PVC电缆料配方设计

PVC电缆料配方设计及实例
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。

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
2、增塑剂
3、稳定剂盐基性铅盐作主稳定剂
4、润滑剂
5、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）
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）
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
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℃，机头165℃（增塑剂添加量少时，温度提高5~10℃左
右）；挤出机螺杆转速10~30转/分；机头过滤网80目、120目各一层；风冷采用风压0.07MPa（544mmHg）、风量2250m3/h功率7.5kw 的离心式通风机。

（4）包装：经筛选磁选、计量后包装。

3、双螺杆挤出机造粒生产工艺
（1）准备工作和捏合工艺同单螺杆挤出机造粒工艺。

（2）挤出造粒：机身温度130~150℃；机头温度140~186℃；主机转速5~15转/分。

（3）包装：经筛选磁选、计量后包装。

4、双阶挤出机造粒生产工艺
（1）准备工作和捏合工艺同单螺杆挤出机造粒工艺。

（2）挤出造粒：双阶挤出机由两部分组成，第一阶为高速同向双螺杆混炼机，第二阶为低速单螺杆挤出机，两者呈垂直正交布置，构成双阶式复合机组；将同向双螺杆与单螺杆优势结合互补。

双螺杆强制输送、高效塑化混炼与剪切分散，无机头背压回流，避免了高剪切过热；单螺杆高压挤出，但低速低剪切，同样回避了过热矛盾。

特别适合PVC等热敏性物料的加工。

双螺杆加工温度150~185℃，单螺杆温度130~165℃。

采用风冷磨面热切粒方式，粒料经旋风分离器、振动筛进入料仓。

（3）包装：经筛选磁选、计量后包装。

PVC电缆料实际生产，可根据设备情况和现场条件灵活组合及搭配，关键是要保证配方准确、物料混合充分均匀、塑化良好。

因为电缆成型时还要再次受热成型，所以造粒温度不能太高。

目前很多电缆料的生产，为了方便省事，研磨物料的种类和数量有所减少，甚至不研磨直接混合使用，往往会造成一些质量方面的问题。

PVC电缆料质量问题原因剖析
这里主要结合挤出造粒工艺来进行分析和说明。

一些简单的常规问题，比如粒料粘连（冷却不充分）、模头出料不一致或只有部分地方出料（模头加热不均或加热不透、物料流动性差等原因造成）等，这里不作为说明的重点。

1、电缆料气孔问题
造成此问题的原因主要有两个，一是原料中水分偏高，有可能水分超标的原料有PVC树脂、增塑剂、填料和稳定剂，由于添加量比较大，PVC树脂和填料应作为检查的重点。

这种状况，一般在捏合过程和挤出机抽真空处会有所表现。

二是因为配方体系稳定性差或物料高温停留时间过长，物料分解而导致气孔出现。

此问题严重时，一般会伴有颜色的变化。

2、电缆料析出问题
因为电缆料中增塑剂比例较高，加之为降低成本一些抵挡增塑剂的混用，实际生产中析出问题出现还是较多的。

该问题主要和增塑剂品种及PVC树脂颗粒结构有关，如果增塑剂与PVC树脂的相容性差，这类增塑剂比例过高时，析出问题就不可避免。

一般都会归结到增塑剂这里。

其实PVC树脂颗粒形态也与此有很大关系，如果颗粒过于紧密，皮膜太厚，增塑剂就不易进入到颗粒中，从而影响树脂与增塑剂分子的“结合”。

100gPVC树脂增塑剂吸收量只能部分反应树脂的这种性能，可以作为一个参照。

但和实际情况还是有较大差异的。

如果是因树脂原因造成的析出，一般还会出现料偏硬或塑化不好现象，出现一些类似鱼眼状的小颗粒物质。

另外，物料的混合工艺对此影响也很大。

特别是混合过程中各种助剂的添加顺序及时机（温度或前面物料混合程度），对混合过程中增塑剂分散吸收以及电缆料析出问题有明显影响，这也是大家容易忽视的问题。

混料时要尽量保证增塑剂与PVC树脂有充足的混合时间和一定的混合温度（90℃左右）。

3、电缆料表面粗糙问题
表面粗糙分两种，一种是疙瘩，一种是麻点。

疙瘩主要是由一些混合时分散不均匀的粉料聚集体，挤出过程中不能塑化，被塑化的PVC物料包覆一起由口模挤出，而在电缆料中形成的。

前面提到的鱼眼和未充分吸收增塑剂的PVC树脂颗粒，也会造成疙瘩现象，但一般比较小。

如今配方，追求填料更细更多，填料如果表面处理不好，混合时效果不佳，出现团聚现象的几率会比较大，
只不过团聚程度的大小以及电缆料中表现是否严重，是否成为了问题。

麻点问题相对要复杂一些，一般认为和物料中跑出的小分子物质有关。

这些小分子物质来源于树脂本身、增塑剂、润滑剂。

由于挤出造粒生产电缆料时，都需要抽真空，按道理这些小分子物质应该被抽提走，但为什么还会出现呢？通过分析发现，其实这些小分子物质更多是抽真空后，物料中产生出来的，很多是来自量不是很大的润滑剂，当然也有增塑剂中的。

因为电缆料作为软制品，有大量的增塑剂，所以配方设计时一般不太注意润滑剂，会使用一些低档滑剂，这些低档滑剂熔点低，挤出后期很多成分易挥发出来，此时已无法排除，只好被熔融物料夹裹着前行，由于气体比重轻，会尽可能逃逸到表面，占据一定空间，和物料一起被强制输送，从模口出来后它立即进入空气中，但在电缆料上却留下了点点痕迹。

还有一种情况是，配方外润滑严重不够，特别是后期润滑不够，熔融物料在挤出过程中与机械表面产生粘连现象，造成表面粗糙，会有出现一些坑洼。

发生这种情况时，一般电缆料表面的整体都不会太好。

4、绝缘性不好
因为PVC材质局限及增塑剂等助剂影响的原因，PVC电缆料的绝缘性是有一定限度的。

对于普通电缆料来说，如果绝缘性明显偏差，主要有如下几个原因：
（1）杂质偏多。

杂质的混入会对电缆料产生不利影响，过多的杂质会造成绝缘性的问题。

这些杂质有可能来源于PVC树脂和各种助剂，也有可能来源于混料和加料环节。

（2）粉状颗粒太粗。

电缆料中粉状助剂一般是要经过研磨后才使用的，如果图省事或者一些机械故障，造成加入的粉状物质颗粒过粗，会对电缆料的绝缘性产生不利影响。

（3）着色剂重金属问题。

很多颜料都是一些重金属盐类，这些重金属离子会提高电缆料的导电性，降低其绝缘性。

所以电缆料颜料的选择是很重要的。

5、电缆料受潮
因为电缆料中有一定比例的填料，有些还会有一定比例的低档增塑剂（或增塑剂替代品），本来不易产生受潮现象的电缆料，在一定季节也会出现这类问题。

电缆料受潮和包装过程及包装物有很大关系，应该强化干燥，使其冷却到一定温度下再封口密闭，另外还应改善包装物，增加防潮措施。

同时，还应注意由潜在降解和表面附层引起的假受潮现象，这方面杨涛已在“PVC电缆料受潮现象剖析”[1]一文中进行了详细的分析和说明，这里不再重述。

6、电缆料发脆
电缆料脆的问题，一般和PVC树脂型号、增塑剂、润滑剂、填料等配方组分有关。

PVC树脂如果选用偏高的型号，由于PVC分子链短，做出的电缆料性能就会偏脆。

增塑剂添加量少，电缆料偏硬，有时也
会有偏脆的感觉。

更多的是因为填料添加量太大，而造成的电缆料性能下降，强度不好。

润滑剂是另一重点，如果外润滑过量，往往会造成塑化不好（塑化温度低也是塑化不好的另一主要原因），此时电缆料就会明显强度不好，发脆。

70℃、90℃、105℃电缆料是针对UL说的。

可参考UL1581。

它们的老化测试条件不一样。

UL70是100℃×10天,UL90是121℃×7天,UL105是136℃×7天。