無增塑阻燃pvc冷彎穿線管的研究

無增塑阻燃pvc冷彎穿線管的研究

隨著我國塑料工業(yè)的發(fā)展，高科技塑料材料的含量不斷提高。硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)管作為建筑用塑料制品發(fā)展得很快,尤其在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家中,其總消耗量已占塑料管材的80%以上,其中建筑用PVC冷彎穿線管已達(dá)90%以上。我國的建筑穿線管目前普遍采用聚乙烯(PE)管、硬質(zhì)PVC管和PVC波紋管,但PE管不阻燃、彎曲回彈;硬質(zhì)PVC管不能彎曲;PVC波紋管雖能彎曲,但內(nèi)壁的波紋又會(huì)造成施工穿線困難,這三種建筑穿線管都難以滿足建筑業(yè)的要求。無增塑阻燃PVC冷彎穿線管(以下簡稱冷彎穿線管)在建筑業(yè)的應(yīng)用,克服了上述穿線管的不足,同時(shí)還具有優(yōu)良的理化性能,深受建筑業(yè)的喜愛。1冷彎穿線管生產(chǎn)工藝的確定1.1產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求冷彎穿線管是以PVC樹脂為主,其它改性劑為輔,經(jīng)過混合造粒、擠出而成的管材制品。在配方設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)滿足以下要求:(1)可冷彎、不斷裂;(2)產(chǎn)品冷彎后,不出現(xiàn)回彈現(xiàn)象;(3)阻燃性能好;(4)電絕緣性能好;(5)低溫性能好,適于常年應(yīng)用。1.2東寧塑料工廠塑料擠出機(jī)組:SJ-65/20,山東濟(jì)寧塑料機(jī)械廠;塑料造粒機(jī)組:SZL-55,山東塑料機(jī)械廠;高速混合機(jī):GHJ-100Q,山東塑料機(jī)械廠。1.3冷彎穿線管的材料制備冷彎穿線管材料配方見表1。1.4冷彎穿線管生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)硬質(zhì)PVC管材,一般采用造粒后再用單螺桿擠出機(jī)擠出成型的工藝路線。由于單螺桿擠出機(jī)組直接應(yīng)用粉狀料擠出管材,產(chǎn)品表面常因混煉較差,易出現(xiàn)管壁厚度不均勻、光滑度較差、管材內(nèi)壁粗糙、強(qiáng)度低等缺陷,而采用雙螺桿擠出機(jī)擠出成型,雖物料塑煉較好,管材密實(shí),但設(shè)備投資較大,制品表面光滑度也不及造粒后擠出制品。因此,冷彎穿線管生產(chǎn)易采用先造粒后擠出成型工藝。生產(chǎn)冷彎穿線管的工藝流程示意圖如圖1所示。根據(jù)物料的狀況,生產(chǎn)?16mm×1.2mm冷彎穿線管的擠出成型工藝條件為:料筒溫度一段145～160℃,二段170～175℃,三段175～180℃,四段175～180℃;機(jī)頭溫度175～185℃;螺桿轉(zhuǎn)速15～20r/min。1.5性能試驗(yàn)冷彎穿線管性能測試按建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG3050-1998《建筑用絕緣電工套管及配件測試方法》測試。2結(jié)果與討論2.1研磨法gs-5樹脂冷彎穿線管為硬質(zhì)產(chǎn)品,所選樹脂聚合度愈高,其物理力學(xué)性能及耐熱性愈好,但樹脂流動(dòng)性愈差,加工愈困難。因此一般選用粘度為1.7×10-3～1.8×10-3Pa·s的SG-5樹脂為宜。另外,采用疏松型樹脂,可增加物料在擠壓過程中的摩擦熱,提高物料塑化的均勻性,并提高制品質(zhì)量。2.2改性pvc體系的初步篩選冷彎穿線管在常溫下彎曲易斷裂,在冬季(如在-10℃)應(yīng)用時(shí),彎曲韌性受環(huán)境溫度影響較大。高質(zhì)量的冷彎穿線管要有優(yōu)異的低溫韌性。增韌改性劑的選擇,是冷彎穿線管配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一,良好的增韌改性劑應(yīng)滿足以下要求:(1)具有適宜的加工性、分散性;(2)優(yōu)異的低溫韌性;(3)優(yōu)異的阻燃性;(4)良好的耐老化、耐候性;(5)優(yōu)良的耐油、耐化學(xué)藥品性;(6)優(yōu)異的電性能,可有效防止電暈放電引起的電暈龜裂。常用硬質(zhì)PVC的抗沖改性劑有氯化聚乙烯(PE-C),丙烯酸酯共聚橡膠(ACR),丁腈橡膠(NBR)等。圖2給出了不同的增韌改性PVC體系的脆-韌轉(zhuǎn)變溫度隨改性劑及其含量的變化關(guān)系。由圖2可以看出,對(duì)降低PVC的脆-韌轉(zhuǎn)變溫度來說,PE-C最為有效,NBR次之,ACR效果較差。NBR和ACR價(jià)格較高,ACR低溫韌性較差,故本實(shí)驗(yàn)確定采用綜合性能較佳的PE-C。因PE-C具有塑性、橡膠雙重特性,并可作為PVC的內(nèi)增塑劑,有永久性的柔曲性,最終我們選用了135A型的PE-C。2.3pe-c用量對(duì)簡支梁沖擊強(qiáng)度的影響PE-C有良好的低溫增韌性能,可使PVC的脆性溫度達(dá)-70℃,除了能獲得良好的增韌效果外,還能保持其原有的耐熱性和剛度。在配方設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮加入的份數(shù),而且也要考慮材料成本問題,圖3給出了材料在常溫和低溫下的簡支梁沖擊強(qiáng)度隨PE-C含量的變化曲線。由圖3可見,隨著PE-C用量的增加,常溫和低溫下的缺口沖擊強(qiáng)度均在增高。當(dāng)含量超過12份時(shí),體系沖擊強(qiáng)度的提高趨于平緩,這表明PVC/PE-C體系在PE-C含量為10～12份時(shí)存在脆-韌轉(zhuǎn)變。綜上所述,PE-C添加量以10份為宜。2.4改性劑添加量對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響采用PE-C改善PVC的柔韌性,產(chǎn)品彎曲后有回彈現(xiàn)象。而冷彎穿線管的基本要求是:用彈簧彎曲的穿線管,當(dāng)抽去彈簧后,冷彎穿線管不應(yīng)有回彈現(xiàn)象。因此,如何解決管材的回彈現(xiàn)象是該產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。眾所周知,添加分子取向度小、流動(dòng)性差的改性劑可有效降低制品的回彈性,而滿足要求的大多是無機(jī)填充劑。我們通過對(duì)常用的碳酸鈣、滑石粉、高嶺土等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),確定采用價(jià)格低廉、白度高、易與其它組分混合的輕質(zhì)碳酸鈣(40μm)作為冷彎定型改性劑。另外,利用CaCO3的高白度(95%左右)與鈦白粉并用,既能增加冷彎穿線管的白度,又可改善冷彎時(shí)產(chǎn)生的白化現(xiàn)象。2.5pe-c改性pvc體系的拉伸性能在冷彎穿線管配方中CaCO3添加量的多少,對(duì)制品的力學(xué)性能有顯著的影響。CaCO,用量過多,制品的硬度提高,回彈性小,但拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率均下降,易彎曲斷裂;用量過少,制品的回彈性大,不易彎曲定型。圖4、圖5給出CaCO3用量對(duì)PVC體系的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響。圖6給出了CaCO3用量對(duì)PE-C改性PVC體系冷彎回彈性的影響。由圖4～圖6可見,隨著CaCO3用量的增加,拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、回彈性均有較大變化,在CaC03用量為10份時(shí),沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)一最大值,且回彈性控制在10%以內(nèi),可滿足施工要求。3阻燃caco3本共混料為不添加增塑劑的體系。PVC樹脂本身難燃,離開火焰自熄;在體系中加入了阻燃性能優(yōu)良的三氧化二銻,且與氯化石蠟并用具有優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng)。另外,PE-C因含有較多的氯,具有優(yōu)異的耐燃性,CaCO3為無機(jī)填料,本身不燃燒。因此,該共混料體系具有阻燃效果,按照J(rèn)G3050-1998進(jìn)行測試,完全達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。按照J(rèn)G3050-1998《彎曲性能試驗(yàn)方法》對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。將規(guī)格為025mm的冷彎穿線管在常溫和低溫(本試驗(yàn)為-5℃)下分別進(jìn)行試驗(yàn),按要求將彈簧插入冷彎穿線管內(nèi),固定后進(jìn)行彎曲。在進(jìn)行的兩組(各為三根試樣)試驗(yàn)中,冷彎穿線管均無損傷且表面無可見裂紋,達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。