PVC技术知识介绍(71):PVC电缆料配方设计及实例

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所属分类:塑料文章

PVC技术知识介绍(71):PVC电缆料配方设计及实例

PVC电缆料是由聚氯乙烯树脂、稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、抗氧剂、着色剂等组成。PVC电缆料的耐电压和绝缘电阻比较高,但介电常数和介电损耗较大。因此,一般主要用作低压(≤1KV)和中高压(6~10KV)电缆的绝缘层。PVC塑料由于具有难燃、耐油、耐电晕、耐化学腐蚀和良好的耐水性能,因此还广泛用作电线电缆的护层材料。利用添加特种性能助剂或改性剂,可以分别制造出耐热型(105℃)、耐寒型、耐油型、难燃型、特软型和无毒型的PVC电缆料,以满足特殊电线电缆产品的需要。

电缆料在PVC配方中属于性能要求较高的品种,特别是电绝缘性、耐低温性和耐老化性等都有一定要求。配方设计时必须考虑这些特殊的要求。

PVC电缆料可分为护层级和绝缘级两种。护层级要求耐热性好,而绝缘级则要求绝缘性好。

组分选择的要点如下:

1、  PVC树脂:

要求分子量高,而且吸收增塑剂容易,因此选用悬浮法疏松型PVC树脂。另外,还应选用纯度高的、杂质少的、鱼眼少的低型号树脂,一般选用SG-1或SG-2,目前一些厂家也有选择SG-5型的树脂的,但原则上不提倡。目前由于1、2型树脂偏少,所以很多电缆料采用的是SG-3型PVC树脂。高级电绝缘材料应选用SG-1型树脂,一般电绝缘材料可选用SG-2、3型。耐热级要求高的电缆料,更要选用SG-1型。

2、  增塑剂:

增塑剂含量一般在50PHR左右,最高高达60PHR。通常选用耐热性和电绝缘性较好的品种,如DOP,为改善耐寒性可添加DOS、DOA,为提高耐热性可添加偏苯三酸三辛酯。几种增塑剂复合使用往往效果好,实际电缆料配方中一般增塑剂都是复合使用的。

电绝缘性高的电缆料,主增塑剂可选用磷酸酯,通用级则可选用苯二酸酯作主增塑剂。氯化石蜡可提高电绝缘性。脂肪酸酯、环氧增塑剂都可改善电缆料的耐低温性能,且后者耐气候性也很好。

增塑剂的耐挥发性能和耐热性是决定电缆料的耐高温性能的关键。对于耐温70℃的电缆料,可使用邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)或邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)等增塑剂。对于耐温90℃的电缆料,应使用邻苯二甲酸双十一酯、邻苯二甲酸双十三酯。耐高温105℃的电缆料,则应选用具有更高耐热性的增塑剂,如偏苯三酸三辛酯(TOTM)。

增塑剂的酸值对电缆料的电绝缘性、耐热性有影响,应选择酸值较小的增塑剂。增塑剂的分子量、闪点对电缆料的加热损失有影响,应选择闪点较高、分子量较大的增塑剂,如邻苯二甲酸二丁酯与邻苯二甲酸二辛酯比较,己二酸二辛酯与癸二酸二辛酯比较,前者分子量小,闪点低,故加热损失也较大。

选用增塑剂时还应考虑其增塑效率。选用增塑效率较高的增塑剂,可以减少配方中增塑剂用量。增塑剂用量与绝缘性能有关,减少增塑剂量有利于提高绝缘性能。

3、  稳定剂

盐基性铅盐作主稳定剂,一般选用多种稳定剂配合使用,发挥协同作用,以提高热稳定性。三盐基性硫酸铅、二盐基性亚磷酸铅并用,可兼顾热、光稳定性。耐高温电缆主稳定剂采用耐热性好的二盐基性苯二甲酸铅。国外配方大多是无铅、无镉的,以防止铅、镉中毒。目前复合铅稳定剂在PVC电缆料中也有了广泛的应用,添加量在4~6PHR。环保类电缆料中多使用钙/锌复合稳定剂。在配方中添加抗氧剂,可以抑制PVC的热氧化降解。抗氧剂可以选用双酚A。

4、  润滑剂:

由于有较大量的增塑剂,所以对内润滑剂的要求不是很高。润滑剂主要是提高电缆料的表面光亮度。常选用金属皂类、硬脂酸及石蜡等,加入量为1PHR左右。

5、  填充剂:

电缆料中加入填料可以提高电绝缘性能、耐热性能和降低成本,但用量过多会造成成型性及电缆料性能下降。为提高绝缘性,在绝缘级电缆料中科选用煅烧陶土(电用级)为填充剂。护套(层)级电缆料可选用碳酸钙为填充剂。 

参考配方:(重量份)

PVC绝缘级电缆料

(1)

PVC                  100               二碱式亚磷酸铅              2

DOP                   20               硬脂酸铅                    0.8

氯化石蜡               18               硬脂酸钙                    0.4

M-50                   18               碳酸钙                      4

三碱式硫酸铅            3                煅烧陶土                    6

(2)低成本

PVC                   100               DOP                        38

环氧大豆油              3                氯化石蜡                    12

三盐基性硫酸铅          5                二盐基性硬脂酸铅            2

陶土                    10               碳酸钙                      10

(3)

PVC                    100              碱式碳酸铅                   6

DOP                     34              硬脂酸钙                     1

42%氯化石蜡             17              双酚A                       0.25

电气级陶土               10

相关性能:硬度(邵氏)91;拉伸强度20MPa;伸长率430%;拉伸强度保持率105%;伸长保持率92%;电线耐温60℃。

(4)

PVC                    100              碱式碳酸铅                    6

DOP                     27.5              硬脂酸钙                     1

52%氯化石蜡             27.5              双酚A                       0.25

电气级陶土               10

相关性能:硬度(邵氏)89;拉伸强度20MPa;伸长率420%;拉伸强度保持率104%;伸长保持率100%;电线耐温60℃。

(5)

PVC                      100             三碱式硫酸铅                  6

DIDP                      55              硬脂酸钙                      1

电气级陶土                 10              双酚A                       0.25

相关性能:硬度(邵氏)83;拉伸强度17.2MPa;伸长率390%;拉伸强度保持率104%;伸长保持率117%;电线耐温90℃。

(6)

PVC                      100             三碱式硫酸铅                  6

DIDP                      45              硬脂酸钙                      1

42%氯化石蜡               15              双酚A                       0.25

电气级陶土                 10

相关性能:硬度(邵氏)83;拉伸强度16.8MPa;伸长率310%;拉伸强度保持率100%;伸长保持率113%;电线耐温90℃。

(7)

PVC                      100             三碱式硫酸铅                  6

DIDP                      40              硬脂酸钙                      1

52%氯化石蜡               22              双酚A                       0.25

电气级陶土                 10

相关性能:硬度(邵氏)85;拉伸强度18.3MPa;伸长率340%;拉伸强度保持率99%;伸长保持率109%;电线耐温90℃。

(8)

PVC                        100               硬脂酸钙                   1

季戊四醇辛酸丁酸酯          55               双酚A                     0.25

尔碱式邻苯二甲酸             6

相关性能:硬度(邵氏)83;拉伸强度17.7MPa;伸长率320%;拉伸强度保持率106%;伸长保持率103%;电线耐温105℃。

(9)

PVC                         100               DOP                      22

DIDP                         12               三盐基硫酸铅             3

氯化石蜡                     10               硬脂酸铅                 0.5

硬脂酸钡                     1                双酚A                    0.3

碳酸钙                       20               钛白粉                   适量

(10)70℃

PVC                         100               DOP                       45

三盐基硫酸铅                 4                二盐基亚磷酸铅             3

硬脂酸铅                     0.5              硬脂酸钡                   1

碳酸钙                       10               双酚A                     0.5

钛白粉                        2               色                        适量

(11)600V

PVC                           100             DOP                        40

50%氯化石蜡                   15              三盐基性硫酸铅              5

二盐基硬脂酸铅                0.5             硬脂酸铅                    0.5

碳酸钙                        20              煅烧陶土                    10

(12)600V

PVC                          100             DOP                        50

三碱式硫酸铅                   2              硬脂酸钡                     1

粘土                           10

PVC护套级电缆料

(1)

PVC                           100             二碱式亚磷酸铅               2

DIDP                           30             硬脂酸钡                      1

TCP                            12             硬脂酸铅                      1

DOP                            13             碳酸钙                        8

三碱式硫酸铅                     3

(2)耐热105℃

PVC                            100            硬脂酸钡                     0.6

TOTM                          62             二碱式邻苯二甲酸铅            6

三碱式硫酸铅                     1             双酚A                       0.4

硬脂酸铅                        0.6

(3)耐热70℃

PVC                            100            DOP                         35

 

DOS                            10             三碱式硫酸铅                 4

二碱式亚磷酸铅                   3             硬脂酸钡                     1

硬脂酸铅                        0.5             碳酸钙                      15

钛白粉                           2              双酚A                     0.5

(4)柔软型

PVC                            100             DOP                       30

DOS                             30             环氧酯                      6

硬脂酸钡                                      硬脂酸镉                   1.5

双酚A                           0.25

(5)耐寒

PVC                              100            DOP                      10

DOS                              28             T-50                      18

52%氯化石蜡                                   三碱式硫酸铅               3

二碱式亚磷酸铅                     4             二碱式硬脂酸铅             1

硬脂酸钙                           1             双酚A                    0.5

碳酸钙                             5

(6)非迁移型

PVC                              100            聚酯增塑剂                 66

三碱式硫酸铅                       5             硬脂酸铅                   1

矿物油                            0.3

(7)耐光型

PVC                              100            DOP                      22

DOS                              20             TCP                       7

T-50                               5            三盐基硫酸铅                2

二盐基亚磷酸铅                     5            二盐基硬脂酸铅             0.3

硬脂酸钡                           0.7           双酚A                     0.1

UV-529                             0.1

(8)耐磨型

PVC                               100          二碱式硫酸铅                 1

三碱式硫酸铅                        5           偏苯三酸三辛酯              40

三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯          5

(用电子束辐照交联)耐磨性≥500周

(9)耐疲劳

PVC                                100          三碱式硫酸铅                 6

DOP                                60           硬脂酸铅                     1

介酸酰胺                            0.5          碳酸钙                      50

相关性能:可反复弯曲5万~6万次。

(10)耐油型

PVC                                100          氯化石蜡                    13

741                                  40          三碱式硫酸铅                 3

DOP                                 20          二碱式硫酸铅                 2

DBP                                 8           双酚A                      0.4

TCP                                 18          Ba/Cd/Zn复合液              1

741为ELVALOY741,是美国杜邦公司生产的乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳共聚物产品。

(11)透明型

PVC                                  100         DOP                  25

硬脂酸钡                                        DBP                  15

硬脂酸钙                              0.8         硬脂酸                0.3

有机锡8831                           2.5         亚磷酸三苯酯          0.3

其它特殊性能电缆料

(1)高性能PVC电缆料

PVC                               100           煅烧陶土               5

TOTM                             40            润滑剂                 1

三碱式硫酸铅                       5

相关性能:体积电阻率8×1015Ω•cm;ε=4.2;介电损耗角正切值0.85。

(2)阻燃、低烟、耐热PVC电缆料

PVC                              100            二碱式硫酸铅            2

TOTM                             40             硬脂酸铅               0.8

三碱式硫酸铅                      6             硬脂酸钡               0.7

硬脂酸                           0.3            三氧化二锑              2

石蜡                             0.5            硼酸锌                  8

抗氧剂7096                      0.5             碳酸钙                 10

相关性能:氧指数31.8%;单位质量烟密度14.5g;体积电阻率5.9×1012Ω•cm;热老化质量损失≤22.7g/m²;135℃,168h老化后拉伸强度≥20.7MPa。

(3)低烟阻燃PVC电缆料

PVC                        100              稳定剂                  7

DOP                         30              水合硼酸锌/Sb2O3(1:1)    4~6

氯化石蜡                    20               氢氧化铝               20~40

TCP                         15               抗氧剂                  0.5

相关性能:拉伸强度18.7MPa;伸长率330%;体积电阻率3.7×1012Ω•cm;介电强度22.8V/m;氧指数32%;最大烟密度295Dm。

(4)低烟低卤阻燃PVC电缆料

PVC                         100             DOP                    40

DOS                          10             三碱式硫酸铅            5

硬脂酸铅                     1              TCP                     2

水合硼酸锌                    6             氢氧化铝                40

三氧化钼                     1.5            碳酸钙                  90

(5)耐120℃PVC电缆料

PVC                           100           二碱式邻苯二甲酸铅       3

三碱式硫酸铅                   4            双酚A                   0.5

二碱式硫酸铅                   4            抗氧剂1010              0.4

硬脂酸铅                       1            活性碳酸钙               10

二碱式硬脂酸铅                 3            TOTM                     30

(6)化学交联PVC电缆料

PVC                            100          TAIC交联剂             2~6

稳定剂                         4.5          DCP                     0.5~0.8

增塑剂                          40

(7)耐105℃阻燃PVC电缆料

PVC                             100            TOTM                 33

DTDP                             10            氯化石蜡             8

三氧化二锑                                   三盐基硫酸铅         4.5

二盐基亚磷酸铅                   3             硬脂酸钡             2

双酚A                           0.5           碳酸钙                3

(7)屏蔽用半导电材料

PVC                             100           DOP                   35

二盐基邻苯二甲酸铅               5            硬脂酸钙              2

乙炔炭黑                       50~80

PVC配方中加入乙炔炭黑,体积电阻率可达103Ω•cm,成为半导电材料。

(8)耐油PVC电缆料

PVC                             100            丁腈橡胶              40

DOP                             30              磷酸三甲苯酯         20

氯化石蜡                        10              三盐基硫酸铅         5

双酚A                         0.3~0.5          液体Ba/Cd/Zn         1

(9)无铅无镉PVC电缆料

PVC                             100               DOP                45

环氧大豆油                                    Ba/Cd/Zn稳定剂       4

煅烧粘土                         10              高熔点石蜡          0.5

(10)无铅无镉耐热PVC电缆料

PVC                             100             DIDP                  20

环氧大豆油                       4              三密石酸辛酯          15

Ba/Cd/Zn稳定剂                   5             煅烧粘土               10

高熔点石蜡                       0.5

 

参考文献

[1] 王善勤.徐修成.实用塑料配方600例.北京:中国轻工业出版社,1994

[2] 田雁臣.王文广.塑料配方大全.北京:化学工业出版社,2005

[3] 王文广.塑料配方设计.北京:化学工业出版社,2002

[4] 吴培熙.王祖玉.塑料制品生产工艺手册.北京:化学工业出版社,1993

[5] 中国氯碱协会.聚氯乙烯树脂与塑料品种手册.1985

[6] 王国全.PVC软制品与配方设计.聚氯乙烯塑料助剂与配方设计技术(讲义).2001

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