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非交联125℃PVC电缆料的开发

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第45卷 第4期 2017年4月 聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride Vo1.45,No.4 Apr..2017 【加工与应用】 非交联125℃PVC电缆料的开发 高云方 (浙江峰源管业科技股份有限公司,浙江台州318000; 台州天达源科技有限公司,浙江台州318000) [关键词]PVC;电缆料;非交联;回收利用 [摘 要]通过采用特殊的增塑剂,配合专门开发的超耐热稳定剂,将平均聚合度1 300、2 500的PVC树脂按 质量比1:1混合使用,开发出非交联125 oC PVC电缆料。与交联PVC电缆料相比,该电缆料具有生产工艺简单、 回收利用方便等优点。 [中图分类号]TQ325.3 [文献标志码]B [文章编号]1009—7937(2017)04—0018—04 Development of 125 oC non-crosslinked PVC cable materials GAO Yunfang (Zhejiang Fengyuan Pipe Science&Technology Co.,Ltd.,Taizhou 3 1 8000,China; Taizhou Tiandayuan Science&Technology Co.,Ltd.,Taizhou 3 1 8000,China) Key words:PVC;cable material;non—crosslinking;recovery and utilization Abstract:The non-crosslinked PVC cable materials with 1 25℃heat resistance were developed by using special plasticizer and specially designed stabilizer with extremely heat resistance,and by blending PVC resins with average polymerization degree of 1 300 and 2 500 in mass ratio 1:1.Compared with crosslinked PVC cable materials,the developed cable materials had the advantages of simple production process and convenient recycling. 普通民用电缆料的耐热等级大部分都是7O、 8O、90℃,部分特殊用途(如用在长期高温环境或户 外特殊环境下)的电缆料需要达到125 oC甚至更高 的耐热等级,此时大部分电缆料都采用交联的方式 生产¨ 。但由于交联剂的作用,电缆料无法得到 有效的回收利用,造成资源浪费,而不采用交联方式 生产的电缆料耐热等级又得不到保证。针对这个问 题,笔者以不同聚合度的PVC树脂为基材,加入特 种增塑剂、特殊稳定剂及适量的碳酸钙,开发出非交 行测试评价(因笔者没有查阅到对应的非交联125 oC PVC电缆料的标准,只能参考聚烯烃电缆料的测 试标准)。 PVC的耐热性能主要包含高温环境下的长期 老化性和高温负荷下的耐热变形性。在高温条件下 PVC会脱氯降解,增塑剂会挥发损失,造成PVC材 料硬化发脆而失去柔软性。针对这2个因素,笔者 在105 oC电缆料配方的基础上进行了试验。 联125 oC PVC电缆料,参照美国保险商实验室的标 准UL 1581—2011 Reference Standard for Electrical 1主要原材料 1.1 PVC树脂 Wires,Cables and Flexible Cords中聚烯烃无卤阻燃 电缆料老化测试条件(158℃高温老化7天)对其进 [收稿日期]2016—03—20 105℃电缆料一般选择平均聚合度1 300左右 [作者简介]高云方(1977一),男,高级工程师,《聚氯乙烯》杂志编委会委员,2001年7月毕业于江西理工大学材料与 化学工程学院,现任浙江峰源管业科技股份有限公司副总经理、台州市天达源科技有限公司技术经理,主要从事PVC材料配 方研发、产品加工工艺及质量控制工作。 18 第4期 高云方:非交联125℃PVC电缆料的开发 的PVC树脂,其具有良好的加工性能兼具有良好的 能够在一定程度上锁住增塑剂,减少增塑剂的挥发 电性能、力学性能,同时能够满足耐热要求,包括电 和迁移。综合考虑,将平均聚合度为1 300、2 500的 子线路的一般焊接耐热要求和上锡要求。105 oC电 PVC树脂按1:1的质量比混合,作为基础树脂。 缆料的老化测试条件是136 oC高温老化7天,相比 1.2增塑剂 较158℃高温老化7天而言,老化温度从136 oC提 105 oC电缆料一般选择耐热型TOTM作为主 高到158 oC,要求PVC树脂具有更高的耐热性。平 增塑剂,其分子质量大,耐迁移性好,各项性能都比 均聚合度2 500的PVC树脂就是一个较好的选择。 较理想。有时为了降低成本,还搭配少量DIDP等 由于这种高分子质量的PVC树脂中无规分子链间 耐热型增塑剂。但这几年由于一些国家对邻苯类增 的缠结点较多,具有类似交联的结构,显示出较高的 塑剂的控制,DIDP已经逐渐被淘汰,所以基本上采 弹性、较好的力学性能及耐高低温性能,但流动性能 用TOTM搭配少量环氧大豆油。经试验,采用 相比平均聚合度1 300的PVC树脂稍差,加工温度 TOTM作为主增塑剂无法达到125 oC的耐热等级, 范围较窄,对加工工艺控制要求严格。在日常使用 必须寻找一种分子质量更大、更加耐热的增塑剂作 时,平均聚合度2 500的PVC树脂分子链间的滑移 为替代材料。经过筛选,某超耐热型特种增塑剂可 较困难,这样就会阻止其塑性变形,显示出良好的耐 以作为125℃电缆料的主增塑剂,其与TOTM的性 热变形性能;高分子质量的PVC树脂的分子结构还 能指标对比如表1所示。 表1特种增塑剂与TOTM的性能指标 Table 1 Property indexes of special plasticizer and those of TOTM (I)20℃,钠灯的D线(5893A0)作为光源。 先对该特种增塑剂进行加热减量对比测试,对 250 mL烧杯中,敞口放入高温老化箱直接烘烤,这 比样为TOTM、进口DOTP、国产DOTP、国产AT一 样更接近实际的PVC电缆材料的测试条件。增塑 BC、国产DOP共5种增塑剂,测试温度为160 oC, 剂的加热减量测试结果见表2。 时间为6天。测试时各称取相同体积的增塑剂加入 表2增塑剂加热减量的测试结果 Table 2 Heat loss test results of plasticizers ①“N.D”表示因称重数据和样品原始质量相比,变化低于一0.05%,按质量不变处理。 ②“×”表示因4天称重数据和样品原始质量相比,变化数据已经很大,不需要再做6天后的测试。 由表2可知:该特种增塑剂的耐热性能非常好, 抗变色性、热稳定性方面进步很快,市场应用基本成 不但远远好于通用的DOTP、ATBC、DOP,而且还 熟。根据笔者的生产经验,目前市面上常见的耐热 超过TOTM很多。 型钙锌复合稳定剂基本上都能满足105℃电缆料的 1.3稳定剂 要求。综合考虑,笔者先对市售钙锌复合稳定剂进 从环保方面考虑,可选的稳定剂主要有稀土复 行了考察,测得其刚果红变色时间一般在120 min 合稳定剂、有机锡稳定剂和钙锌复合稳定剂。目前, 左右,还不能满足125 oC电缆料的要求。因此,笔者 电缆料行业常用的稳定剂以钙锌复合稳定剂为主, 与稳定剂厂家合作,专门开发定制用于125℃电缆 主要是由于其绝缘性好、价格低廉、质量稳定。特别 料的环保、耐热型稳定剂。该专用稳定剂开发成功 是最近几年,钙锌复合稳定剂在吸水性、抗析出性、 后,测得其刚果红变色时间达到了220 rain。 1 9 聚氯乙烯 2017生 1.4其他辅助材料 平板硫化仪于185℃将上述由双辊压延机得到的塑 环氧大豆油(环氧值6.2以上)、Sb O (质量分 炼片再次压成片,裁切后与上述塑炼片(各5片)一 数99%)、超细碳酸钙(5.5 m,2 500目)、PE蜡、 同放人老化箱中,于158 oC老化7天,测试老化前后 硬脂酸、抗氧剂等无特殊要求,均为市售。 的拉伸强度和断裂伸长率,并计算其变化率。 2 试验部分 2.6耐迁移性对比测试 2.1试验原料 将配方中的特种增塑剂更换为TOTM后,采用 PVC一1300,韩华化学(宁波)有限公司; 双辊压延机于150 oC下塑炼制片,与表3中的165 PVC一2500,杭州电化集团有限公司;特种增塑剂, qC塑炼片进行耐迁移性对比测试,称量用的电子称 国内某厂家;环氧大豆油,广州市新锦龙塑料助剂有 精度为0.01 g,测试方法如下。 限公司;125 oC电缆料专用稳定剂,国内某厂家;超 (1)耐机油测试。 细碳酸钙,江西广源化工有限责任公司;Sb:O,,市 将试片完全浸入车用合成机油中,封口,在烘箱 售。 内于80℃烘烤48 h,称量烘烤前后的质量,用其差 2.2试验配方 值除以烘烤前的质量得到质量变化率(%,下面的 PVC一1300,50份;PVC一2500,50份;特种增 计算方法相同)。 塑剂,48份;环氧大豆油,4份;125 oC电缆料专用稳 (2)耐自来水测试。 定剂,8份;超细碳酸钙,r25份;Sb:0,,2.4份;其他 将试片完全浸入水中,封口,在烘箱内于95 cC 助剂,适量。 烘烤72 h,称量烘烤前后的质量,计算质量变化率。 2.3 混料 (3)耐ABS板、ps板测试。 PVC一1300树脂与PVC一2500树脂用量各为 将试片夹在2片ABS板中间,负载砝码500 g, 250 g,按照配方称量其他组分,总质量为940 g左右。 在烘箱内于70℃烘烤72 h,取出打开观察是否粘 先将所有干粉料加入PE袋后,反复摇动至均匀,然后 连,ABS板上是否有迁移痕迹,称量测试片前后质 加入油类物料,再反复摇动揉搓均匀后备用。 量。耐Ps板测试方法与此相同。 2.4制样与测试 (4)耐PVC—U板测试。 笔者首先考察了 120双辊压延机塑炼温度 与耐ABS板测试相比,除烘箱温度提高到85 对PVC干混料拉伸性能的影响,见表3。 ℃外,其他步骤相同。 表3塑炼温度对PVC千混料拉伸性能的影响 3分析与讨论 Table 3 Effect of plasticization temperature 3.1老化性能 on tensile property of PVC dry blend 125 oC电缆料的老化性能测试结果见表4。 度 温帅戢表4 125 oC电缆料的老化性能测试结果 /qC arin m m MPa 长率/% 试 ~ … 观 145 5 1.0 12.45 180 臼色,贴辊面,无光弹 Table 4 Ageing property test results of 155 5 1.0 18.25 224 白色,贴辊面,有一定光泽 125 oC cable materials 165 5 1.0 18.53 322 微偏黄,贴辊面,光泽好 由表3可知:采用165 oC的塑炼温度是相对合 适的。 采用双辊压延机于165℃将PVC干混料塑炼 成片后,直接裁切制样,按照GB/T 1040.3—20O6 《塑料拉伸性能的测定 第3部分:薄塑和薄片的 105 oC电缆料的老化性能指标为拉伸强度和断 试验条件》进行测试,样片为5型试样,数量为5个, 裂伸长率的变化率均在±20%以内,笔者将其作为 拉伸速度为250 mm/min,测试结果取平均值。 125℃电缆料的老化性能指标。从表4可知:125℃ 2.5老化性能测试  .电缆料的老化性能均满足该指标,且165 oC塑炼片 在测试PVC材料的性能时,通常采用平板硫化 与185 oC硫化片的性能相差不大,因此可采用165 仪来塑炼制样,其操作过程较复杂,笔者为了简化操 ℃塑炼片来进行下一步的性能测试。 作而选择采用双辊压延机来塑炼制样。为了考察2 3.2 耐迁移性 种制样方法对样片性能测试结果的影响,笔者采用 125 oC电缆料的耐迁移性对比测试结果见表5。 20 第4期 高云方:非交联125℃PVc电缆料的开发 塑炼片 165℃ … 与ABS板不粘连,无迁移 与Ps板无粘连,无迁移痕 与PVC—U板不粘连,无迁 … 痕迹,试样质量无变化 迹,试样质量无变化 移痕迹,试样质量元变化 TOTM片 -3.27 -0.29 移痕ABS迹, 迁 鬟冀墓耋 麓 , 嫠 迁 由表5可知:125 oC电缆料的耐油性能、耐水性 能优异,耐迁移性能优于于采用TOTM制得的电缆 料。这是因为特种增塑剂的分子质量大,被PVC树 脂吸收后稳固性好,不容易迁移,这样在使用时就不 容易污染接触物,可以应用在一些对增塑剂敏感的 地方。 3.3 电性能 125 oC电缆料的试验配方是在105 cC电缆料配 方基础上,替换了增塑剂和稳定剂而得到的。特种 增塑剂和125 oC电缆料专用稳定剂的电性能均较 好,笔者认为其不会对电缆料的电性能造成太大的 图1外径2.0 mm的电线的外观 影响,因此125℃电缆料的电性能完全可以达到 Fig.1 Appearance of 2.0-mm outer diameter wire GB/T 8815—2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》中 5 125 oC电缆料的性能指标 jR一70的指标要求(20℃时体积电阻率≥1.0× 根据以上试验结果,制定的125 oC电缆料的性 10“1-/・m),并将该指标作为125 oC电缆料的电性 能指标见表6。 能指标。 表6 125℃电缆料的性能指标 4挤出试验 Table 6 Property index of 125℃cable materials 在挤出加工成电线的过程中,当挤出温度为 项目名称 指标 拉伸强度/MPa ≥16.0 170~175 oC时,与105 oC电缆料相比,采用125 oC电 断裂伸长率/% ≥200 缆料生产的电线表面光亮度稍差,比较粗糙;当挤出 一25℃低温冲击试验 ≤15/30 温度提高到190—195 oC时,电线表面有一定光亮 200℃时热稳定时间/min ≥18O 2o℃时体积电阻率/(n・m) ≥1.O×1O 度,比较细腻。与105 oC电缆料相比,在挤出速度相 介电强度/(MV/m) ≥2O 同时,采用125 oC电缆料生产的电线表面光亮度稍 热烘箱老化试验(158℃、168 h) 差;随着挤出速度的逐渐降低,电线表面光亮度和细 老化后拉伸强度/MPa ≥16.O 老化后断裂伸长率/% ≥200 腻度逐渐变好。 老化后拉伸强度变化率/% ±2O 挤出试验说明125 oC电缆料的塑化温度较高, 老化后断裂伸长率变化率/% ±2O 塑化时间较长,流动性较差。这主要由2个原因造 注:硬度、密度和阻燃性能由供需双方协商确定。 成:①选用的PVC树脂的聚合度较高,导致其塑化 6 结语 相对困难;②具有较高耐热性能的电缆料,其塑化温 PVC材料长期以来存在耐热温度不高的问题, 度通常比普通电缆料高,因为在平常温度就能加工 导致在很多设备及高温场合不能使用。对于耐热等 的话,其是不可能抵抗较高温度下的热变形的。 级在105 oC及以上的PVC电缆料,一般都采用化学 总体而言,对于125℃电缆料的后续加工来说, 交联或辐照交联的方式生产,这给废弃物的回收造 只要调试到合适的挤出温度及挤出速度,大批量的 成困难。笔者研制的125℃非交联电缆料具有较好 工业化生产是没有问题的。图1为采用125 oC电缆 的力学性能及老化性能,软硬度可调,燃烧时无滴落 料生产的外径2.0 mm的电线的外观。 余物;与PVC交联电缆料相比, (下转第28页) 21 加工与应用 聚氯乙烯 2017生 初级粒子的粒径在1 p.m左右,放大3 000倍后 在3 mm左右,有绿 那么大,可以清楚地观察到。 从图4的4张SEM照片上,很难找到初级粒子的痕 迹,这说明4 配方比较成功,初级粒子都已熔化,这 在PVC硬制品的加工中是不易达到的。在图5的 4张电镜照片上,能隐约看到初级粒子的痕迹,这说 明此塑料熔块只是初级粒子的堆积,未完全熔化,效 果不太理想。 5 结语 通过文献的综合分析及初步试验的结果来看, 用HPVC树脂生产普通给水用硬质管材是没有问 题的,而且管材的内在质挝高于普通给水用PVC— u管材,但成本会提高一些。未来对HPVC管材进 行耐热改性,提高其维 软化温度,则还有可能代替 pp—R管材,从而扩大PVC管材的应用领域,推动 PVC行业的良性发展。 [参考文献] [1 j Leray Fabrice,Maitay Frederic.M ultilayer hose for trans— porting hot fluids:US20010008150[P].2001—07—19. [2]Brodeur Ed A,Napolitano Lou Ann.Polyvinyl chloride compositions useful as floor coverings:WO1999018152 [P].1999—04~15 [3]品田恒利,佐野宏利.Polyvinyl chloride stretch film: WO201 1021400[P].201 1—02—24. [4]术村知弘,星野幸久.Vinyl chloride resin composition and its molded body:jP2009144090[P].2009—07—02 [5]刘光烨,赵尧森,崔胜军HPVC树脂的结构与性能研究 [J]塑料,1995,24(4):7~1 3,19 6]华幼卿,斯钦达来,金口光.增塑HPVC树脂的流变性 能研究[J 翅料T业,1994(4):20—24,19. [7]赵尧森,陈佳兰,胡海爵商分子量聚氯乙烯(HMW— PVC)树脂电缆护层材料的研究[J].塑料科技,2002 图5 5 流变试验塑料熔块的SEM照片 Fig.5 SEM image of molten plastic obtained in rheoiogical test 5 (5):4—9. 8]刘容德.李静,刘浩,等.S一1700树脂的开发及加工应用 [J].聚氯乙烯,2016,44(3):21—25,31.[编辑:杨彬] 707')'、>= (上接第21页)废弃物的同收利』H方便,可节约资 源,有利于环境保护。125 c(=非交联电缆料叮墟川 24—27 [3]周素蓉.125 oC辐射交联阻燃聚烯烃电缆料的研制 [D].北京:北京化_[大学,2000. [4]徐乃英.汽车用耐高温125℃电缆料的开发[J].电线电 缆,2005(4):27—31,37. [5]严永昌,张贤灵125℃辐照交联阻燃聚烯烃绝缘料及 电线的研究[J].电线电缆,I991(6):39—41. [6]马宦红,刘红,姜周发,等耐温125℃紫外光交联低烟 到多种特殊场合,比如户外电缆l佰线、高档汽车布 线、特殊设备布线等,还可以 于生产耐高温软管, 具有广 阔的应用窄问。 [参考文献] [1 j周素蓉,郑忙j梅,周澜,等125℃辅射交联无卤阻燃EVA 电缆料的研究[J:[}1闻 料,2【ll10.14(2):33—37. 2 侯海良,曾光新,施冬梅, .1 25 c【 辐J{f{交联低州尢l灯 无卤阻燃绝缘材料的研制[J].电线电缆,20l2(8):27— 阻燃聚烯烃}也缆料的开发研究[J]电线电缆,20()4(6): 28 31. [编辑:杨彬] 

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