻燃性能越高，但是由于 Sb2O3 介格比較昂貴，所以一月加入Sb2O3 的量不是很高， 只要能保證一定的阻燃性即可。 并且加入的 ZB 可以用作消煙劑，將 ZB 與 Sb203M 合使用將使得 PVC 電纜料在具有合適的氧指數(shù)

13、的同時(shí)還具有低的生煙量。青島科技大學(xué)的黃兆閣6除了研究了 ZB 和 Sb2O3 勺添加量對(duì)阻燃性能的影響，還研究了 Al(OH3 用量對(duì)阻燃性能的影響，整體上，得到了這樣的規(guī)律：隨著阻燃劑用量的增加，PVC 電纜料的阻燃性能有了明顯的提高。(3)填充劑用量對(duì)阻燃性能的影響在 PVC 電纜料中，通常需要加入一定量的填充劑。如果我們加入滑石和陶土作為填充劑時(shí)氧指數(shù)提高 1 到 2 倍，但是電纜料的燃燒速度也會(huì)加倍，最大減光系數(shù)不變。如果加入 Al(OH3 作為填充劑，燃燒速度增加 50%氧指數(shù)增加， 最大減光系數(shù)下降， 所以它對(duì)發(fā)煙量抑制的效果較好。 在 PVC中也通常加入 CaCO3M 充齊【J

14、,科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，隨著 CaCO3 加入量的增加，PVC電纜料的氧指數(shù)下降，且最大減光系數(shù)也下降，所以加入 CaCO3 勺量不能太多，否則會(huì)影響到電纜料的阻燃抑煙效果。但是 CaCO 列以作為 HCl 氣體的捕獲劑，具有非常顯著的效果?；九浞絇VC100 份;DOP30 份；氯化石蠟 1025 份；穩(wěn)定劑 3 份;CaC031030 份；其他助劑 1.2 份；阻燃劑為變量。性能測(cè)試極限氧指數(shù)(L01)按國(guó)標(biāo) GB/T2406-2006 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸100mmx6.5mmx3.2mm.力學(xué)性能按國(guó)標(biāo) GB/T1040-2006 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣為 V 型試樣，拉伸速度為 250m

15、m/min.結(jié)果與討論用物份用物份圖 3 不同三氧化二睇添加量下 PVC 電纜料的極限氧指數(shù)圖 3 所示為添加不同量的三氧化二睇后 PVC 電線電纜料的極限氧指數(shù)。從圖中可以看出，隨著三氧化二睇添加量的增加，PVC 電纜料的極限氧指數(shù)呈直線上升趨勢(shì)，在納米三氧化二睇的添加量大于 1.5 份時(shí)一，納米三氧化二睇對(duì) PVC的氧指數(shù)貢獻(xiàn)大十微米級(jí)三氧化二睇。在氧指數(shù)為 35%寸一，納米三氧化二睇的添加量可以比微米級(jí)三氧化二睇少 20%。這是因?yàn)榧{米級(jí)三氧化二睇阻燃材料由十粒度變小具有了特殊的延展性能，可均勻分散十聚合物材料中，具比表面積的增大使其在阻燃過(guò)程中能有效地生成 SbX3,采用凝聚相阻燃和減

16、少鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自由基OH 來(lái)實(shí)現(xiàn)阻燃，在阻燃性能方面比微米級(jí)三氧化二睇有數(shù)量級(jí)的提高z-o。雖然納米三氧化二睇可以在較低的添加量下達(dá)到比較高的氧指數(shù)，然而由十三氧化二睇阻燃機(jī)理是氣相阻燃與固相阻燃同時(shí)一進(jìn)行，所以，以納米三氧化二睇阻燃的 PVC 電纜料的生煙量還是比較大，考慮煙氣對(duì)火災(zāi)中逃生的不利影響，我們將具有抑煙功能的硼酸鋅引入阻燃劑體系中。硼酸鋅（ZB）與納米三氧化二睇復(fù)配阻燃劑對(duì) PVC 氧指數(shù)的影響圖 4Sb2O3/ZB 不同比例下 PVC 電纜料的極限氧指數(shù)圖 2 所示為添加 5 份不同比例硼酸鋅與三氧化二睇時(shí) PVC 電纜料的極限氧指數(shù)！從圖中可以看出，隨著復(fù)合阻燃劑中三氧化二睇添加

17、量的增加，PVC 電纜料的 LOI 增加。眾所周知，三氧化二睇與鹵系阻燃劑協(xié)效可以達(dá)到一般阻燃劑無(wú)法企及的綜合性能，然而目前三氧化二睇的價(jià)格一漲再漲，改性塑料尤其是 PVC 這種利潤(rùn)比較低的改性材料已經(jīng)難以承受！硼酸鋅價(jià)格低廉，且據(jù)前人研究可以作為 PVC 的阻燃消煙劑!DB!本研究中發(fā)現(xiàn)，將硼酸鋅與三氧化二睇復(fù)合后材料的生煙量大大降低，這使得該阻燃劑在達(dá)到適合氧指數(shù)的同時(shí)具有較低的生煙量。硼酸鋅（ZB）與納米三氧化二睇復(fù)配阻燃劑對(duì) PVC 力學(xué)性能的影響圖 5 所示為 Sbz03/ZB 不同比例下 PVC 電纜料的力學(xué)性能。 從圖中可以看出，隨著硼酸鋅比例的增加，PVCt 纜料的拉伸強(qiáng)度呈下

18、降趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率先有一個(gè)微小的升高后降低的趨勢(shì)，但拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的降低均不明顯，拉伸強(qiáng)度最大降低7.5%，斷裂伸長(zhǎng)率最大降低 9.47%。這是因?yàn)槭褂玫呐鹚徜\為微米級(jí)的硼酸鋅，其粒徑分布為 210 微米，與納米三氧化二睇相差不大，因此對(duì)力學(xué)性能的影響不明顯。圖 5Sb2O3/ZB 不同比例下 PVC 電纜料的力學(xué)性能4.5 結(jié)論1） 納米三氧化二睇對(duì) PVC 的氧指數(shù)貢獻(xiàn)大十微米級(jí)三氧化二睇， 當(dāng)氧指數(shù)為 35%寸一，納米三氧化二睇的添加量可以比微米級(jí)三氧化二睇少 20%2）納米三氧化二睇與硼酸鋅復(fù)合后材料的氧指數(shù)降低，這說(shuō)明硼酸鋅對(duì)氧指數(shù)的貢獻(xiàn)小十三氧化二睇，但復(fù)配后材料的生煙量大大降低，材料的整體成本也降低。3）隨著復(fù)配阻燃劑中硼酸鋅比例的增加，PVC 電纜料的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率先有一個(gè)微小的升高后降低的趨勢(shì)，但拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的降低均不明顯，拉伸強(qiáng)度最大降低 7.5%,斷裂伸長(zhǎng)率最大降低