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通過(guò)研究基礎(chǔ)樹脂、復(fù)合穩(wěn)定劑、增塑劑、填充劑等對(duì)電線電纜用環(huán)保聚氯乙烯(pvc)護(hù)套料性能的影響,確立電線電纜用環(huán)保PVC護(hù)套料配方:PVC為100.0phr,Ca/Zn復(fù)合穩(wěn)定劑為7.0phr,偏苯三酸三辛酯(TOTM)為35.0phr,鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)為15.0phr,重質(zhì)碳酸鈣為30.0phr。并對(duì)產(chǎn)物性能進(jìn)行了表征,測(cè)試結(jié)果表明,整個(gè)配方體系不含有害物質(zhì)(鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻等重金屬及多溴聯(lián)苯及其醚類),護(hù)套料性能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)105℃環(huán)保PVC護(hù)套料的要求,擠出工藝性能優(yōu)良。
1前言
進(jìn)入21世紀(jì),隨著人類環(huán)保意識(shí)的提高和人們對(duì)自身健康的關(guān)注,環(huán)境問(wèn)題成為人類社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),許多國(guó)家、地區(qū)及組織紛紛制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī),限制有害物質(zhì)的使用。特別是歐盟規(guī)定2006年7月1日以后進(jìn)入歐盟國(guó)家的產(chǎn)品必需符合環(huán)保ROHS規(guī)定,否則,產(chǎn)品根本無(wú)法進(jìn)入歐盟國(guó)家。傳統(tǒng)PVC電線電纜料因含一定量的重金屬元素等有害物質(zhì),已成為制約電線電纜在電氣設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施、基本建設(shè)等場(chǎng)合應(yīng)用的重要因素。為保護(hù)人類健康,維護(hù)生態(tài)環(huán)境,降低對(duì)社會(huì)環(huán)境的威脅和污染,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,環(huán)保PVC電纜料的開發(fā)已成為當(dāng)前電纜材料開發(fā)的主題。
本環(huán)保配方體系不含對(duì)人和環(huán)境有較大損害的鉛、鎘、六價(jià)鉻、汞等重金屬及及多溴聯(lián)苯及其醚類,性能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)105℃環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套料的要求,擠出工藝性能優(yōu)良,目前已投入汽車電線、電氣裝備線等用環(huán)保塑料的批量生產(chǎn)中。
2實(shí)驗(yàn)
PVC樹脂:北京化工二廠;偏苯三酸三辛酯(TOTM)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP):齊魯石化公司;鈣/鋅環(huán)保復(fù)合穩(wěn)定劑:深圳志?；す?重質(zhì)碳酸鈣:蘇州立達(dá)化工廠;抗氧劑雙酚A:臺(tái)灣化工公司;PE蠟:上海金山石化公司;高耐磨碳黑:遼寧鞍山碳黑廠。
制備工藝 ，將不同組分的原材料在高速混合機(jī)上混合6min左右,在擠出溫度為130~160℃雙螺桿擠出機(jī)上塑化造粒,將混好的護(hù)套料在165~175℃壓床上模壓15min制成試片,供實(shí)驗(yàn)用。
試樣的物理力學(xué)性能按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8815—2002《電線電纜用軟聚氯乙烯塑料》要求進(jìn)行測(cè)試,環(huán)保性能按IEC62321ED.1111/54/CDV的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。
3結(jié)果與討論
3.1PVC樹脂的選用
選用合適的PVC樹脂是設(shè)計(jì)PVC護(hù)套配方至關(guān)重要的一步,PVC分子量的大小即聚合度的大小關(guān)系到PVC護(hù)套料的各項(xiàng)性能。分子量越高,制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彈性模量越高,耐熱耐寒性越好,熱變形溫度較高;另一方面,隨分子量增大,樹脂的加工流動(dòng)性能變差,可塑性下降,加工溫度高。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用聚合度為1300左右的聚氯乙烯樹脂較適合(即SG-3型樹脂)。
3.2增塑劑的選擇
增塑劑添加到高聚物中,能降低樹脂分子間的作用力,增塑劑的主要作用是降低聚合物的熔融溫度和熔體粘度,進(jìn)而降低聚合物的加工溫度;賦予聚合物制品以柔軟性和耐低溫性能。通過(guò)配方試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)105℃環(huán)保PVC護(hù)套料,使材料熱失重和斷裂伸長(zhǎng)變化率及低溫沖擊脆化性能同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求是配方研制的關(guān)鍵所在。選擇熱穩(wěn)定性好、揮發(fā)性比較小、增塑效果好的增塑劑以獲得護(hù)套料較好的熱老化性能,保持較好的物理力學(xué)性能。
環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套料中較常使用的增塑劑有:鄰苯二甲酸二辛酯(DOP),鄰苯二甲酸二壬酯(DINP),鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP),鄰苯二甲酸雙十三酯(DTDP),對(duì)苯二甲酸二辛酯(DOTP),偏苯三酸三辛酯(TOTM)等。由圖1看出,增塑劑的揮發(fā)性及耐熱性優(yōu)劣順序如下:TOTM>DTDP>DIDP>DOP。
從表1結(jié)果可知:10#配方同7#配方相比,由于10#配方的DIDP用量較多,護(hù)套料的斷裂伸長(zhǎng)變化率及熱失重較大,達(dá)不到到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。7#配方DIDP用量減少,因此7#配方老化后的斷裂伸長(zhǎng)變化率及熱失重比較小,可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷裂伸長(zhǎng)變化率及熱失重的要求,是因?yàn)樵鏊軇㏕OTM比DIDP揮發(fā)性小所致。熱失重主要由增塑劑的揮發(fā)、氯化氫的逸出、低分子物質(zhì)的析出等引起;熱失重會(huì)在一定程度上影響塑料的斷裂伸長(zhǎng)變化率。7#和10#配方的低溫沖擊實(shí)驗(yàn)合格,而4#和6#配方的低溫沖擊實(shí)驗(yàn)不合格,是因?yàn)?#和6#配方增塑劑用量較少所致,當(dāng)增塑劑用量較少會(huì)導(dǎo)致材料的玻璃化溫度升高,從而導(dǎo)致4#和6#配方的低溫沖擊實(shí)驗(yàn)不合格。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知材料的熱失重與低溫沖擊性能是一對(duì)矛盾,要使它們同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,必須選擇好增塑劑的品種并將其添加量控制在合適的范圍。綜合考慮多方面的因素選取偏苯三酸三辛酯(TOTM)和鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)作為本配方體系的增塑劑;加入DIDP主要是為了降低塑料的成本。
3.3環(huán)保穩(wěn)定劑的選擇
環(huán)保PVC護(hù)套料的穩(wěn)定劑應(yīng)不含對(duì)人體有危害的鉛(Pb)、鎘(Cd)汞(Hg)、六價(jià)鉻(Cr6+)等重金屬元素。環(huán)保護(hù)套料選用鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑,鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性接近或超過(guò)某些鋇/鎘穩(wěn)定劑、鉛類穩(wěn)定劑,并可以替代有毒穩(wěn)定劑。并且這類穩(wěn)定劑的耐候性好,無(wú)毒,具有良好的透明性,有益于人體健康和環(huán)境保護(hù)。
鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的加入對(duì)護(hù)套料的熱穩(wěn)定時(shí)間影響很大。穩(wěn)定劑加入越多,護(hù)套料熱穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng),材料性能就越優(yōu)良。這主要是因?yàn)殁}/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑加入有效抑制了PVC的分解,延長(zhǎng)了護(hù)套料的使用期。鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的加入量不宜過(guò)低,過(guò)低護(hù)套料的熱穩(wěn)定時(shí)間很短,在生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)焦燒,使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行,同時(shí),材料老化后的性能變差;但加入量也不能過(guò)高,過(guò)高雖然老化后的性能很好,但成本會(huì)增加。綜合考慮了各種因素,環(huán)保穩(wěn)定劑一般加入7份左右比較合適。
3.4填充劑的使用
塑料中添加填充劑主要是降低產(chǎn)品成本,減少樹脂的消耗量,還可以改善塑料的某些性能。例如:耐熱變形性變小,改善捏合性能,減少成型收縮率等。但是,填充劑的加入會(huì)影響塑料的拉伸強(qiáng)度及低溫性能等。在PVC護(hù)套料中常用碳酸鈣做填充劑。碳酸鈣分輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣,重質(zhì)碳酸鈣加入到PVC護(hù)套材料中比輕質(zhì)碳酸鈣加入到PVC護(hù)套材料中的產(chǎn)量高,表面質(zhì)量也比較好。重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的粉塵少,符合綠色環(huán)保設(shè)計(jì)與制造的要求。
碳酸鈣添加量多少對(duì)PVC護(hù)套料低溫沖擊性能影響比較大,添加量較多時(shí),低溫沖擊性能一般不容易合格,這是因?yàn)樘妓徕}加入量增加了,而增塑劑用量保持不變,這會(huì)使護(hù)套料玻璃化溫度升高,相應(yīng)的低溫性能變差。隨著碳酸鈣添加量的增加,護(hù)套料成本會(huì)降低,但斷裂伸長(zhǎng)率變小,密度會(huì)逐漸增大,硬度增大。綜合考慮各方面的因素,碳酸鈣添加量在30~40份為宜。
3.5其它加工助劑的使用
在PVC護(hù)套料中還加入了抑制PVC老化的抗氧劑,加入了降低PVC與加工機(jī)械摩擦和PVC內(nèi)摩擦的有聚乙烯蠟及碳黑著色劑等。
4塑料及其制品的性能
通過(guò)配方的綜合研究和篩選,確定了105℃環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套料配方,對(duì)塑料及其制品的性能進(jìn)行了研究。
4.1擠出造粒
塑料擠出造粒在75/180雙階螺桿擠出造粒機(jī)上進(jìn)行,擠出過(guò)程設(shè)備負(fù)荷正常,塑化好的粒料表面光滑。
5結(jié)論
(1)以聚氯乙烯(PVC)SG-3為基礎(chǔ)樹脂,Ca/Zn復(fù)合穩(wěn)定劑為穩(wěn)定劑,偏苯三酸三酯(TOTM)和鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)為增塑劑、重質(zhì)碳酸鈣為填充劑,雙酚A為抗氧劑,聚乙烯蠟為潤(rùn)滑劑、高耐磨炭黑為著色劑,通過(guò)擠出造粒獲得了性能優(yōu)良的電線電纜用105℃環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套塑料,已用于電纜的實(shí)際生產(chǎn)中。
(2)105℃環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套料的性能符合GB/T8815-2002要求。
(3)105℃環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套料的環(huán)保指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
(4)105℃環(huán)保聚氯乙烯護(hù)套料的工藝性能良好。
