环保型PVC电缆料的配方设计

（2）炼胶时：应严格控制双辊密炼机的温度，以防 止物料的分解影响性能。在本试验中，前辊温度为 170℃，后辊温度为175℃，混炼过程中使物料包后 辊。在炼胶过程中，要注意炼胶时间要相同，同为 10分钟，而且要注意自己不要被烫伤，所使用的铲 子和自己的双手不要放到双辊的中间，以免出现伤 害事故。 (3）压板时：温度不能过高，温度过高，物料会分解， 而且所压的板中会有很微小的气孔；压片过程中， 排气要充分，以确保材料内部无气泡，控制不同的 配方的物料受压时间及压力相同，以免影响性能。 试验中的各项参数设置如下：
2.0
35
1.5
34
1.0
33
30 40 50 60 70
1.38 30 40 50 60 70
重钙添加比例（份）
重钙添加比例（份）
2. 工艺流程及工艺条件
2.1 工艺流程
2.2 工艺条件 （1）预混：PVC和DOP按100：40称取,PVC和DOP、DOTP按 100：20：20称取，高速混合机加热至75℃加入PVC并搅拌，稳 定至85℃时开始加入DOP,持续混合至温度达到110℃左右出料 （得到的混合物很蓬松），PVC和DOP、DOTP混合同上。
表3.9实验配方
根据上表中数据作图如下：
小结：由图3.8可以看出,随着硼酸锌用量的增加,氧指 数来回振荡变化，它再中间值处有个峰值，或许此时是 最佳用量。实验过程中还发现,随着硼酸锌用量的增加, 燃烧时发烟量明显减少,并且烟的颜色逐渐变白。硼酸 锌是一种分散性很好的细结晶粉末,易于分散到各种树 脂中,与Sb2O3并用提高了阻燃性。因为硼酸锌燃烧时 释放出大量结晶水,吸收大量热量,延缓了聚合物温度上 升的速度,而且同时释放出的水蒸气稀释了燃烧气体,最 终生成的B203形成玻璃状薄膜覆盖于聚合物上,隔离了 氧气,起到了阻燃作用。硼化合物作为火焰相与凝固相 的阻燃剂,在燃烧条件下,PVC产生HCl,HCl与硼酸锌作用 生成不挥发的锌化合物。与三氧化二锑并用,可使氧指 数提高,并且能够抑制烟雾的生成。



由图3.6、图3.7可以看出,随着添加量的增加,体系 的拉伸强度、断裂伸长率都逐渐减小。这是因为 硼酸锌是一种填充型的阻燃剂,与PVC分子的形状 差异较大,并且不能被增塑剂很好的浸润,故相容性 差,随着它的用量增加,在体系中形成很多的界面, 在外力作用下容易滑脱,导致力学性能下降。 由图3.9看出，体系的密度明显比没有添加硼酸锌 的体系大很多，这是由于阻燃剂的加入对密度影 响很大，与Sb2O3体系的变化一致。 由图3.10可以看出, 硼酸锌用量的增加,体系体积 电阻率变化不是很大。

表3.1 实验配方

表3.2 样条性能

通过表中数据，可以看出DOTP的加入能够 提高样品的断裂伸长率和体积电阻率，而 氧指数基本上不会有太大的变化，这说明 DOTP和DOP在阻燃方面的性能差别很小， 两者可以通用，同时也可以看出在加入 DOTP后，材料的拉伸强度有所减小，密度 明显变小，故此在下面的配方中选择DOTP 和DOP各20份。。

3. 测试标准：
(1)拉伸强度，按GB1040-92进行；
(2)断裂伸长率，按GB1040-92进行； (3)氧指数，按GB2406-93进行,在测试氧指 数时记录发烟情况； (4)体积电阻率，按GB1410-89进行。
三、结果与讨论


3.1 增塑剂的选择
磷酸类增塑剂虽然具有阻燃作用，但在国 内市场价格相对DOP、DOTP还是比较高 的，再加上对电缆料的热稳定性和挥发性 都有一定程度的影响，所以放弃使用，仍 采用DOP、DOTP为主要增塑剂。
20 20 20 20
20
20 20 20 20
30
40 50 60 70
10
10 10 10 10
5
5 5 5 5
5
5 5 5 5
8
8 8 8 8
编号
拉伸强度(MPa)
断裂伸长率(%)
氧指数(%)
密度（g/cm3）
体积电阻率（1014Ω •cm）
71 72 68 73
15.10 15.80 15.20 13.60

3.3.1 Sb203的用量对体系性能的影响 对于阻燃聚氯乙烯电缆料的制造，由于聚氯 乙烯本身是阻燃性树脂，一般不加可燃性增 塑剂的硬质聚氯乙烯制品属于阻燃材料。但 掺有大量增塑剂的软质聚氯乙烯电缆料，由 于可燃性增大，必须添加阻燃剂。为添加三 氧化二锑时，因为聚氯乙烯是含卤素聚合物， 即可与三氧化二锑起协同阻燃增效作用，不 必另加含卤素的阻燃剂。
表3.7 实验配方：
表3.8 样条性能
根据上表中数据作图如下：
小结：随着Sb2O3添加量的增加, 如图3.3，材料的 氧指数先小幅减小再迅速变大。在实验过程中,还发现 随着Sb2O3的增加,发烟量也在增加,并且冒黑烟,说明 Sb2O3只起阻燃作用,而对抑烟的作用则比较小。卤化 物受热分解放出氢卤酸和卤元素时,与Sb2O3作用生成 三卤化锑和氧化卤锑。三卤化锑和塑料反应生成炭,所 形成的炭化层对下面的塑料起到了隔热屏蔽的作用,阻 止燃烧。 体系的密度明显比没有添加Sb2O3的体系大很多， 这是由于阻燃剂的加入对密度影响很大，在以下实验 中也可证明这一点。随着Sb2O3添加量的增加,体系的 断裂伸长率基本不变；拉伸强度，体积电阻率变化不 大。

预热压力为5MPa,温度为200℃,时间为10 分钟；预压结束后排气，排气次数为3次， 之后热压，热片的压力为10MPa，温度为 200℃，时间为3分钟;接着取出冷压5分钟， 冷压压力为50—90MPa。 (4)制样前，应保证压片放置足够的时间， 以消除内部应力，保证数据的准确性，本 次实验中采取冲片机制样。
174.70 170.00 183.00 161.30
34.00 34.00 38.00 36.00
1.38 1.42 1.45 1.45
1.82 1.38 3.51 2.32
74
13.10
140.10
37.00
1.50
2.76
190
16.0
180
断裂伸长 伸 强 14.5 度 （ ）
70
100(S-1300)
20
20
50
10
5
5
4
编号 67 68
拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(%) 氧指数(%) 16.25 15.20 189.70 183.00 37.00 38.00
密度 1.45 1.45
体积电阻率（1014Ω •cm） 2.60 3.51
69
70
15.96
17.76
174.60
173.70
37.00
37.00
1.51
1.53
2.67
2.14
不同用量稳定剂的流变曲线
从图中的数据分析，当稀土钙锌稳定剂的用量为6份和8份时，物料的塑化 时间较短且平衡扭矩较低，在实际生产时较为有利，综合考虑力学及其他性能， 决定采用钙锌稳定剂的用量为8份。


3.3不同阻燃剂对体系性能的影响
树脂，可减少25%的发烟量。
表3.11 实验配方
表3.12 样条性能
小结：
对比图表中数据，可以发现当硼酸锌和三氧化 二锑按1：1加入到体系中时，体系的氧指数达到 峰值，其它的各项性能都符合GB/T8815-2002 对电缆料JR-70的性能要求。综合得结论，当硼 酸锌和三氧化二锑按1：1加入到体系中时，二者 的协同效应最好。
稳定剂的用量对各项性能的影响
编号 67 68 69 PVC 100(S-1300) 100(S-1300) 100(S-1300) DO P 20 20 20 DOTP 20 20 20 重 钙 50 50 50 氯化石蜡-52 10 10 10 Sb2O3 5 5 5 硼酸锌 5 5 5 钙锌稳定剂 10 8 6
3.4 无机物填充对体系性能的影响
超细化、活性化、复合化成为无机阻燃填料发展的 趋势,即通过不同结构、粒形、化学成分和阻燃性能的无 机阻燃剂的复合,使各种无机阻燃剂相互配合,取长补短,提 高阻燃剂的阻燃效率,同时,通过超细粉碎和表面改性处理 赋予无机阻燃填料一定的补强性能,从而不致恶化基材的 力学性能及电气性能,甚至还有所改善。对于电缆来说,电 绝缘性能特别重要,即在要求良好的阻燃性能和力学性能 的同时,还要有较高的体积电阻率。本次实验考虑了无机 填料中常用的重钙，高岭土，滑石粉，并与硫酸钙进行了 对比。
MPa
14.0
170
160
150
13.5
140
13.0
30 40 50 60 70
30
40
50
60
70
重钙添加比例（份）
重钙添加比例（份）
3.5
38
1.50
3.0
14 电阻率（10 Ω .cm）
37
氧指数（ %）
1.48
2.5
密度（g/cm3）
30 40 50 60 70
36
1.46 1.44 1.42 1.40
二、实验介绍

1.试验目的: 本实验的目的是得到一种能满足70℃柔软绝 缘级软聚氯乙烯塑料性能要求的配方。 GB/T8815-2002对电缆料JR-70的性能要求如下 表：
热变形% ≤50 20℃时体积电阻率Ω· m ≥1.0×1011
性能 拉伸强度MPa 断裂伸长率% 指标 ≥15.0 ≥ 180
3.3.2 硼酸锌的用量对体系性能的影响：
阻燃剂硼酸锌具有消烟、消光、防流淌、促进炭化、 提高电气性能等多种功能,而三氧化锑却不具有这些优 点。由于当今人们十分重视环保问题,所以,那些对环境 污染程度低的 阻燃材料(如无卤素、无锑化合物) ,像无机水合金属化 合物(氢氧化镁等) 和阻燃剂并用将受到重视。因而,硼酸 锌的需求量也将不断增加。将硼化物作为阻燃剂,从已 在树脂中使用的情况看,单独使用时,阻燃效果弱;若和卤 素类阻燃剂及水合金属化合物阻燃剂并用,具有协同效 应。
以重钙为考察对象，讨论了几个添加比例的影响。配方 及性能如下表所示：
编号 PVC DOP DOTP 重钙 氯化石蜡-52 Sb2O3 硼酸锌 钙锌稳定剂
71
72 68 73 74
100(S-1300)
100(S-1300) 100(S-1300) 100(S-1300) 100(S-1000)
20

3.2稳定剂的选择及用量：
热稳定剂是聚氯乙烯加工时所必不可少的 一类助剂。它能防止PVC在加工过程中由 于热和机械剪切所引起的降解，另外还能 使制品在使用过程中长期防止热、光和氧 的破坏作用。常见的有复合铅盐稳定剂和 钙锌稳定剂。
表3.3 实验配方
编号 66 68 PVC 100(S-1300) 100(S-1300) DOP 20 20 DOT P 20 20 重钙 50 50 氯化石蜡-52 Sb2O3 10 10 5 5 硼酸锌 5 5 稳定剂 复合8 钙锌8
环保型PVC电缆料的配方设计
导 师:宋汝鸿 答辩人:邱金金 2010年6月10日
论文主要内容
一、PVC电缆料简介 二、实验介绍 三、结果与讨论 四、结论 五、谢辞
一、PVC电缆料简介
PVC树脂难燃、耐油、耐化学药品腐蚀及耐水，而 PVC电缆料具有物理机械性能好、电性能优良、耐油 性等特点，是电线电缆行业理想的包覆材料。在我国， PVC电缆料发展较早，品种、型号较多。近期，由于 国内环保要求的提高，我国PVC电缆料的发展也逐渐 呈下降趋势。但由于PVC电缆价格低廉，加之机械性 能优异等多种优势，使得我国PVC电缆料近期仍有一 定的发展前途。 本实验的研究的方向主要集中在提高PVC材料的环 保性、阻燃抑烟性、抗静电等方面。
3.3.3硼酸锌和三氧化二锑在体系中的 协同阻燃效应
研究表明，硼酸锌（2ZnO· 3B2O3· 3.5H2O)可 替代一半Sb2O3使用，不仅价格低廉而且具有半 透明性，由于放出水蒸汽，还可以减少发烟量。 硼酸锌作为添加型阻燃剂，其最大的优点是可在 聚合物中形成有效成炭物和烟雾抑制作用，同时 无毒性、低水溶性、高热稳定性、分散性好，己 倍受欢迎。一般可与Sb2O3复合广泛应用于各种
表3.4 样条性能
编号 66 68
拉伸强度 (MPa)
16.87 15.20
断裂伸长率(%) 176.10 183.00
氧指数(%) 36.00 38.00
密度 1.39 1.45
20℃时体积电阻率 (1014Ω· m)
4.08 3.51
通过表中数据，可以看出除了氧指数和断裂伸长率 性能之外，钙锌稳定剂都稍差于复合铅盐稳定剂，但其 余各项性能也能满足标准的要求，并且达到环保的目的。 故在下列实验中选用稀土钙锌稳定剂。