PVC电缆研究现状.docx

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PVC电缆研究现状

PVC电缆料研究近况

谭燕平指导老师:

刘波

摘要:

通过对PVC材料的相关报道及PVC电缆料科技文献的综合分析,结合电线电缆行业的发展,介绍了电线电缆用PVC材料的应用及未来发展的趋势。

关键字:

电线电缆PVC

前言

聚氯乙烯（PVC）是一种聚合材料（或树脂）,它是由分子式为CH2=CHCI的单体氯乙烯（VCM）多次叠加而成【1】。

除了含氯外,PVC与聚乙烯具有相同的结构,氯在PVC中占纯聚合树脂的57%,35%氯来自氯醛钾的电析。

纯PVC是颗粒状材料,机械硬度高,非常好的防气候变化,防水防化学物性能以及是电绝缘材料。

但是,对热和光相对不稳定,加热和紫外光导致了氯在氯化氢（HCL）中丢失,这可以通过加稳定剂来避免,稳定剂通常由金属盐如铅、钡、钙、镉或有机锡化合物组成。

PVC因其具有良好的物理、化学、电气、阻燃性能,二十世纪三四十年代国外就开始采用软PVC作为电线的绝缘材料【2】,我国PVC电缆料的开发应用始于上世纪五十年代。

随着PVC树脂、增塑剂及工业助剂生产能力的提高和新品种的推广与应用开发,电缆行业有了质的飞跃。

进入21世纪,随着人类环保意识的增强和人们对自身健康的关注,环境问题成为人类社会关注的焦点,许多国家、地区及组织纷纷制定了严格的标准与法规,限制有害物质的使用,特别是RolS和REACH法规【3】。

寻求新方法新工艺,提高资源利用率,适应环保法规要求,环保PVC电缆料应运而生,并迅速成为当前PVC电缆料开发的主题之一。

1.PVC电缆料基本添加剂

1.1增塑剂

DOP:

邻苯二甲酸二辛脂,是PVC的标准增塑剂,常用语耐温60度的电线插头料;

DIDP:

邻苯二甲酸二异癸酯,与PVC晶相相容性好,低挥发性,电气性能好,耐热性好,常用作耐温0度的电线料等;

DINP:

即邻苯二甲酸二异壬酯,属于PVC的主塑剂,相容性好,无毒,其他性能与DOP类似,做耐温70度的电源料及环保料;

TOTM:

偏苯三酸三辛酯,常用作耐105度的电源线电缆料以及NM耐ABS料的主塑剂;

环氧大豆油:

无毒,耐光稳定性好,对PVC制品有温度效果,但与树脂的相容性差,为一般增塑剂的辅助增塑剂。

1.2填充剂（俗称碳酸钙）

填充剂是一种能改变塑料物理性能（如机械性能,表面性能,加工性能,热性能）及降低制品成本的添加剂,在塑料加工过程中,它在添加剂中是用量最大的PVC电线电缆制品中常用的填充剂是碳酸钙,碳酸钙又分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙,重质碳酸钙为纯白色粉状制品,一般在0-15UM,添加到制品中,既可降低制品成本。

公司常用的有

LH-2500/MLT-2800/LM-2800轻质碳酸钙,是经过化学反应后再进行表面处理,使碳酸钙的表面形成一层吸油量小的覆盖层。

这样制得的碳酸钙可增加与PVC树脂的结合力。

1.3.稳定剂（俗称安定剂）

稳定剂是PVC产品配方的核心,最为重要的部分。

PVC的稳定剂包括:

热稳定剂,光稳定剂,抗氧化剂,紫外线吸收剂与粘合剂等。

钙锌安定剂:

其主要优点是无毒,耐硫化污染,但其稳定性相对比较低,钙锌稳定剂用量大时透明度差,易吸毒,该公司使用过的RUP-161NB及现使用的RUP-161,RUP-127,RUP-1110C,GT-105有机类稳定剂的热稳定性好,价格较贵。

1.4.润滑剂（俗称润剂）

润滑剂的作用,在于建设配合物与设备之间的摩擦力也称为外部润滑,俗称外滑剂,该公司用的是PE蜡/OPE,以及聚合物分子链间的内摩擦,也称为内部润滑剂,该公司用的是KG-16,在PVC电线电缆制品中,润滑剂添加过了,会降低强度,也影响工艺操作,如脱皮,出料口产生剥落,电线不亮及塑化不完全等。

1.5着色剂（俗称色粉）

用于PVC制品的着色剂主要有有机颜料和无机颜料,性能要求较高,如耐加工,耐高温,不受氯化氢影响,加工中无色粉,耐光等,一般来讲,无机颜料浓度低,色泽不够鲜艳,有的有毒且不透明,但稳定性好,无迁移。

有机颜料浓度高,色泽鲜艳,无毒,透明性好,但有些品种稳定性差,有迁移现象。

1.6.阻燃剂

PVC增塑由于含氯量高,本身具耐燃性,但经增塑后的塑料大多容易燃烧,所以需要阻止燃烧,常用的阻燃剂有氯化石蜡,三氧化二镁,氯化铝,氧化镁,磷酸酯类增塑剂等。

现PVC多使用三氧化二镁,不易导致溴类化合物超标,而硬质塑料多用溴类阻燃剂,要注意溴类化合物超标的问题。

2.环保PVC电缆料

2.1.检测标准现状

欧盟规定2006年7月1日以后进入欧盟国家的产品必须符合环保RolS规定。

传统PVC电缆料因含一定量的重金属元素等有害物质,所以不符合RolS规定,成为制约PVC电线电缆在电气设备、基础设施、基本建设等场合应用的重要因素。

2008年10月28日,欧盟公布SVHC（高关注物质）第1批候选物质清单,REACH法规正式执行【4】,所有进入欧盟的配制品和物品都将受此法规控制,虽然该法规没有禁止含有这些高关注物质的化学品进人欧盟市场,但都需要通过注册、评估、授权和限制等一组综合程序。

这就导致一些欧盟客户为了简化程序而要求各自的供应商提供的产品中都不准含有以上物质。

2.2.钙/锌热稳定剂的研究

传统的PVC稳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。

苏朝化等经过一系列研究【5】,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、90、105℃的环保PVC护套料,环保要求符合RoHS规定。

张建耀等【6】对德国汉高公司、德国熊牌、日本旭电化公司、新加坡三益公司、台湾联合化学公司生产的钙/锌稳定剂的热稳定性作了对比,几家公司的产品的热稳定时间都符合

GB/T8815-2002的规定,其中以新加坡三益公司的“G”和台湾联合化学公司的“I”最为出色;同时给出了8O℃等级环保型PVC电缆料的基础配方和工艺,挤线后能够满足美国汽车工程师协会《低压初级电缆》标准（SAEJ1128）和Ft本汽车工程学会《汽车用薄壁绝缘低压电线》标准（JASOD611~1994）对绝缘材料的性能要求。

张敏等研究将水滑石、水滑石与钙/锌复合物作为热稳定剂,加入PVC中制成薄膜,在85℃真空条件下劣化40天,对其力学性能和热稳定性进行了研究,并探讨了复合稳定剂的作用效果。

结果表明,热稳定剂水滑石、水滑石与钙/锌复合物的加入均能较好地改善PVC的力学性能和热稳定性。

单独使用水滑石作为PVC热稳定剂在PVC电缆料工业中应用是否可行值得商榷,但是发现水滑石至少可以作为钙/锌热稳定剂的协效剂使用[7]。

3.技术型特种PVC电缆料

3.1.防鼠蚁电缆料的研究

鼠、白蚁是塑料护套电缆的主要危害着,电缆在长期的使用过程中,尤其是在热带和湿带的环境下,肯能会经常受到鼠类及白蚁的危害[8]。

今年来,许多电缆事故的的发生,从经济效益和社会效益上都造成很大的损失和影响,因此,开发防鼠蚁型PVC电缆料护套具有十分重要的意义。

在配方设计与研发过程中,为避免生物的侵扰和防鼠类对电缆外套啃咬,通常在普通型PVC电缆料中加入一定量的驱避剂,如常用鼠类所厌恶的药物（环己酰亚胺、杀虫剂）或磷脂类避鼠剂等加入到护套中,挤制在电缆表面,能取得很好的效果。

常常选用銶氏剂、林凡、氯丹作为防蚁剂,研制防蚁电缆材料。

值得注意的是在研制开发过程中应该在环保安全方面多加考虑,最好选用无铅系列复合型稳定剂研制PVC材料。

3.2交联PVC电缆料

合理有效的交联可提高材料的使用等级,对PVC也不例外。

交联的方法有化学法、硅烷交联法和辐照交联法,而对PVC电缆料而言,最有效且研究应用最多的方法是辐照交联法。

辐照交联PVC的关键问题是如何在低辐照剂量下提高凝胶含量,通常的做法是添加多烯单体（如TMPTA、TAlC、TMPTMA等）,在此基础上再添加其他促进交联的材料[9]。

石光等在使用了TMPTA的基础上用EVA（VA质量分数为28%）作促交联剂[9]。

结果表明:

在TMPTA一定时,加入EVA不利于电缆料凝胶含量的提高,并且与凝胶含量间无对应关系,还会导致材料力学性能下降。

他们认为可能由于辐照条件下TMPTA优先与EVA接枝交联,形成EVA交联体系,该体系与交联的PVC基体间的界面相容性较差,从而导致材料力学性能下降。

张良通过试验得出:

EVA741对凝胶含量的提高有很大的作用,而EVA2805对提高凝胶含量不是很有效[10]。

这是因为EVA741的分子主链上有羰基成分,而普通EVA没有,羰基使EVA741与PVC的相容性大大提高,辐照后不会形成脱离PVC相的EVA无效凝胶,从而提高复合体系的凝胶含量;所以在PVC中添加辅助交联的材料要特别注意与PVC的相容性问题,一些自身容易交联而与PVC相容性差的材料作为PVC辅助交联剂加入PVC前,应先作适当的改性处理,以提高相容性。

4.废旧PVC电缆料的利用

4.1.废旧PVC电缆料可行性

在PVC电线电缆制造过程中,不可避免地会产生工艺废料、机头废料、产品异常剥离的绝缘与护套等废旧PVC电缆料。

废旧PVC电缆料一般会有不同程度的老化,所含的助剂都存在不同程度的损失。

虽然废旧PVC电缆料再生加工后其性能与新材料相比有所差异,但是为了

减少对环境的影响和变废为宝,应尽可能对其再生利用。

可通过重新调整配方,添加必要的功能助剂来改进废旧PVC电缆料的加工性能、力学性能和电气性能等。

罗邵武[11]等针对不同的产品要求,要采用不同的工艺配方与工艺:

①直接利用废旧PVC块状、粒状料生产线缆用内衬料、电缆薄膜、普通填充条等,~般不必调整配方。

②对废旧PVC电缆料进行收集、破碎、除磁分选后再次挤出造粒成3mmx3mm的内衬专用料,并用于挤制内衬层。

考虑对废旧PVC电缆料熔融后再生利用,即破碎后添加适量功能助剂再二次造粒,制成内衬专用料,用于挤制电力电缆的内衬层。

从废旧PVC电缆料的再生利用和PVC内衬专用料的研制来看,其生产工艺并不复杂。

结合目前的技术水平,或同科研单位联系合作,或向外引进技术加大开发力度,PVC内衬专用料的开发是完全可以取得成效的。

4.2.废旧PVC电缆料再生利用的经济分析

目前,我国电线电缆行业发展速度较快,现有1万多家电线电缆生产厂,其中上亿元工业产值的电线电缆生产厂近3000家。

因此,每年都会产生大量的废旧电缆料。

再生利用废旧电缆料,对环境保护具有积极的意义。

一般废旧PVC电缆料价格为2~4元/kg,而再生利用废旧PVC电缆料生产的制品的价格为9~12元/kg,其差价在5~10元/kg。

一个上亿元的电线电缆生产厂产生的废旧PVC电缆料按80t/a计算,如都用于生产内衬层,则可创造效益50万元/a以上。

再生利用废旧PVC电缆料的效益与潜力很大,值得去探索和研究,做好开发工作[12]。

从现有的技术经济评价看,废塑料处理成本中,收集、除磁分选过筛、破碎切块的成本占有很大比例。

废塑料处理的经济性的关键是在原材料的收集上,这更多应归结为社会问题。

废塑料处理是一个综合性的社会问题,是一项绿色事业,需要国家政策倾斜、政府支持才会蓬勃发展,才会产生经济效益、社会效益和环境效益[13]。

5.PVC电缆市场现状及发展趋势

5.1国内技术设备水平

我国的电线电缆材料的发展是随着电线电缆的发展而发展起来的,总体来说与世界上先进国家的水平相差不远。

改革开放以来,电缆工业得到了迅速发展,对电缆材料的要求日益提高,很多新的材料从国外引进使用到目前为此,大部分材料国内都已自主开发,如35Kv及以下的交联电缆绝缘料,已完全有国内生产,生产能力已超过国内需求;硅烷交联PE电缆料,国内从无到有,目前不但能生产两部法的硅烷交联电缆料,“十五”期间还开发成功一步法硅烷交联电缆料和自交联硅烷交联电缆料,并投入市场,满足了不同层次的电线电缆厂需求。

低烟无卤阻燃电缆材料,目前已基本能生产满足各类电缆要求的材料,基本上已不需要从国外进口。

辐照交联电缆料,包括各种温度等级的产品,国内大都已经生产[14]。

世界上的电缆技术发展是很快的,我们还有一部分电缆材料产品仍然需要从国外进口,例如,高压和超高压电缆用的可交联聚乙烯电缆料,与之配套的半导电内外屏蔽料,目前国内还无法生产,其主要原因是此类材料的生产单靠电缆材料行业的努力是不够的,需要全方位的合作,例如,石化企业的合作是事关重要的。

其他也有部分产品在特性和质量上与国外同类产品相比,有一定的差距;环保型材料的研究开发及大规模的代替PVC电缆料的新材料需要开发。

因此,从总体上说,国内的电缆材料的技术水平是不低的,但在品种上和质量上还有许多工作要做。

5.2国外电缆料专业现状、技术发展趋势及对国内市场的影响

5.2.1国外绝大部分电缆材料的生产是从树脂合成到电缆料加工一体化,使材料品质得到了严格的保证,产品的品种开发得到合理的程序,容易满足电缆制造商要求。

例如,北欧化工是一家生产高压电缆交联PE料的知名大厂,从35KV到330KV的可交联PE料,品种规格齐全,

与此同时还生产硅烷交联电缆料,半导电屏蔽料等,质量可靠,是供应全球的主要厂商,也深受我国电缆厂的欢迎[15]。

5.2.2目前国外电线电缆材料发展趋势是环保、安全、节能方向发展。

欧盟的“关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令"和“报废电子电气设备指令”出台和实施,这就意味着环保型产品的全面使用已在眉睫,大量出口产品都已提出环保要求。

电缆材料的环保要求是一个严肃课题,它关系到原材料和电缆材料生产的方方面面。

北欧和日本都已进入市场化。

阻燃、防火与环保同时并进[16]。

家用电气、电子电气、汽车和交通工业、建筑、城市交通和各类现代化工程都离不开安全问题,因此,对电线电缆材料的阻燃要求已成为当前的主题,目前普遍采用对人类危害小的低烟无卤阻燃材料,它与环保主题结合在起,成为即将取代聚氯乙烯的最理想的材料。

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