聚氯乙烯电缆料电气性能的分析_

聚氯乙烯电缆料

第8期聚氯乙烯No.8

2006年8月PolyvinylChlorideAug.,2006【加工与应用】

聚氯乙烯电缆料电气性能的分析(Ⅰ)

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罗绍武1,习有建1,毛继红2

(1.昆明电缆股份有限公司,云南昆明650100;2.昆明银森塑胶工贸有限公司,云南昆明650224)

[关键词]PVC;电缆料;电气性能;影响因素

[摘　要]针对影响PVC电气性能的因素,从生产配方、原材料、生产工艺、操作与生产环境等方面进行了分析

探讨。

[中图分类号]TQ325.3　　[文献标识码]A　　[文章编号]1009-7937(2006)08-0009-04

AnalysisontheelectricalbehaviorsPVCLUOShao-wu,XIYou-jiani-1

1

2

(1.KunmingElectrical,;

2.KunmingYinsenPlastic,Ltd.,Kunming650224,China)

KeyPVC;behavior;influencefactors

tothefactorsinfluencingtheelectricalbehaviorsofPVC,theproduction

formula,raw,productionprocess,operationandproductionenvironmentwereanalyzedandinvestigated.

前　言

PVC电缆料具有优良的力学性能、耐老化性能

和绝缘性能,原材料来源广泛,价格适宜,功能助剂多样化,易于研制开发多品种、多规格、多元化的线缆用材料,因而在线缆行业得以广泛应用。

在PVC电缆料生产中,受生产环境、操作的随意性及原材料的波动和气候变化等因素的影响,即使是成熟的同一生产配方,其产品质量也不太稳定,理化性能指标也会随各种影响因素的变化而波动,甚至会出现某些性能指标达不到相关标准或用户的要求。电气性能(体积电阻率、火花率、击穿强度、泄漏电流等)和热氧老化性能(质量损失、热稳定时间、老化前后力学性能等)等下降,部分指标达不到GB8815-1988标准和GB8815-2002标准。

备修理厂;高阻计ZC-36,上海第六电表厂;液体测定电极JXK-301,新安江科学仪器厂。1.2　测试标准

液体体积电阻系数按GB1672-1988标准进行测试,PVC电缆料试样体积电阻率按GB1410-1989标准进行测试,介电强度按GB1408-1989标

准测试。

1.3　原材料性能与选择

PVC电缆料成品电气性能除了受测试方法(操

作、取样、制片、处理等)及测试条件(环境湿度、温度、电压等)的综合影响(这些影响因素本文尚不作讨论)外,还取决于原材料本身的结构性能与组成、生产工艺配方及生产操作。本文从以下几个方面进行探讨,以便不断提高和稳定PVC电缆料产品的性能和质量。

1.3.1　增塑剂

1　原材料与工艺配方

1.1　试验测试设备

双辊塑炼机SK-160,天津市电材设备修理

厂;双层平板硫化机Q2B-350×2,天津市电材设

3

在PVC电缆料生产中添加不同类型的增塑剂,

[收稿日期]2006-02-27

[作者简介]罗绍武(1971-),男,工程师,1994年毕业于云南工业大学高分子橡塑工程专业,主要从事PVC材料研究

开发及废旧塑料的再生利用与电线电缆技术工作。

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聚氯乙烯电缆料

加工与应用　　　　　　　　　　　　　　聚氯乙烯　　　　　　　　　　　　　　　　2006年其主要作用是改善产品的加工性能与拓宽应用范围,提高产品的可塑性及耐低温、耐高温性能。不同增塑剂分子质量大小、性能、增塑机理各不相同,相容性、吸湿性、挥发性也有差别。如电气绝缘性能由高到低的增塑剂有:聚酯、TCP>DIDP、CP-52>

[1]

DOP>DOA、DBP等。不同种类的增塑剂对PVC电缆料的电气性能影响也不同;另外,即便是同种增塑剂同一用量,由于所含杂质、纯度及采购批次、运输贮放的差异,对PVC电缆料电气性能及其他理化性能指标也会造成不同程度的波动与影响。

实践表明:挥发性高、吸湿性强、纯度偏低、热失重偏高的增塑剂,在PVC电缆料生产中易造成产品多气孔、针眼、外观差、热老化质量损失偏高、20℃体

ρ积电阻率(这些可以从3个不V)偏低等不良情况。

同批次增塑剂的使用效果看出来,测试数据见表1表1　增塑剂电气性能检测数据

增塑剂

DOPDOPCP-52

而用量与种类对PVC电气性能及其他理化性能也会有影响。一般多采用颜料而不用染料,多用无机

颜料而少用有机颜料。通过抽取不同批次生产及试验的PVC电缆料,经辊压取样测试数据,结果表明:在同一PVC(J70)电缆料配方中,色料对ρV值的影

[3]

响大致是ρ。随着色料用量V红<ρV黄<ρV蓝<ρV黑的增大,其产品相对密度增加,电气性能也是有不同程度的波动,配方成本上升。1.4　工艺配方

为提高PVC电缆料的电气性能、抗老化性能,改善其加工性、流动性、可塑性,有利于PVC树脂与各添加剂的相互渗透、掺合,在PVC。实验,、PVC产品性能、,。(J70)配方

各种助剂添加量是以PVC树脂100份为基准而计算的质量份数。PVC-SG2、PVC-SG3,100份;增塑剂(DOP、DOTP、CP-52、ESBO、T-50),40～55份;稳定剂(DIS、TIS),6～8.5份;活性CaCO3,18～35份;润滑剂(BaSt2、HSt、P),1.8～3.2份;着色剂(酞菁绿),0.15～0.35份。1.4.2　电气性能测试

##

把表1中1#、2、3增塑剂用于基础配方,进行了多次调整、试验。表2是经过筛选处理的PVC电缆料(J70)20℃时的ρV,而其他理化性能指标不仅达到GB8815-1988,并且波动小。

表2　PVC电缆料(J70)20℃时的ρV

配方

1#2#3#

Ω标准

1×1011

1#2##×1010

1×10117.8×101074×7.92109

—

1.921010

DOTP1×10121.3×10121.62×1012

—

江苏莱顿助剂总厂江苏靖江溶剂厂

1.3.2　填充料

在PVC电缆料生产中,多选用轻质CaCO3、活

(煅烧)陶土等无机物作填充料。这些填性CaCO3、

充材料能起增量补强的作用,降低配方成本[2]。然

而,用量、粒径及纯度都会影响到PVC电缆料的力学性能、相对密度、质量损失、产品外观、加工性能及经济效益。经过活化处理的CaCO3或经煅烧脱去水分的陶土,由于吸湿性小,在晶体结构间易形成吸附中心,捕捉游离态PVC分子、增塑剂中的自由离子和分解产物,减小游离态或泄漏电流的电子、离子数目,因而导电性能低,易于保障和提高PVC产品的ρV。

1.3.3　其他原材料

Ω m　批次3

标　准≥1×1012

≥1×1012≥1×1012

批次1

8.69×10111.76×10122.70×1012

批次2

4.42×10127.20×10125.46×1012

9.40×10123.60×10121.36×1012

配方试验表明,稳定剂的用量及铅含量对ρV值

也有一定影响。稳定剂用量相同时,铅含量越高,ρV值越优异;稳定剂用量越多,ρV值越高。其主要原

-因是它抑制自由离子的产生,减少H+、Cl、HCl等

导电离子、分子数量,可改善产品的加工性能,提高耐热老化性能。在PVC电缆料配方设计与生产中多选用TIS、DIS、Pb-ST等稳定剂及ESBO、CP-52等增塑剂,充分发挥几种功能助剂的“协同效应”

[1]

,提高产品性能。

虽然着色颜料在PVC电缆料生产中用量很少,由于它抑制自由离子的产生和着色性能的差异,从

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##

在上述配方中分别采用1#、2、3的液体增塑剂,经过小样、试生产后进行测试,20℃时ρV值波动较大。其主要因素有:①配方设计是否科学合理,各类助剂用量是否匹配;②液体增塑剂电性能、酯含量的影响;③测试因素的影响;④原材料采购受季节、运输、贮存堆放的影响。1.4.3　原材料用量及性能的分析

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作为绝缘材料的PVC树脂,其ρV一般在10Ω cm以上。随着增塑剂、有机着色剂用量的增加,

)递减;随稳定剂、其PVC产品ρ填充料用V值(20℃

)递增,而其他理化指标相应量的增加,其ρV值(20℃

也在变化[2]。从图1～图4中可以看出ρV值与各助

剂用量配比体系的曲线关系(均以1.4.1的配方为基

聚氯乙烯电缆料

)　　　　　　　　加工与应用第8期　　　　　　　　罗绍武等:聚氯乙烯电缆料电气性能的分析(Ⅰ

础,调整各助剂用量后进行测试的结果)

。

图4　酞菁绿用量对ρ)V的影响(20℃

曲线Ⅰ为DOP—DOTP—CP-52配混

2　生产工艺

2.1　;RH-,武汉塑料机械厂;LH-,武汉塑料机械厂;SJS80/18平行双

图1　增塑剂用量对ρ)V的影响(20℃

螺杆挤出机,武汉塑料机械厂;2DL-OⅡ粒料振动

输送机,淄博通用机械厂。2.2　生产工艺、操作、环境

PVC电缆料挤塑生产工艺流水线见图5。从图5中可看出,在某些工序上因操作工艺参数的不当

曲线Ⅰ为DIS—TIS配混,曲线Ⅱ为TIS

图2　稳定剂用量对ρ)V的影响(20℃

及生产环境的影响,将会造成PVC电缆料电气性能

偏低,甚至达不到技术要求与标准。2.2.1　称量配比

PVC电缆料是多组分的多元混合体系,涉及到很多原材料,由于原材料在混合体系中所起的作用不同,其用量也是不同的。如果计量仪器的精度不够,操作失误,从而改变各组分在配方中的比例含量,配方比例变样失真,最终导致PVC产品理化性能不达标、不合格、波动性大。若多加入液体助剂,则产品柔软,硬度低,低温冲击脆化性能较好,而电气性能、力学性能则会下降;粉状固体材料加入多,则机械强度高,热稳定时间增加,加工工艺温度偏高,电气性能较为优异,而柔软性及低温冲击脆化性能将变差

。

图3　填料用量对ρ)V的影响(20℃

图5　带控制点的PVC产品生产工艺流水线

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聚氯乙烯电缆料

加工与应用　　　　　　　　　　　　　　聚氯乙烯　　　　　　　　　　　　　　　　2006年

2.2.2　搅拌混合

燥,在某些生产环节上加工工艺温度应相应提高5～10℃,适当延长混合时间,让粉料混合均匀,排出

分解产物(小分子气体)及部分水分。2.2.6　设备运行

只有设备正常运行,才能保证生产顺利进行,满足生产工艺条件,确保生产优质的PVC制品。否则,设备出现故障,关键生产设备(高冷混合机、挤塑机)在修理过程中易引入金属杂质、油污。若清理不干净,产品易出现质量事故,如火花率过高、发生电

ρ压击穿、V值偏低等不良情况。

2.2.7　滤网与排气装置在PVC电缆料生产中,2～3h更换3～～0.100目)的不锈钢()、焦料,造成火花率偏高,发生电压。如果排气装置漏气,真空压力降低,则不易排出高温挤制产品时所产生的HCl、CO等分解产物及水蒸气,从而造成产品多气泡、针眼、工艺放线性能差、线缆产品外观有毛刺、不光滑等。

称量研磨后的各种浆料,为了让其加入到混合

体系中后能分散均匀,必须按生产工艺要求,搅拌一定时间。如果搅拌不充分,混合体系易分层,分散性不好,密度大的含铅助剂及无机物易下沉,密度较小的有机液体助剂在上层。如果直接把混合浆料投入高冷混合工序,最终造成PVC电缆料产品性能波动大,测试结果偏差大。一部分产品力学性能优异,质

)高(绝缘性能较量损失少,耐温,且ρV值(20℃

好);一部分产品柔软性好,低温冲击脆化性能优异,

)偏而质量损失严重偏大,不耐温,且ρV值(20℃低。

2.2.3　生产环境

在PVC电缆料生产过程中,首先要保持环境卫

生,以免引入杂质、油污或金属屑。序(A区),过筛树脂粗料、混工序粉尘较多,,C()高,艺放线性能。2.2.4　工艺参数工艺参数是挤出造粒的核心要素,没有正确的一套生产工艺参数,即使是优异的配方也难以生产出合格的产品。参数设置合理,半成品充分混合、分散均匀,树脂与液体助剂的吸收渗透最佳,达到初步预塑的效果,小分子气体排出等,对成品的塑化效果及外观至关重要。否则,不仅造成产品外观、理化性能的差距与波动,而且在生产线缆产品时,容易发生质量事故。2.2.5　气候与生产

生产中应注意季节的变化。雨天时,粉状原材料易吸收水分受潮,液体助剂易混入水分;如果加工温度参数设计不当,排气装置不理想,在挤制产品的过程中,易造成焦烧、多气孔、针眼,严重影响ρV值。在冬季,由于外界气温偏低、湿度小、北方气候较干

3　结　语

在PVC电缆料的研制开发、生产过程中,影响

ρPVC电缆料电气性能(如火花率、电压击穿、V值)及其他理化性能的因素是多样和多变的,需在生产

中不断摸索总结,并加以调整,化解存在的诸多不利因素,保证生产顺利进行,进而取得良好的经济效益。

[参考文献]

[1]王善勤,徐修成.实用塑料配方600例[M].北京:轻工

业出版社,1993.

[2]北京电线总厂.塑造配合与加工[M].北京:机械工业出

版社,1983.

[3]吴立峰.塑料着色与色母料[M].北京:化学工业出版

社,1994.

[编辑:杨　彬]

欧盟电线电缆业PPE取代PVC大势所趋

(RoHS)正式生效,此举将引领全球原从2006年7月1日起,欧盟《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》

材料供应商设计生产环保型新材料的发展趋势。在电线电缆生产领域,目前已有高性能聚苯醚(PPE)树脂取代传统PVC树脂来制造线缆护套。

(RoHS和WEEE)指令的颁布实施,一场环保风暴开始席卷中国电子和电线电缆业。为使产品能符合随着欧盟“双绿”RoHS指令,很多家电制造企业要求原材料供应商必须书面承诺其产品符合RoHS,并提供权威检测机构的检测证书。甚至有

厂商与材料供应商签署了绿色供应链协议,以保证“绿色采购”,确保出口欧盟的产品达到要求。在这种情况下,传统PVC材料由于必须添加大量阻燃剂等问题正在被逐渐淘汰,而高性能PPE树脂正在成为电线电缆业的新宠。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m404.html