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。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）PVC100二碱式亚磷酸2DOP20硬脂酸铅0.8氯化石蜡18硬脂酸钙0.4M-5018碳酸钙4三碱式硫酸铅3煅烧陶土6（2）低成本PVC100DOP38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）PVC100碱式碳酸铅6DOP34硬脂酸钙142%氯化石蜡17双酚A0.25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）PVC100碱式碳酸铅6DOP27.5硬脂酸钙152%氯化石蜡27.5双酚A0.25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)PVC100三碱式硫酸铅6DIDP55硬脂酸钙1电气级陶土10双酚A0.25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）PVC100三碱式硫酸铅6DIDP45硬脂酸钙142%氯化石蜡15双酚A0.25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）PVC100三碱式硫酸铅6DIDP40硬脂酸钙152%氯化石蜡22双酚A0.25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）PVC100硬脂酸钙1季戊四醇辛酸丁酸酯55双酚A0.25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）PVC100DOP22DIDP12三盐基硫酸铅3氯化石蜡10硬脂酸铅0.5硬脂酸钡1双酚A0.3碳酸钙20钛白粉适量（10）70℃PVC100DOP45三盐基硫酸铅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A0.5钛白粉2色适量（11）600VPVC100DOP4050%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）600VPVC100DOP50三碱式硫酸铅2硬脂酸钡1粘土10PVC护套级电缆料（1）PVC100二碱式亚磷酸铅2DIDP30硬脂酸钡1TCP12硬脂酸铅1DOP13碳酸钙8三碱式硫酸铅3（2）耐热105℃PVC100硬脂酸钡0.6TOTM62二碱式邻苯二甲酸铅6三碱式硫酸铅1双酚A0.4硬脂酸铅0.6（3）耐热70℃PVC100DOP35DOS10三碱式硫酸铅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A0.5（4）柔软型PVC100DOP30DOS30环氧酯6硬脂酸钡3硬脂酸镉1.5双酚A0.25（5）耐寒PVC100DOP10DOS28T-501852%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1双酚A0.5碳酸钙5（6）非迁移型PVC100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PVC100DOP22DOS20TCP7T-505三盐基硫酸铅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A0.1UV-5290.1（8）耐磨型PVC100二碱式硫酸铅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PVC100三碱式硫酸铅6DOP60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PVC100氯化石蜡1374140三碱式硫酸铅3DOP20二碱式硫酸铅2DBP8双酚A0.4TCP18Ba/Cd/Zn复合液1741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PVC100DOP25硬脂酸钡1DBP15硬脂酸钙0.8硬脂酸0.3有机锡88312.5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PVC100煅烧陶土5TOTM40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PVC100二碱式硫酸铅2TOTM40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70960.5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PVC100稳定剂7DOP30水合硼酸锌/Sb2O3(1:1)4~6氯化石蜡20氢氧化铝20~40TCP15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PVC100DOP40DOS10三碱式硫酸铅5硬脂酸铅1TCP2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PVC100二碱式邻苯二甲酸铅3三碱式硫酸铅4双酚A0.5二碱式硫酸铅4抗氧剂10100.4硬脂酸铅1活性碳酸钙10二碱式硬脂酸铅3TOTM30（6）化学交联PVC电缆料PVC100TAIC交联剂2~6稳定剂4.5DCP0.5~0.8增塑剂40（7）耐105℃阻燃PVC电缆料PVC100TOTM33DTDP10氯化石蜡8三氧化二锑5三盐基硫酸铅4.5二盐基亚磷酸铅3硬脂酸钡2双酚A0.5碳酸钙3（7）屏蔽用半导电材料PVC100DOP35二盐基邻苯二甲酸铅5硬脂酸钙2乙炔炭黑50~80PVC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PVC100丁腈橡胶40DOP30磷酸三甲苯酯20氯化石蜡10三盐基硫酸铅5双酚A0.3~0.5液体Ba/Cd/Zn1（9）无铅无镉PVC电缆料PVC100DOP45环氧大豆油5Ba/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PVC100DIDP20环氧大豆油4三密石酸辛酯15Ba/Cd/Zn稳定剂5煅烧粘土10高熔点石蜡0.5PVC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→干燥→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，并分别加入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加入增塑剂中，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0.050mm，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，然后缓慢加入研磨好的混合浆，待树脂将增塑剂基本吸收后再加入填充剂、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