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PVC电缆料配方设计及实例
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拟高,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,而绝缘级那么要求绝缘性好。
各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,但原那么上不提倡。
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,通用级那么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,那么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拟,己二酸二辛酯与癸二酸二辛酯比拟,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外表光亮度。
常选用金属皂类、硬脂酸及石蜡等,参加量为1PHR左右。
5、 填充剂:
电缆料中参加填料可以提高电绝缘性能、耐热性能和降低本钱,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 2
DOP 20 硬脂酸铅
氯化石蜡 18 硬脂酸钙
M-50 18 碳酸钙 4
三碱式硫酸铅 3 煅烧陶土 6
〔2〕低本钱
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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℃
TOTM 62 二碱式邻苯二甲酸铅 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
〔4〕柔软型
PVC 100 DOP 30
DOS 30 环氧酯 6
〔5〕耐寒
PVC 100 DOP 10
DOS 28 T-50 18
52%氯化石蜡 8 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
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
〔7〕耐光型
PVC 100 DOP 22
DOS 20 TCP 7
T-50 5 三盐基硫酸铅 2
〔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
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 1 DBP 15
硬脂酸钙 0.8 硬脂酸
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
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;体积电阻率5.9×1012Ω•cm;热老化质量损失≤/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
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
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
增塑剂 40
〔7〕耐105℃阻燃PVC电缆料
PVC 100 TOTM 33
DTDP 10 氯化石蜡 8
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配方中参加乙炔炭黑,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 5 Ba/Cd/Zn稳定剂 4
〔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
PVC电缆料因生产设备的不同主要有如下四种方式:
1、 双辊开炼切粒:
原辅料→配料→高速混合机→密炼机→双辊开炼机→冷却水槽→枯燥→切粒机→筛选磁选→计量→包装。
2、 单螺杆挤出机造粒:
原辅料→配料→高速混合机→冷却混合机→单螺杆挤出机→热切机头→风冷→筛选磁选→计量→包装。
3、 双阶挤出机〔一阶双螺杆挤出机,二阶单螺杆挤出机〕造粒:
原辅料→配料→高速混合机→冷却混合机→双阶挤出机→热切机头→风冷→筛选磁选→计量→包装。
4、 双螺杆挤出机造粒:
原辅料→配料→高速混合机→冷却混合机→双螺杆挤出机→热切机头→风冷→筛选磁选→计量→包装。
具体工艺:
1、 双辊开炼切粒生产工艺
〔1〕 准备工作:
着色剂、填充剂分别用80目筛网过筛,并分别参加增塑剂浸透后用三辊研磨机或胶体磨进行研磨,备用。
稳定剂、抗氧剂及少量填充剂参加增塑剂中,搅拌成糊状浆料,然后用三辊研磨机或胶体磨研磨,使浆料粒度小于,升温到90℃并一直搅拌,备用。
PVC树脂用60目筛网过筛。
〔2〕 捏合:
高速混合机中通入0.2MPa的蒸汽进行加热,投入PVC树脂,然后缓慢参加研磨好的混合浆,待树脂将增塑剂根本吸收后再参加填充剂、着色剂,物料呈膨胀疏松粉末时卸料,此时料温在110℃左右。
全过程约需要5~10分钟。
〔3〕 密炼:
蒸汽压力0.3~0.4MPa,压缩空气压力0.5MPa,密炼时间3~5分钟,上顶拴抬起次数2~3次,物料密炼成团状小块,无粉料时卸料。
〔4〕 双辊开炼:
蒸汽压力0.4~0.5MPa,辊温160~170℃〔绝缘料温度宜高些〕至料完全塑化均匀后,以3mm厚度出片,所出料片应塑化均匀,韧而光洁、无生料。
〔5〕 冷却:
采用逆流浸没式水冷却槽,鼓风机除去料片上粘着的水分。
〔6〕 切粒:
采用平板切粒机。
切好的电缆料无长条、斜方形及连粒现象。
〔7〕 包装:
经筛选磁选、计量后包装。
2、 普通单螺杆挤出机造粒生产工艺
〔1〕 准备工作:
稳定剂、填充剂、着色剂分别用80目筛网过筛,并分别参加增塑剂浸透后用三辊研磨机或胶体磨研磨。
称量后备用。
增塑剂混合均匀后预热90℃待用;树脂用60目筛网过筛。
〔2〕 捏合:
投入PVC树脂,然后参加增塑剂搅拌片刻,待树脂将增塑剂根本吸收后,参加稳定剂,靠摩擦热使料温升到90℃左右,再参加填充剂、着色剂,料温升至110℃时,将料卸到冷却混合机中降温,至45~50℃以下时出料。
〔3〕 挤出造粒:
挤出机〔以SJ-120/20为例〕温度为80℃、120℃、160℃、170℃,机头165℃〔增塑剂添加量少时,温度提高5~10℃左右〕;挤出机螺杆转速10~30转/分;机头过滤网80目、120目各一层;风冷采用风压0.07MPa〔544mmHg〕、风量2250m3/h功率7.5kw的离心式通风机。
〔4〕 包装:
经筛选磁选、计量后包装。
3、 双螺杆挤出机造粒生产工艺
〔1〕 准备工作和捏合工艺同单螺杆挤出机造粒工艺。
〔2〕 挤出造粒:
机身温度130~150℃;机头温度
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