电线电缆用软聚氯乙烯电缆料Word下载.docx
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五、电缆料配方设计要点
PVC成型加工所需要的塑化温度与分解温度接近，较难加工，且PVC本身稳定性、脆性较差，必须与稳定剂、润滑剂、增塑剂、颜料和冲击改性剂等合理搭配，才能生产出各种型号的电缆料。
电缆料主题配方公式：
PVC+增塑剂+稳定剂+润滑剂+抗静电剂+其他配料。
1.树脂选择：
树脂是电缆料主要原料，因此成型加工首先要考虑的是选择合适的PVC。
1）选择树脂的类型上面已经提到本体法树脂的优点，对绝缘级电缆料最好选择本体法PVC树脂，但现在PVC电缆料行业现普遍采用悬浮法PVC树脂，主要原因是悬浮法较好解决了撤热问题，其后处理技术也不复杂。
整个制造工艺易掌握，成本低，是产量最大的一种，而本体聚合技术难度最大，聚合时散热及聚合物粒度的控制难解决，所以工业化进程缓慢。
2）选择树脂分子量树脂的分子量与电缆料的物理机械性能有关，分子量高，电缆料拉伸强度、冲击强度高，但加工时流动性和可塑性较低，所需加工温度较高，需要加增塑剂。
电线电缆用软聚氯乙烯电缆料应该采用分子量高的PVC。
绝缘材料普遍采用的PVC树脂是PVC-SG2一级品，是悬浮法PVC。
在高电性能绝缘料中一般采用PVC-SG1一级品比较合适，其电绝缘性能相对其他悬浮法树脂较好。
2.增塑剂体系：
PVC塑料大分子中由于Cl-的负电性，整个PVC分子成为一个大的偶极子，偶极子间产生的作用力，使分子链没有活动的可能，分子缠绕成团状或卷曲状，材料呈坚硬状态。
增塑剂的加入，溶于聚合物分子之间，起隔离、屏蔽、偶合作用，消弱了分子间作用力，从而增加分子链的移动性，降低了分子链的结晶性，使玻璃化温度，流动温度降低。
改善了树脂加工性。
而随着PVC分子问作用力减小，自由体积增加，因而提高了离子载流子的迁移率．使导电性增加，体积电阻率下降。
因此增塑剂加入量需要适当控制为好。
增塑剂的性能由化学结构决定，按化学结构可分为如下几类。
①邻苯二甲酸类，如DOP,DBP,DIDP等是增塑剂的主体。
②脂肪酸二元酸酯类，如DOA,DOS等是作为耐寒的辅助增塑剂。
③磷酸酯类，如DCP具有阻燃性，但耐寒性差，毒性大。
④环氧酯类，如ESO可以提高耐热性、耐侯性。
⑤聚酯类，耐热、耐侯、耐油性好，相容性和加工性差。
⑥烷基磺酸苯酯类，如M-50相容性、耐侯性、机械电性能好。
⑦含氯增塑剂，如氯化石蜡阻燃性、绝缘性好，但相容性差。
⑧多元醇酯类，如季戊四醇酯耐热性好，二元醇酯耐寒性好。
⑨偏苯二酸酯类，耐热、耐久性好。
实际生产中为了兼顾各中要求，配方中几种增塑剂复合使用，这样才能配方体系中各种增塑剂有互补作用，从而达到协同效果。
PVC树脂常用增塑剂看附表3
３.稳定剂体系
PVC热稳定性较差，加热到100℃以上时，放出氯化氢，氯化氢有自催化作用，在有氧存在，且有铁、铝、锌、锡、铜与镉等离子的作用时，对PVC降解起催化作用，形成含不饱和共轭结构的化合物，使电缆料变色、变形、机械强度下降、电性能下降等等。
因此在加工配方中加入热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂与螯合剂等。
选择稳定剂要根据电缆料的要求，从耐热性、耐寒性、加工性、相容性、电绝缘性等方面加以考虑。
1）热稳定剂热稳定剂作用是吸收和中和PVC树脂热分解释放出的HCl，并与PVC树脂产生的不稳定聚烯结构起加成反应，以阻缓PVC树脂降解。
热稳定剂主要有以下几种。
①铅盐类稳定剂，如三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅等，有良好的热稳定性、电性能、价廉。
但由于铅盐有毒，国外已禁止使用。
②金属皂类，如硬酯酸钙、硬酯酸锌、硬酯酸铅、镉等，金属皂类稳定剂相互间良好的协同效应，两种以上金属皂并用效果较好。
钙锌类稳定剂无毒，但热稳定性相对较低；
镉皂耐热时间短，有毒；
钡皂耐热时间长，易渗出。
③有机锡稳定剂，如马来酸二正辛基锡，硫醇锡等，有极好的热稳定性，是PVC制品中使用最普遍的热稳定剂，但其价贵，一般用量不超过2份。
④环氧化合物，如环氧大豆油，环氧硬脂酸酯，通常作辅助稳定剂。
⑤液体复合热稳定剂，是由有机化合物的金属皂、溶剂（如白油、多元醇等），抗氧剂复合配制的。
⑥有机磷酸酯类，如亚磷酸三苯酯，有很好的初期着色性，长期稳定性。
2）光稳定剂PVC电缆料在日光或强的荧光下，由于吸收了紫外光能量，引发了自动氧化反应，促使PVC降解与老化，假如光稳定剂，以提高紫外线抗紫外线能力。
通常光稳定剂的用量为0.01～0.5份。
光稳定剂按其作用机理可分为以下几种。
①光屏蔽剂，屏蔽外光波，多为无机填料，如碳黑。
②紫外线吸收剂，选择性强烈吸收高能量紫外光，经性能量转换和释放，主要是二苯甲酮和苯并三唑类。
③猝灭剂，不强烈吸收紫外线，而是通过分子间的能量转移，将激发态的分子“猝灭”，主要是锡的有机络合物。
④自由基捕获剂，是具有空间位阻效应的哌啶衍生物。
3）抗氧剂是链断裂终止剂或称自由基消除剂，有主抗氧剂（自由基终止剂）和辅助抗氧剂（过氧化合物分解剂和金属离子钝化剂）二类。
主抗氧剂主要有双酚A，多酚类。
辅助抗氧剂常用的为亚磷酸酯类，主辅抗氧剂并用，有良好的协同效应。
4）螯合剂在PVC塑料稳定体系中，亚磷酸酯类不仅是辅助抗氧剂，而且又起螯合剂作用。
它能与促使PVC脱HCl的有害金属离子生成金属络合物。
4.润滑剂
用以减轻摩擦的物质称润滑剂。
根据润滑剂的作用机理，可将其分为外部润滑剂和内部润滑剂两类。
外部润滑剂的作用是一种界面润滑，它们与聚合物的相容性很小，在加工过程很容易从聚合物内部转折到表面，形成一个润滑剂分子层，降低聚合物与设备表面的摩擦力。
内部润滑剂与聚合物有一定的相容性，产生一种增塑作用，削弱了聚合物分子之间的内聚力，减小其内摩擦。
外部润滑剂和内部润滑剂的作用是相对而言，实际上大多数润滑剂兼具两种润滑作用。
一般润滑剂的分子结构中都含有长链的非极性基和极性基两部分，这两种基团在不同聚合物中表现出不同的相容性，从而显示出不同的内外润滑作用。
按照化学组成，常用的润滑剂可分为如下几类：
脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺、金属皂、烃类、有机硅化合物、其他（包括高级醇、复合润滑剂等）。
在设计配方时应考虑到润滑剂的特性，聚合物的性质，加工工艺，加工设备，制品性能等多种因素。
不同的应用对润滑剂有着不同的要求，但总的来说，理想的润滑剂应满足如下要求：
①润滑效能高且持久；
②与树脂的相容性大小适中，内部和外部润滑作用平衡；
③表面张力小，粘度小，在界面处的扩散性好，易形成界面层；
④不降低聚合物的力学强度、热变形温度、耐候性、透明性和电性能等；
⑤本身的耐热性和化学性稳定性好，在高温加工中不分解，不挥发，不与树脂和其他助剂发生有害反应；
⑥不腐蚀设备，不污染制品，没有毒性。
一种润滑剂很难满足上述所有要求，实际上将几种润滑剂配合使用，近年来复合润滑剂发展很快，也多出自此因。
5.阻燃剂
阻燃剂又称耐火剂和防火剂，是加入电缆料中能阻止引燃或抑制火焰传播的助剂。
主要是通过阻燃剂产生较多量的不可燃气体或药剂电缆料不易燃烧而达到防火的目的。
具有实用价值的阻燃剂必须具备下列条件：
①与PVC混溶性良好；
②不降低电缆料的机械强度、电性能；
③分解温度不应太高，但在加工温度下又不能分解；
④耐久性好；
⑤耐候性好；
⑥毒性小，燃烧时不产生毒性气体；
常用阻燃剂有磷酸脂类（如TCP,TPP等），氯化石蜡，三氧化二锑，氢氧化铝等。
6．着色剂
PVC电缆料有各种颜色的，因此着色剂也是配方中不可缺少组成部分。
在PVC加工中使用的着色剂有染料、无机颜料、有机颜料。
染料质量轻但易于迁移，所以一般染料与颜料配合使用。
无机颜料颗粒度大，驱光性好、耐侯、耐化学性好，不迁移、价格低，但色强度差，颜色不鲜艳。
有机颜料颗粒微细，色强度高、着色透明鲜艳，但热光稳定性差易迁移，分散性差，价高。
7．填充剂
在PVC中加入填料可降低成本、提高制品热变形性、尺寸稳定性，降低收缩率、增加电绝缘性、耐燃性等。
但当用量过多时会增加塑料的熔融粘度、降低加工速率。
电缆料常用填料有碳酸钙、煅烧表面处理陶土等。
在普通护层级电缆料中主要用碳酸钙，在绝缘级电缆料中主要用轻质煅烧陶土，可以提高电绝缘性和耐热性。
电缆料中添加三氧化锑可提高阻燃性。
在配方设计时，根据电缆料具体要求，还要考虑抗静电剂，抗冲击剂等。
电缆料配方实例看附表5、6、7。
附表1PVC电缆料型号及名称、用途对应表
编号
型号
名称
导电线芯最高允许工作温度
主要用途
1
H-70
70℃护层级软聚氯乙烯电缆料
70℃
450/750v及以下电线电缆护层
2
HZ-70
70℃阻燃护层级软聚氯乙烯电缆料
450/750v及以下阻燃电线电缆护层
3
HR-70
70℃柔软护层级软聚氯乙烯电缆料
450/750v及以下柔软电线电缆护层
4
HRZ-70
70℃柔软阻燃护层级软聚氯乙烯电缆料
450/750v及以下柔软阻燃电缆护层
5
J-70
70℃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
0.6kv以下电线电缆绝缘层
6
JZ-70
70℃阻燃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
0.6kv及以下阻燃电线电缆的绝缘层
7
JR-70
70℃柔软绝缘级软聚氯乙烯电缆料
450/750v及以下柔软电线电缆的绝缘层
8
JRZ-70
70℃柔软阻燃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
450/750v及以下阻燃电缆的绝缘级
9
JGD-70
70℃高电性能绝缘级软聚氯乙烯电缆料
3.6/6kv用以下电力电缆的绝缘层
10
J-80
80℃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
80℃
船用电缆的绝缘层
11
JZ-80
80℃阻燃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
船用阻燃电缆的绝缘层
12
H-90
90℃护层级软聚氯乙烯电缆料
90℃
橡胶和塑料耐热电缆护层
13
HZ-90
90℃阻燃护层级软聚氯乙烯电缆料
橡胶和塑料耐热阻燃电缆的护层
14
J-105
105℃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
105℃
450/750v及以下耐热电线电缆绝缘层
15
JZ-105
105℃阻燃绝缘级软聚氯乙烯电缆料
450/750v及以下耐热阻燃电线电缆绝缘
J:
绝缘；
H:
护层；
R:
柔软；
Z:
阻燃；
GD：
高电性能
附表2各种型号PVC电缆料物理、机械性能及电性能国家标准
拉伸
强度
MPa
≥
断裂伸
长率
%
热变形
≤
冲击脆
化温度
℃
200℃时热
稳定时间
min
20℃体积
电阻率
Ω·
cm
介电
MV/m
氧指
数
工作温度体积电阻率
老化后机械物理性能
试验
温度
体积电阻率
时间
h
拉伸强度
变化率
长率%
断裂伸长
率变化率
质量损失
g/m2
15.0
180
50
-25
1.0E8
18
—
100±
168
±
20
23
31
12.5
200
65
-30
60
25
150
40
-15
1.0E12
70±
1.0E9
-20
1.0E11
16.0
30
100
3.0E12
5.0E9
80
80±
120±
240
95±
5.0E8
135±
附表3PVC树脂常用增塑剂一览表
代号
化学式
分子量
沸点（MPa/℃）
特点
邻苯二甲酸二丁酯
DBP
C6H4（COOC4H9）2
278
340
易加工、挥发性大
邻苯二甲酸二庚酯
DHP
C6H4（COOC7H15）2
363
邻苯二甲酸二辛酯
DOP
C6H4（COOC8H17）2
390
368
通用性，综合性能好。
邻苯二甲酸二异壬酯
DINP
C6H4（COOC9H19）2
419
403
挥发性低、可塑化效率低
邻苯二甲酸二异癸酯
DIDP
C6H4（COOC10H21）2
447
420
挥发性低、耐迁移、耐油、电绝缘性好，可塑化效率低
邻苯二甲酸双十三烷酯
DTDP
C6H4（COOC13H27）2
530
挥发性低、不易老化，可塑化效率低
邻苯二甲酸丁苄酯
BBP
H9C4OOC6HCOOCH2C6H5
321
370
耐污染、易加工、可耐寒性低
磷酸三甲酚酯
TCP
（CH3C6H4O）3PO
410～440
难燃、可耐寒性低
已二酸二辛酯
DOA
H17C8OOC（CH2）4COOC8H17
335
耐寒性优、耐油性、相容性低
癸二酸二辛酯
DOS
H17C8OOC（CH2）8COOC8H17
429
377
环氧大豆油
ESO
C2H2O（CH2）nCOOH
956
无毒、稳定性好，易渗出，也可以当稳定剂使用
偏苯三酸三辛酯
TOTM
C6H3（COOC8H17）3
546
430
耐热、绝缘性好、不易老化
聚合增塑剂
1000～4000
耐油剂不易迁移、不易塑化
氯化石蜡-52#
P-Cl
C15H26Cl6
难燃、绝缘性好，相容性及稳定性差，可以当阻燃剂使用。
烷基磺酸苯酯
M-50,T-50
RSO2OC6H3
挥发性低、无毒，相容性、耐寒性差
注：
上面所说“相容性”是指与PVC树脂相容性。
附表4PVC树脂常用稳定剂一览表
性质
应用
三碱式硫酸铅
3PbO·
PbSO4·
H2O
白色或带黄色粉末，易吸潮，不稳定，有毒。
与二碱式亚磷酸铅配合使用能使塑料热稳定性能和电绝缘性能良好，并能改善塑料耐候性，主要用作聚氯乙烯电缆料。
二碱式亚磷酸铅
2PbO·
PbHPO3·
白色细微结晶粉末，带甜味有毒具有耐候性、热稳定性、电绝缘性等优良性能，并有抗氧化性和屏蔽紫外线的性能。
应用于PVC电缆料，特别是室外电缆料。
二碱式硬脂酸铅
Pbst3·
具有优良的润滑性，耐水性和电绝缘性,
与三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅等铅盐稳定剂并用，有很好的协同作用，可改善加工流动性。
硬酯酸镉
C36H7O4Cd
白色细微粉末，具有优良的透明性、光稳定性、耐水性和电绝缘性，热稳定性高。
作为PVC金属皂稳定剂，可与钡皂、有机锡化合物、环氧化合物或亚磷酸酯并用，有显著的协同效应。
硬酯酸铅
C36H7O4Pb
白色细粉末，可燃，在空气中有吸水性。
作为PVC金属皂稳定剂，与其他金属皂配合使用较好。
硬酯酸锌
C36H7O4Zn
白色易吸湿细粉末，微具有特殊气味，有润滑性。
PVC塑料中作为无毒稳定剂使用，一般与其他金属皂稳定剂并用。
马来酸二正辛基锡
耐热性、耐侯性好，有润滑性。
与硫醇锡配合使用，有很好的协同作用
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