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整理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)
PVC 100 二碱式亚磷酸 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 3 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 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 1 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
PVC100稳定剂7
DOP30水合硼酸锌/Sb2O3(1:
1)4~6
氯化石蜡20氢氧化铝20~40
TCP15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
PVC100DOP40
DOS10三碱式硫酸铅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
PVC100TOTM33
DTDP10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50~80
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
PVC100丁腈橡胶40
DOP30磷酸三甲苯酯20
氯化石蜡10三盐基硫酸铅5
双酚A(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
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
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→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。
(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,并分别加入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,然后加入增塑剂搅拌片刻,待树脂将增塑剂基本吸收后,加入稳定剂,靠摩擦热使料温升到90℃左右,再加入填充剂、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℃
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