電線電纜用塑料材料

電線電纜用塑料材料

張爾梅二0一0年十一月第一頁，共五十一頁。電纜與材料

電纜用高分子材料

1、塑料2、橡膠3、其它一、概況第二頁，共五十一頁。電線電纜用塑料

1、聚氯乙烯2、聚烯烴3、其它第三頁，共五十一頁。聚氯乙烯（PVC）國(guó)標(biāo)PVC電纜料UL標(biāo)準(zhǔn)用PVC電纜料歐盟及VDE標(biāo)準(zhǔn)用PVC電纜料阻燃型PVC電纜料耐寒、柔軟型PVC電纜料耐油型PVC電纜料環(huán)保型PVC電纜料其它聚烯烴熱塑性聚烯烴聚乙烯聚丙烯黑色聚乙烯阻燃聚乙烯交聯(lián)型聚烯烴過氧化物交聯(lián)聚乙烯硅烷交聯(lián)聚乙烯輻照交聯(lián)聚乙烯阻燃交聯(lián)聚烯烴第四頁，共五十一頁。二、塑料助劑在電纜料中的應(yīng)用

第五頁，共五十一頁。電線電纜用塑料（簡(jiǎn)稱電纜料）的品種有聚氯乙烯、聚烯烴、氟塑料及其它塑料（聚苯乙烯、聚脂胺、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯等）。其中聚氯乙烯，聚烯烴用量占絕大多數(shù)，為此本文主要介紹在聚氯乙烯和聚烯烴電纜料中塑料助劑的應(yīng)用及其對(duì)塑料性能的影響。塑料主要是由合成樹脂組成的，它決定了塑料材料基本性能。但是單獨(dú)使用樹脂不能滿足各種電線電纜的特殊性能要求和加工性能要求，必須添加各種塑料助劑才能制成多品種電纜料滿足市場(chǎng)要求。第六頁，共五十一頁。（一）、塑料助劑在聚氯乙烯電纜料中的應(yīng)用

增塑劑穩(wěn)定劑抗氧劑填充劑潤(rùn)滑劑著色劑阻燃劑共混改性劑第七頁，共五十一頁。1、增塑劑增塑劑是電線電纜用聚氯乙烯塑料中重要的配合劑。增塑劑由于它能在聚氯乙烯分子結(jié)構(gòu)的極性基團(tuán)之間起溶劑化作用，將聚氯乙烯分子間的距離拉大并起衡釋作用，所以能增加塑性，高速物理力學(xué)性能，改進(jìn)工藝性能。

增塑劑的性能要求增塑劑的種類增塑劑對(duì)聚氯乙烯塑料性能的影響1）相溶性和塑化性能5）耐熱性2）增塑效率6）耐寒性3）力學(xué)性能7）耐遷移性及耐抽出性4）電絕緣性能8）阻燃性第八頁，共五十一頁。2、穩(wěn)定劑

對(duì)穩(wěn)定劑的要求穩(wěn)定劑的類型

1）鉛系穩(wěn)定劑

2）金屬皂類穩(wěn)定劑

3）無鉛穩(wěn)定劑第九頁，共五十一頁。3、抗氧劑為了防止塑料在加工過程中，以及在長(zhǎng)期使用過程中由于氧的作用而產(chǎn)生降解、交聯(lián)，常在塑料中加入抗氧劑，這對(duì)于耐熱聚氯乙烯塑料更具重要意義。第十頁，共五十一頁。4、填充劑電線電纜用聚氯乙烯塑料中添加填充劑的目的：一是為了降低產(chǎn)品成本，起增量劑的作用二是為了改善某些性能

填充劑的要求及類型

填充劑對(duì)PVC塑料性能的影響

1）物理力學(xué)性能

2）電絕緣性能

填充劑的選用

第十一頁，共五十一頁。5、潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑用量雖少，但卻是聚氯乙烯塑料不可缺少的一種添加劑。潤(rùn)滑劑的加入，減少了摩擦效應(yīng)和塑料對(duì)加工設(shè)備金屬表面的粘附性，也減少樹脂熔化過程中樹脂粒子之間和熔化后樹脂大分子之間摩擦生熱效應(yīng)。

潤(rùn)滑劑的種類

潤(rùn)滑劑對(duì)塑料加工性能的影響

第十二頁，共五十一頁。6、著色劑聚氯乙烯塑料的著色除了使制品有鮮艷的色澤，滿足美觀的需要外，還能改進(jìn)耐氣候性，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)塑料通信電纜和電力電纜，賦予線芯以不同顏色，從而便于安裝、使用和檢修。

著色劑對(duì)塑料性能的影響如下：耐氣候性

電絕緣性能

重金屬含量第十三頁，共五十一頁。7、阻燃劑用于PVC塑料的阻燃劑最有效果的三氧化二銻（Sb2O3），

氯化石蠟也有效果，此外，還有氫氧化鋁、氫氧化鎂和磷酸酯類增塑劑等。也可加入溴類阻燃劑，但注意相容性和RoHS標(biāo)準(zhǔn)要求。第十四頁，共五十一頁。8、共混改性劑聚氯乙烯可以通過添加高分子改性劑進(jìn)行改性，提高制品性能，從而擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

在聚氯乙烯電纜料中常用的共混改性劑有：

丁腈橡膠（NBR）

氯化聚乙烯

乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）

第十五頁，共五十一頁。（二）、塑料助劑在聚烯烴電纜料中的應(yīng)用

1、抗氧劑聚合物的氧化是一種自動(dòng)催化連鎖反應(yīng)的老化過程?？寡鮿┑淖饔檬且种苹蜓永m(xù)聚合物的氧化反應(yīng)，其原理就在于抗氧劑能消除氧化反應(yīng)中生成的過氧化游離基，還原烷氧基或烴基游離基，以及分解過氧化物，從而使氧化鏈反應(yīng)終止，以達(dá)到防止聚合物氧化的目的。聚烯烴中用的抗氧劑有酚類、胺類、亞磷酸酯類和硫酯類。

第十六頁，共五十一頁。2、光穩(wěn)定劑聚乙烯中最常用的光穩(wěn)定劑是紫外光吸收劑和光屏蔽劑。

紫外光吸收劑能夠強(qiáng)烈地吸收紫外線，并將其能量轉(zhuǎn)變成無害的熱能形式放出。此類物質(zhì)有水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類，例如UV327等。

當(dāng)無彩色要求時(shí)，可使用黑色。聚乙烯耐候性的好壞，關(guān)鍵在于炭黑的粒徑、含量和分散度。

第十七頁，共五十一頁。3、交聯(lián)劑聚乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，然而它的熔點(diǎn)較低，從而影響了聚乙烯在電纜上使用時(shí)的耐熱等級(jí)，為此在高壓電纜和耐高溫電纜方面較廣泛使用交聯(lián)聚乙烯。

聚乙烯交聯(lián)方法有三種：過氧化物交聯(lián)，硅烷交聯(lián)和輻照交聯(lián)。

第十八頁，共五十一頁。4、阻燃劑聚烯烴是易燃材料，氧指數(shù)18左右，因此成為阻燃聚烯烴，必須添加大量的阻燃劑。

阻燃劑分為有鹵和無鹵二類。

含鹵阻燃材料在燃燒時(shí)具有良好阻燃效果，然而在燃燒時(shí)釋放出窒息的鹵化氫氣體和產(chǎn)生較大煙霧，從而使人窒息而亡或者逃生辨不明方向，因此各國(guó)都致力于環(huán)保型電纜材料即低煙無鹵阻燃聚烯烴的研究，并在重要工程，人員密集和地下工程（軌道交通）中規(guī)定采用無鹵阻燃材料。

第十九頁，共五十一頁。三、電纜用塑料品種介紹

第二十頁，共五十一頁。（一）、聚氯乙烯（PVC）電纜料

國(guó)標(biāo)PVC電纜料UL標(biāo)準(zhǔn)用PVC電纜料歐盟及VDE標(biāo)準(zhǔn)用PVC電纜料阻燃型PVC電纜料·阻燃型·高阻燃型·低煙低鹵型耐寒、柔軟型PVC電纜料耐油型PVC電纜料環(huán)保型PVC電纜料其它，如輻照交聯(lián)PVC，防鼠、防蟻等。第二十一頁，共五十一頁。（二）、聚烯烴電纜料

聚乙烯聚丙烯黑色聚乙烯阻燃聚乙烯·有鹵阻燃·無鹵阻燃1、熱塑性聚烯烴第二十二頁，共五十一頁。過氧化物交聯(lián)聚乙烯硅烷交聯(lián)聚乙烯輻照交聯(lián)聚乙烯阻燃交聯(lián)聚乙烯·有鹵阻燃·無鹵阻燃2、交聯(lián)型聚烯烴第二十三頁，共五十一頁。聚醚醚酮（PEEK）最初作為戰(zhàn)略國(guó)防軍工材料。優(yōu)秀耐高溫性（耐熱250℃）、機(jī)械性能、耐化學(xué)藥品性、耐輻照性、電絕緣性及無鹵阻燃性。聚苯硫醚（PPS）耐熱200℃～240℃，需改性，可用于汽車線（150℃級(jí)）。柔性聚苯醚（PPO）PPO與ABS、SBS改性。GE公司已提供市場(chǎng)。（三）、高性能無鹵阻燃材料第二十四頁，共五十一頁。四、環(huán)保型聚氯乙烯(PVC)電纜料第二十五頁，共五十一頁。歐盟于2003年頒布WEEE和ROHS指令POHS消費(fèi)性產(chǎn)品中禁用有害物質(zhì)（18種）PAHS多環(huán)芳烴2005/69/EC規(guī)范REACH化學(xué)品管理法律鄰苯二甲酸酯2005/84/EC和2007/19/EC指令，2008年4月1日實(shí)施索尼公司SS-00259規(guī)范（一）、引言第二十六頁，共五十一頁。（二）、電子電氣設(shè)備用材料有害物質(zhì)含量指標(biāo)要求第二十七頁，共五十一頁。

1、ROHS2002/95/EC指令（ROHS）——重金屬穩(wěn)定劑和溴系阻燃劑——2003年1月

中國(guó)出口總量的70%以上涉及到RoHS指令，——2004年出臺(tái)了《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》、公安部制定了《公共場(chǎng)所阻燃制品及組件燃燒性能要求及標(biāo)識(shí)》第二十八頁，共五十一頁。

2、POHS《消費(fèi)性產(chǎn)品中禁用特定有害物

質(zhì)》—2008年12月1日實(shí)施——涵蓋幾乎所

有消費(fèi)品（包裝、輪胎、玩具等）——禁止

18種物質(zhì)1、HBCDD:六溴環(huán)十二烷

2、TBBPA:四溴雙酚A

3、碳氯化石臘

4、As:砷及其化合物

5、Pb:鉛及其化合物

6、Cd:鎘及其化合物

7、TBT:三丁基錫

8、TPT:三苯基錫

9、DEHP:鄰苯二甲酸二己酯10、五氯苯酚

11、二甲苯麝香

12、酮麝香

13、雙(氫化牛油烷基)二甲基

氯化胺

14、二硬脂基二甲基氯化胺

15、二(硬化牛油)二甲基氯化胺

16、雙酚A17、全氟辛酸銨

18、三氯生第二十九頁，共五十一頁。

3、多環(huán)芳烴2005/69/EC——2010年1月1

日實(shí)施—塑料制品、橡膠制品歐盟在2005/69/EC中對(duì)8種強(qiáng)致癌性多環(huán)芳烴作了嚴(yán)格限制，其含量總和必須小于10mg/kg，其中苯并芘小于1mg/kg。此外，歐盟REACH法規(guī)規(guī)定輪胎中使用的多環(huán)芳烴含量應(yīng)小于輪胎質(zhì)量的0.1%(即1000mg/kg)。第三十頁，共五十一頁。

4、鄰苯二甲酸酯2005/84/EC和

2007/19/EC指令——2008年4月1日實(shí)施——

玩具和兒童用品

增塑劑 含量限制 遷移限制DNDP+DNOP1000mg/kg 5mg/kgDEHP 1000mg/kg 1.5mg/kgDBP 500mg/kg 0.3mg/kgDIDP 1000mg/kg 9mg/kgDINP 1000mg/kg 9mg/kgBBP 1000mg/kg 30mg/kgPVC塑料、PVC糊、PVC密封膠、油墨、化妝品ATBC乙酰檸檬酸酯（替代）第三十一頁，共五十一頁。某些客戶還提出了如下要求：1、

不得含有多氯聯(lián)苯、多氯化奈類和氯化石蠟。2、

不得含有機(jī)錫化合物和偶氮化合物類。3、不得含DOP或不得含鄰苯二甲酸酯類（如DEHP、DBP、BBP、DINP、DNOP、DIDP）總量≤1000ppm。4、

不得含PAHS（多環(huán)芳烴），共有16種材料，總含量≤8～20ppm。5、

壬基酚含量≤100ppm。第三十二頁，共五十一頁。（三）、環(huán)保PVC電纜料配方組分的分析和討論1、穩(wěn)定劑鉛穩(wěn)定劑無鉛穩(wěn)定劑有機(jī)錫穩(wěn)定劑稀土穩(wěn)定劑鋇／鋅復(fù)合穩(wěn)定劑鈣／鋅復(fù)合穩(wěn)定劑

第三十三頁，共五十一頁。使用無鉛穩(wěn)定劑可能會(huì)出現(xiàn)的問題：熱穩(wěn)定時(shí)間較短。初期變色時(shí)間短。穩(wěn)定劑貯存時(shí)間長(zhǎng)會(huì)變色或減少穩(wěn)定效果。個(gè)別品種穩(wěn)定劑制成塑料表面有析出。個(gè)別品種穩(wěn)定劑使電線銅絲表面發(fā)黑。穩(wěn)定劑本身及制成塑料有氣味。第三十四頁，共五十一頁。2、增塑劑無毒增塑劑的開發(fā)檸檬酸三酯乙酰檸檬酸三酯聚酯3、潤(rùn)滑劑4、著色劑5、其它第三十五頁，共五十一頁。環(huán)保型PVC電纜料典型配方組分名稱用量PVC樹脂無鉛穩(wěn)定劑增塑劑填充劑潤(rùn)滑劑著色劑1003～840～6020～600～1若干第三十六頁，共五十一頁。（四）、產(chǎn)品質(zhì)量體系的控制原材料控制生產(chǎn)設(shè)備和區(qū)域人員培訓(xùn)第三十七頁，共五十一頁。（五）、結(jié)語

環(huán)保型PVC電纜料是PVC電纜料重要發(fā)展方向，在PVC電纜料中比重會(huì)越來越高。無鉛穩(wěn)定劑是環(huán)保型PVC電纜料配方中最重點(diǎn)關(guān)注的組分，它的品種發(fā)展，質(zhì)量提高，價(jià)格的合理下降對(duì)環(huán)保型電纜料發(fā)展是重要保證。PVC電纜料的各種組分包括增塑劑、潤(rùn)滑劑、著色劑、填充劑、穩(wěn)定劑等都要保證有害物質(zhì)不添加，品種要精心選擇。

第三十八頁，共五十一頁。五、低煙無鹵阻燃聚烯烴第三十九頁，共五十一頁。（一）、無鹵阻燃電纜的產(chǎn)生、發(fā)展和環(huán)保指標(biāo)要求·電纜燃燒引發(fā)大量火災(zāi)事故?！び宣u阻燃材料引發(fā)燃燒時(shí)有害物質(zhì)損害?！o鹵阻燃電纜應(yīng)運(yùn)而生?！りP(guān)于電子電氣設(shè)備用材料有害物質(zhì)含量指標(biāo)要求。第四十頁，共五十一頁。（二）、阻燃劑的阻燃機(jī)理

1、鹵系阻燃劑阻燃機(jī)理能終止自由基鏈反應(yīng)，捕獲傳遞燃燒鏈反應(yīng)的活性自由基，切斷燃燒過程中的連鎖反應(yīng)。2、氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼酸類無機(jī)阻燃劑的阻燃機(jī)理能吸收熱分解產(chǎn)生的熱量，降低體系溫度，從而達(dá)到阻燃效果。3、氮系阻燃劑阻燃機(jī)理能稀釋可燃物和氧氣濃度，使之降至著火極限以下。4、膨脹型阻燃劑主要阻燃機(jī)理能促進(jìn)聚合物成炭，減少可燃性氣體的生成，在材料表面形成一層膨松、有吸孔的均質(zhì)炭層起到隔熱、隔氧、抑煙、防止熔滴的作用。

第四十一頁，共五十一頁。（三）、低煙無鹵阻燃電纜料的環(huán)保指標(biāo)

1、ROHS指令要求

電器電子新產(chǎn)品中受限物質(zhì)的最大允許濃度限制為：鉛（Pb)、汞(Hg)、六價(jià)鉻(Cr6+)、多溴聯(lián)苯（PBB）、多溴聯(lián)苯醚（PBDE）為1000ppm,鎘(Cd)為100ppm.。2、POHS2008年12月1日實(shí)施《消費(fèi)性產(chǎn)品中禁用特定有害物質(zhì)》，涵蓋幾乎所有消費(fèi)品（包裝、輪胎、玩具等），禁止使用18種物質(zhì)。第四十二頁，共五十一頁。3、多環(huán)芳烴

2010年1月1日實(shí)施

PAHs指令（2005/69/EC），涵蓋塑料制品、橡膠制品。歐盟在2005/69/EC中對(duì)16種強(qiáng)致癌性多環(huán)芳烴作了嚴(yán)格限制，其含量總和必須小于10mg/kg，其中苯并芘小于1mg/kg。此外，歐盟REACH法規(guī)規(guī)定輪胎中使用的多環(huán)芳烴含量應(yīng)小于輪胎質(zhì)量的0.1%(即1000mg/kg)。4、無鹵阻燃材料無鹵環(huán)保指標(biāo)

鹵酸氣體釋放量最大mg/g5材料燃燒時(shí)析出氣體PH值最小電導(dǎo)率最大μS/mm4.310毒性指數(shù)最大5第四十三頁，共五十一頁。（四）、低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料

我公司根據(jù)客戶的不同要求，以聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯（EVA）或乙烯其它共聚物等為基材，添加氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸類、氮系、膨脹型等阻燃劑，相繼研制開發(fā)了如下低煙無鹵阻燃聚烯烴產(chǎn)品：

第四十四頁，共五十一頁。1、熱塑性無鹵低煙阻燃聚烯烴塑料（1）、無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料供應(yīng)量最大，O.I≥32，具有加工性能優(yōu)良，擠出加工速度快的特點(diǎn)。（2）、無鹵阻燃聚烯烴絕緣料·普通型O.I≥32。·耐熱90℃，拉伸強(qiáng)度≥12.5MPa，能經(jīng)受135℃×7天熱老化及熱變形滿足要求。（3）、無鹵阻燃聚烯烴隔氧層料O.I有35、40、45、50等不同品種。第四十五頁，共五十一頁。（4）、高阻燃聚烯烴護(hù)套料·3521-FO.I為39，斷裂伸長(zhǎng)率為200%?！?521-E3O.I為40，具有良好的結(jié)殼和較低熱釋放速率?！?521-E5O.I為46，燃燒后火焰熄滅快。

·3521-E6燃燒后結(jié)殼明顯，電線電纜燃燒效果好。（5）、高伸長(zhǎng)率無鹵阻燃聚烯烴產(chǎn)品具有較高的伸長(zhǎng)率，且具有好的防開裂性能，在70℃和130℃切口開裂試驗(yàn)中，均具有優(yōu)良抗開裂性。（6）、柔軟型無鹵阻燃聚烯烴產(chǎn)品的硬度ShoreA80～85A，在70℃、80℃下有較好的耐熱變形性能。第四十六頁，共五十一頁。2、輻照交聯(lián)型無鹵阻燃聚烯烴（1）、輻照交聯(lián)無鹵阻燃聚烯烴耐熱等級(jí)有105℃、125℃、135℃、150℃。（2）、耐油型輻照交聯(lián)無鹵阻燃聚烯烴耐油主要耐機(jī)油和耐柴油，此料主要用于船用電纜和機(jī)車車輛用電纜。耐熱等級(jí)主要是105℃和125℃，也試制了耐熱135℃和150℃等級(jí)。第四十七頁，共五十一頁。（3）、高阻燃輻照交聯(lián)無鹵聚烯烴無鹵阻燃材料用于小截面細(xì)線的絕緣料，制成的電線很難通過單根垂直燃燒試驗(yàn)（IEC60332-1），公司生產(chǎn)的3405-V，3405-E5，3425-V，3425-E5，及3450-V等品種，具有氧指數(shù)高，燃燒熱較低等特點(diǎn)，制成交聯(lián)聚烯烴電線即使截面