PVC电缆料的配方技术及应用

1、f/J由血型决九号题目：PVCPVC 电缆配方技术及 C C 应用专业：材料工程技术（新材料）班级：材料 131131学生姓名：嵇敏学号：130301117130301117指导教师：马群锋时间：20152015 年 1 1 月摘要以聚氯乙烯为基础树脂，添加环保型的钙/锌复合稳定剂、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯增塑剂等添加剂,制备了环保型电缆料。本文介绍了聚氯乙烯电缆料中阻燃抑烟的方法和生产工艺。阐述了 PVC 电缆料阻燃性能的研究进展，并揭示了增塑剂、阻燃剂以及填充剂用量对其阻燃性能的影响。最后，简单描述了共混制备阻燃 PVC 电缆料的研究现状。关键词

2、：聚氯乙烯、电缆料、环保、新产品开发、阻燃目录（一）PVC电缆简介4（二）PVC电缆改性42.1钙/锌热稳定剂的研究42.2阻燃改性4（三）PVC电缆配方4（四）实验结果分析5.1PVC树月旨的选用5增塑剂的选择5环保稳定剂的选择7阻燃改性8结论12（五）结束语12参考文献14PVCPVC 电缆配方技术及其应用（一）PVC电缆简介PVCfe 缆料是以聚氯乙烯为基础树脂，添加稳定剂、邻苯二甲酸二辛酯，邻苯二甲酸二异癸酯，对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯等增塑剂以及碳酸钙等无机填充物，助剂和润滑剂等添加剂，经过混配捏合挤出而制备的粒子。（二）PVC电缆改性钙/锌热稳定剂的研究1阻燃改性2（三）PV

3、C电缆配方耐温筹圾7060105PVC10010C100IOC都零二甲悔二辛麻30-40-邹笨二甲碓二异至伟-30-80对柴二甲除二辛需30-401520IO-2C偏笨三段三辛靖-30-90醇胃豆合稳定河3-103-1037c3-10辖增望剂2752-1527515理科5-505-505-505-50泥滑剂。也 502.50-550C5（四）实验结果分析传统的 PVC 急定剂含有铅等重金属，性能虽好却不环保，所以用环保的稳定剂替代传统的重金属稳定剂是必须的，目前研究较多、应用较广的是钙/锌复合稳定剂。苏朝北34等经过一系列研究， 用国产钙/锌稳定剂， 配合适当温度等级的增塑剂，分别制得了 70

4、,90,105C 的环保 PVCT 套料，环彳要求符合 RoHS定,性能可满足GB/T8815-2002 的要求。4.1PVC 树脂的选用选用合适的PVCM脂是设计具有良好加工工艺性能的PVC色缘料配方和生产性能良好的电缆的至关重要的一步。PVS 子量越高，制品的拉伸强度、冲击强度、弹性模量越高，但熔体的流动性与可塑性下降，耐热耐寒性越好，加工温度越高。试验发现，采用聚合度为 1300 左右的聚氯乙烯树脂较适合（即 SG-3 型树脂）。增塑剂的选择增塑剂的主要作用是降低聚合物的熔融温度和熔体粘度，进而降低聚合物的加工温度，赋予聚合物制品以柔软性和耐低温性能。通过配方试验发现，环保型 70PVC

5、 匏缘料在 20 及工作温度下体积电阻率较难达到标准要求。因此使绝缘料的热失重和断裂伸长率及体积电阻率同时满足标准要求是配方研制的关键所在。PVC 树脂有良好的绝缘性能，增塑剂的加入会使绝缘性能降低。选择电性能好、热稳定性好、挥发性比较小、增塑效果好的增塑剂才能使绝缘料有较好的电绝缘性能和物理机械性能。环保型聚氯乙烯绝缘料中较常使用的增塑剂有：邻苯二甲酸二辛醋（DOP）邻苯二甲酸二壬醋（DINP）,邻苯二甲酸二异癸醋（DIDP）邻压苯二甲酸二 H一醋（DUP,邻苯二甲酸双十三醇酯（DTDP）对苯二甲酸二辛醋（DOTP 偏苯三酸三辛酷（TOTMo由 图1看 出 ， 增 塑 剂 的 挥 发 性 及

6、 耐 热 性 优 劣 顺 序 如下:TOTMDTDPDUPDIDPDINPDOTPDOPo。DOPM 有优良的综合性能，增塑效率高、挥发性小、耐寒性和电性能等良好，是理想的主增塑剂。但 DO 冲独使用难满足绝缘料电绝缘能性的要求。DOTPfDOP生能相近，但耐寒性、耐热稳定性和电绝缘性都好于 DOP（匕 DOPB18 倍）。因此，需将 DOPWDOTP 曾塑剂配合使用，可获得所需性能的绝缘料。0510152025I00P下老化时间（天）图1含不同增塑剂绝爆料的热失重塑料的挥发性小，则制品的热失重就少，其老化性能就好。其挥发性主要与所用增塑剂有关，增塑剂的挥发性与其闪点有关，闪点低的挥发性较大。

7、由表 1 可知:13#的热失重比其他三个配方大， 原因是增塑剂加入量较多挥发量增大所致。热失重与增塑剂的挥发、氯化氢的逸出、低分子物质的析出等有关热失重会在一定程度上影响塑料的断裂伸长变化率。ki 增型剂对材料热老化性能的影响配方号1#741】#13#DOP,价205253UDOTP、价20202527热失重.欧m*IQ2】2It&项6断裂伸长变化率.%一80-1Q3126-145由表 2 可知:10#配方在 20 及工作温度下体积电阻率比 5#配方高，这是因为虽然两个配方的增塑剂总用量相同，但 10#配方中 DOTP 勺比例较 5#配方多所致;2#配方20 及工作温度下体积电阻率比

8、5#配方高，这是因为在 DOT 历口入量相同下，2#配方中 DO 历口入量较 5#配方少，绝缘电阻随着增塑剂加入量增多而下降所致。另外，从表 2 也可以看出，2#配方的低温冲击实验不合格，这是因为 2#配方的增塑剂用量较少导致材料的玻璃化温度升高。因此绝缘电阻与低温冲击性能是一对矛盾，要使他们同时满足标准要求，必须选择适合的增塑剂并将其添加量控制在合适的范围。表 2 增塑剂对材料性能的影响配方号2#5#10DOP.价25:期15DOTPt份15153020七体枳电阻率.n mL密1W9%】十L原id：匚作温度下体积电阻率nmS6仅i3奴UTZ物泌冲击脆化温度(一】以)不合格合格合格综合多方面的

9、因素选取邻苯二甲酸二辛酯(DOP 和对苯二甲酸二辛醋 CDOTW为 PVC 的增塑剂。加入 DOTP要是为了提高塑料的电绝缘性能等。环保稳定剂的选择环保 PVCfe 缘料的稳定剂不能含对人体有危害的铅(Pb),锅 CCd 卜汞(Hg)、神(As)、铭(Cr)、硒(Se)、睇(Sb)等重金属元素，因此选用无毒的钙锌复合稳定剂。钙锌复合稳定剂的热稳定性接近或超过某些钢/锅稳定剂、铅类稳定剂，并且耐候性好、透明性良好。钙锌复合稳定剂对热稳定时间的影响见表 3配方中填充剂 25 份，润滑剂 0.6 份，抗氧剂 0.6。钙锌复合稳定剂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、右比较合适。表W 钙锌复年稳定剂对热检定时间的影响配方号3#8#124DOP,仍202025DOTP*份ia1820环保复合稳定剂3810约J七热稳定时间.miJ507594断裂伸长变化率.%&6900246S10楞/仲度含稳定剂的加入*(份)图2钙锌复合卷定剂对PVC绝缘性能的影响阻燃改性5(1)增塑剂用量对阻燃性能的影响 PVC 电缆料中加入的增塑剂不同，电缆料的阻燃性和发烟性将会有所不同。对于 PVC 电缆料中最常用四种增塑剂：邻苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、磷酸三甲苯酯和聚酯系增塑剂，它们的阻燃性有很大的区别，科学家们做了相关的研究工作。在软质 PVC10O 中力口入了 30

11、60 份的增塑剂，研究发现当增塑剂含量增加时，PVC 的氧指数降低。对于不同的增塑剂，下降的快慢程度基本一致。并且含磷酸三甲苯酯的 PVCM 有最高的氧指数，它比含有邻苯二甲酸二辛酯的 PVC 的氧指数约高 5。对发烟量的研究显示，含邻苯二甲酸二辛酯和磷酸三甲苯酯的 PVC 的发烟量随着增塑剂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剂的 PVC 具有相反的结果。(2)阻燃剂用量对阻燃性能的影响PVC 电缆料中加入了 Al(OH3,SbQ,硼酸锌(ZB)等无机阻燃剂， 它们的用量对 PVC的阻燃性能影响很大，国内外学者对此作了很多相关的研究。聂红云等人研究了 SbQ及Sb2O3/ZB

12、复配阻燃剂添加量对PVC氧指数的影响。 他们发现随着Sb2O3的增力口，PVC 电缆料的极限氧指数呈直线上升趋势，在纳米 Sb2O3 的添加量大于 1.5 份时，纳米 Sb2O3 寸 PVC 勺氧指数贡献大于微米级 Sb2O3 他们还研究了 PVC 在 Sb2O*ZB 的质量比不同的时候的氧指数，发现随着质量比的增加，氧指数下降。这就是说，加入Sb2O 如多，PVC 的阻燃性能越高，但是由于 Sb2O3 介格比较昂贵，所以一月加入Sb2O3 的量不是很高， 只要能保证一定的阻燃性即可。 并且加入的 ZB 可以用作消烟剂，将 ZB 与 Sb203M 合使用将使得 PVC 电缆料在具有合适的氧指数

13、的同时还具有低的生烟量。青岛科技大学的黄兆阁6除了研究了 ZB 和 Sb2O3 勺添加量对阻燃性能的影响，还研究了 Al(OH3 用量对阻燃性能的影响，整体上，得到了这样的规律：随着阻燃剂用量的增加，PVC 电缆料的阻燃性能有了明显的提高。(3)填充剂用量对阻燃性能的影响在 PVC 电缆料中，通常需要加入一定量的填充剂。如果我们加入滑石和陶土作为填充剂时氧指数提高 1 到 2 倍，但是电缆料的燃烧速度也会加倍，最大减光系数不变。如果加入 Al(OH3 作为填充剂，燃烧速度增加 50%氧指数增加， 最大减光系数下降， 所以它对发烟量抑制的效果较好。 在 PVC中也通常加入 CaCO3M 充齐【J

14、,科学家们研究发现，随着 CaCO3 加入量的增加，PVC电缆料的氧指数下降，且最大减光系数也下降，所以加入 CaCO3 勺量不能太多，否则会影响到电缆料的阻燃抑烟效果。但是 CaCO 列以作为 HCl 气体的捕获剂，具有非常显著的效果。基本配方PVC100 份;DOP30 份；氯化石蜡 1025 份；稳定剂 3 份;CaC031030 份；其他助剂 1.2 份；阻燃剂为变量。性能测试极限氧指数(L01)按国标 GB/T2406-2006 标准进行测试，试样尺寸100mmx6.5mmx3.2mm.力学性能按国标 GB/T1040-2006 标准进行测试，试样为 V 型试样，拉伸速度为 250m

15、m/min.结果与讨论用物份用物份图 3 不同三氧化二睇添加量下 PVC 电缆料的极限氧指数图 3 所示为添加不同量的三氧化二睇后 PVC 电线电缆料的极限氧指数。从图中可以看出，随着三氧化二睇添加量的增加，PVC 电缆料的极限氧指数呈直线上升趋势，在纳米三氧化二睇的添加量大于 1.5 份时一，纳米三氧化二睇对 PVC的氧指数贡献大十微米级三氧化二睇。在氧指数为 35%寸一，纳米三氧化二睇的添加量可以比微米级三氧化二睇少 20%。这是因为纳米级三氧化二睇阻燃材料由十粒度变小具有了特殊的延展性能，可均匀分散十聚合物材料中，具比表面积的增大使其在阻燃过程中能有效地生成 SbX3,采用凝聚相阻燃和减

16、少链式反应自由基OH 来实现阻燃，在阻燃性能方面比微米级三氧化二睇有数量级的提高z-o。虽然纳米三氧化二睇可以在较低的添加量下达到比较高的氧指数，然而由十三氧化二睇阻燃机理是气相阻燃与固相阻燃同时一进行，所以，以纳米三氧化二睇阻燃的 PVC 电缆料的生烟量还是比较大，考虑烟气对火灾中逃生的不利影响，我们将具有抑烟功能的硼酸锌引入阻燃剂体系中。硼酸锌（ZB）与纳米三氧化二睇复配阻燃剂对 PVC 氧指数的影响图 4Sb2O3/ZB 不同比例下 PVC 电缆料的极限氧指数图 2 所示为添加 5 份不同比例硼酸锌与三氧化二睇时 PVC 电缆料的极限氧指数！从图中可以看出，随着复合阻燃剂中三氧化二睇添加

17、量的增加，PVC 电缆料的 LOI 增加。众所周知，三氧化二睇与卤系阻燃剂协效可以达到一般阻燃剂无法企及的综合性能，然而目前三氧化二睇的价格一涨再涨，改性塑料尤其是 PVC 这种利润比较低的改性材料已经难以承受！硼酸锌价格低廉，且据前人研究可以作为 PVC 的阻燃消烟剂!DB!本研究中发现，将硼酸锌与三氧化二睇复合后材料的生烟量大大降低，这使得该阻燃剂在达到适合氧指数的同时具有较低的生烟量。硼酸锌（ZB）与纳米三氧化二睇复配阻燃剂对 PVC 力学性能的影响图 5 所示为 Sbz03/ZB 不同比例下 PVC 电缆料的力学性能。 从图中可以看出，随着硼酸锌比例的增加，PVCt 缆料的拉伸强度呈下

18、降趋势，断裂伸长率先有一个微小的升高后降低的趋势，但拉伸强度与断裂伸长率的降低均不明显，拉伸强度最大降低7.5%，断裂伸长率最大降低 9.47%。这是因为使用的硼酸锌为微米级的硼酸锌，其粒径分布为 210 微米，与纳米三氧化二睇相差不大，因此对力学性能的影响不明显。图 5Sb2O3/ZB 不同比例下 PVC 电缆料的力学性能4.5 结论1） 纳米三氧化二睇对 PVC 的氧指数贡献大十微米级三氧化二睇， 当氧指数为 35%寸一，纳米三氧化二睇的添加量可以比微米级三氧化二睇少 20%2）纳米三氧化二睇与硼酸锌复合后材料的氧指数降低，这说明硼酸锌对氧指数的贡献小十三氧化二睇，但复配后材料的生烟量大大降低，材料的整体成本也降低。3）随着复配阻燃剂中硼酸锌比例的增加，PVC 电缆料的拉伸强度呈下降趋势，断裂伸长率先有一个微小的升高后降低的趋势，但拉伸强度与断裂伸长率的降低均不明显，拉伸强度最大降低 7.5%,断裂伸长率最大降低