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專業(yè): 高分子助劑

[交流] 阻燃工程獅必讀 | PVC電纜如何選材以及配方設計已有1人參與

PVC電纜料是以聚氯乙烯為基礎樹脂，添加穩(wěn)定劑、增塑劑、潤滑劑以及碳酸鈣等無機填充物等，經過混配捏合擠出而制備的粒子。對于廣大的阻燃工程獅們來說，PVC電纜料的選材和配方設計一直是個重點鉆研的問題。

那么，PVC電纜料選料以及設計配方有哪些注意點呢？首先，我們要從選料說起。

PVC樹脂的選擇
PVC分子量越高，制品的拉伸強度、沖擊強度、彈性模量越高，但熔體的流動性與可塑性下降，耐熱耐寒性越好，加工溫度越高。

電纜料一般要求分子量高，且吸收增塑劑容易，常選用懸浮法疏松型、純度高、雜質少、魚眼少低型號PVC樹脂。一般選用SG-1或SG-2，但目前這兩種樹脂偏少，所以很多電纜料采用SG-3型。高級電絕緣材料應選用SG-1型樹脂，一般電絕緣材料可選用SG-2、3型。耐熱級要求高的電纜料，要選用SG-1型。

增塑劑的選擇
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，但增塑劑的加入會使絕緣性能降低。增塑劑的揮發(fā)性及耐熱性優(yōu)劣順序如下：TOTM  > DTDP > DUP > DIDP >DINP > DOTP > DOP。

a.  PVC電纜中增塑劑含量一般在 50~60PHR。通常選用耐熱性和電絕緣性較好的品種，如DOP，它具有優(yōu)良的綜合性能，增塑效率高、揮發(fā)性小、耐寒性和電性能等良好，是理想的主增塑劑。但DOP單獨使用難滿足絕緣料電絕緣能性的要求。DOTP與DOP性能相近，但耐寒性、耐熱穩(wěn)定性和電絕緣性都好于DOP（比DOP高約18倍）。因此，需將DOP與DOTP增塑劑配合使用，可獲得所需性能的絕緣料。
b.  電絕緣性高的電纜料，主增塑劑可選用磷酸酯，通用級則可選用苯二酸酯作主增塑劑。氯化石蠟可提高電絕緣性。脂肪酸酯、環(huán)氧增塑劑都可改善電纜料的耐低溫性能，且后者耐氣候性也很好。
c.  耐溫70℃的電纜料，可使用鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP）或鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）等增塑劑；耐溫90℃的電纜料，應使用鄰苯二甲酸雙十一酯、鄰苯二甲酸雙十三酯；耐高溫105℃的電纜料，則應選用具有更高耐熱性的增塑劑，如偏苯三酸三辛酯（TOTM）。
d.  增塑劑的酸值對電纜料的電絕緣性、耐熱性有影響，應選擇酸值較小的增塑劑。
e.  增塑劑的分子量、閃點對電纜料的加熱損失有影響，應選擇閃點較高、分子量較大的增塑劑，如鄰苯二甲酸二丁酯與鄰苯二甲酸二辛酯比較，己二酸二辛酯與癸二酸二辛酯比較，前者分子量小，閃點低，故加熱損失也較大。
f.  考慮增塑效率，應選用增塑效率較高的增塑劑，可以減少配方中增塑劑用量。增塑劑用量與絕緣性能有關，減少增塑劑量有利于提高絕緣性能。

穩(wěn)定劑的選擇
穩(wěn)定劑鹽基型鉛鹽作主穩(wěn)定劑，一般選用多種穩(wěn)定劑配合使用，發(fā)揮協同作用，以提高熱穩(wěn)定性。

三鹽基性硫酸鉛、二鹽基性亞磷酸鉛并用，可兼顧熱、光穩(wěn)定性；耐高溫電纜主穩(wěn)定劑采用耐熱性好的二鹽基性苯二甲酸鉛；目前復合鉛穩(wěn)定劑在PVC電纜料中也有了廣泛的應用，添加量在4~6PHR；環(huán)保類電纜料中多使用鈣/鋅復合穩(wěn)定劑。

阻燃劑的選擇
PVC電纜料中加入的增塑劑不同，電纜料的阻燃性和發(fā)煙性將會有所不同。增塑劑含量增加時，PVC的氧指數降低，對于不同的增塑劑，下降的快慢程度基本一致，因此，需要在配方中添加一定量的阻燃劑。研究發(fā)現：隨著阻燃劑用量的增加，PVC電纜料的阻燃性能會有明顯提高。

小貼士
（1）加入滑石和陶土作為填充劑時，氧指數提高1到2倍，但是電纜料的燃燒速度也會加倍，最大減光系數不變。
（2）加入Al（OH）3作為填充劑，燃燒速度增加50%，氧指數增加，最大減光系數下降，所以它對發(fā)煙量抑制的效果較好。
（3）加入CaCO3填充劑，隨著加入量的增加，PVC電纜料的氧指數下降，且最大減光系數也下降，所以加入CaCO3的量不能太多，否則會影響到電纜料的阻燃抑煙效果。但是CaCO3可以作為HCl氣體的捕獲劑，具有非常顯著的效果。

潤滑劑的選擇
由于有較大量的增塑劑，所以對內潤滑劑的要求不是很高。潤滑劑主要是提高電纜料的表面光亮度。常選用金屬皂類、硬脂酸及石蠟等，加入量為1PHR左右。

填充劑的選擇
電纜料中加入填料可以提高電絕緣性能、耐熱性能和降低成本，但用量過多會造成成型性及電纜料性能下降。為提高絕緣性，在絕緣級電纜料中可選用煅燒陶土（電用級）為填充劑；護套（層）級電纜料可選用碳酸鈣為填充劑。

聊完了選材，我們再來總結一下配方設計的幾個注意點。
1、對于一般護套級PVC電纜料，增塑劑用量為 0～60PHR，穩(wěn)定劑 6～8PHR，潤滑劑 1.5～2PHR，填充劑 10～20PHR。增塑效率差的增塑劑，用量應多些；填充料用量大時，增塑劑、潤滑劑用量可大些；使用非活性填充劑時，增塑劑、潤滑劑用量宜大些；護套級電纜料一般要加入5PHR左右的耐寒增塑劑；
2、對于一般絕緣級電纜料，增塑劑用量為 40～50PHR，穩(wěn)定劑 6～8PHR，潤滑劑l～1.5PHR，填充劑 10PHR左右；增塑劑、潤滑劑用法參照護套級電纜料；
3、揮發(fā)性大的DBP這類增塑劑不能用于電纜料；
4、耐高溫電纜料除了要選用耐高溫增塑劑外，還應增加穩(wěn)定劑用量，添加 0.3～0.5PHR的抗氧劑；
5、對于絕緣性能要求高的電纜料，應選用煅燒陶土這類填充劑，高分子聚臺物增塑劑的增塑效率較差，制定配方時應酌情增加增塑劑用量；
6、制定透明電纜料配方時，應選用和樹脂相容性好的增塑劑，直選用有機錫等透明穩(wěn)定劑，并嚴格控制潤滑劑的添加量；
7、設計阻燃電纜料配方時，應選用復合阻燃體系為宜；
8、制定高聚合度電纜料配方時，應選用復合加工改性劑，提高其加工性能；
9、制定非遷移電纜料配方時、應選擇聚酯類或高分子聚合物類增塑劑；
10、選用復臺穩(wěn)定劑時，其用量較三鹽等穩(wěn)定劑略多些；
11、在保證電纜料加工及使用正常的條件下，要盡量減少穩(wěn)定劑用量，防止其用量過多而產生“填料效應”。

介紹到這里，各位阻燃工程獅們，有沒有覺得PVC電纜料選材和配方設計瞬間easy好多了呢？

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南林吳彥祖

2樓2023-04-19 11:11:50

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