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环保型软聚氯乙烯(PVC)电缆料的开发及其性能
戴紅兵1,張建耀2,3(1.江蘇德威新材料股份有限公司,江蘇太倉 215421;2.江蘇省新型功能材料重點建設實驗室,江蘇常熟 215500;3.常熟理工學院化學与材料工程系,江蘇常熟 215500)作者簡介:戴紅兵(1972—),男,湖南湘潭人,江蘇德威新材料股份有限公司工程師。
摘要:以聚氯乙烯為基礎樹脂,添加環保型的鈣/鋅复合穩定劑、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二异癸酯對苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯增塑劑等添加劑,制備了環保型電纜料。試驗及測試結果表明,電纜料不含對人体和環境有害的鎘、鉻、汞等重金屬及多溴聯苯和多溴聯苯醚類的有害物質;鉛含量為35ppm,符合RoHS標准;机械性能和電性能滿足聚氯乙烯電纜料國家標准GB/T8815-2002要求。
關鍵詞:聚氯乙烯;電纜料;環保;新產品開發
普通軟聚氯乙烯(PVC)電纜料易于加工,性能优越,具有优异的電气絕緣性能,在低壓電線電纜方面用量很大。但普通PVC電纜料因含有一定量的鉛、鎘等有害物質,成為制約PVC在電气設備、基礎設施等場合應用的重要因素。目前國內外對環保型電纜料的需求很大,歐美等發達國家已相繼制定出鉛、鎘、汞等重金屬元素和多溴聯苯類等對環境有害物質的環保標准。軟PVC電纜料無鉛無毒化已是大勢所趨,環保型PVC電纜料的開發已成為當前PVC電纜料開發和生產的主要品种。本文研究了環保型軟PVC電纜料的配方,工藝及其性能。
1 實驗部分
1.1 主要原材料
PVC樹脂:上海氯鹼總厂,WS-1300,M-1000;鄰苯二甲酸類,對苯二甲酸類,偏苯三酸類等主增塑劑:台灣聯成化學;環氧大豆油:蘇州太倉華威公司;進口鈣/鋅PVC穩定劑:A、B、C、D、E、F、G、H、I、J;碳酸鈣:蘇州立達公司;陶土:福建泰宁高岭土有限公司;聚乙烯蜡:江陰顧山東風化工厂。
1.2 電纜料及測試樣品的制備
將原材料按配方量在高速混合机上混合5min左右,在擠出溫度為130～165℃的雙階螺杆擠出机上塑化造粒,將混合好的電纜料在平板硫化机上按相關標准模壓成試片,裁剪為規定尺寸的樣條進行性能測試。
1.3 試樣測試
試樣物理机械性能和電性能按國家標准《電線電纜用軟聚氯乙烯塑料》(GB/T8815-2002)要求測試[1]。環保性能由瑞士通標檢測机构SGS按相關標准測試,其中鎘含量參照英國-歐洲標准BSEN-1122:2001,用等离子發射光譜法或原子吸收光譜法進行分析,鉛、汞、六价鉻、多溴聯苯和多溴聯苯醚含量參照美國環境保護局(USEPA)規定的系列方法進行分析。
2 結果与討論
2.1 PVC樹脂的選用
設計具有良好加工性能和物理机械性能的PVC電纜料配方的首要問題是選用合适的PVC樹脂。PVC聚合度(分子量)越高,制品的拉伸強度、沖擊強度和彈性模量越高,耐熱耐寒性越好;但其熔体流動性与可塑性下降,加工溫度增高。研究試驗表明,聚合度為1000～1300左右的PVC樹脂(疏松型,K值60～75)較适合電纜料的制備。
2.2 環保型穩定劑的選用
PVC樹脂對熱极不穩定,當其受熱時溫度超過90℃就開始分解,溫度高于120℃便明顯分解,放出大量氯化氫(HCl)气体,隨逸出HCl量的增加,顏色逐漸變深。因此不加入穩定劑的純PVC樹脂是無法進行加工和應用的。PVC加工常用的穩定劑有鉛鹽、鉻鹽等,但是鉛鹽、鉻鹽等含有重金屬的穩定劑給環境造成了嚴重的重金屬污染。為此目前穩定劑的使用傾向于環保型的。一是用有机錫穩定劑,它具有穩定效果好,用量少的优點,主要用于高透明的硬質和軟質制品中,但有机錫大多具有毒性,大部分還有特殊臭味,雖加工初期色相好,但后期會較快變色,出現黑斑;二是用硬脂酸鈣和硬脂酸鋅配合螯合劑使用。但國產普通的鈣/鋅穩定劑熱穩定時間太短,熱穩定性無法滿足電線電纜行業生產的要求。選擇國際知名的進口的鈣/鋅穩定劑品牌A、B、C、D、E、F、G、H、I、J,對應用這些穩定劑生產的電纜料依GB8815-2002標准進行熱穩定性能測試,結果見(表1(其它.主要原料重量份數用量為PVC:100phr,鄰苯二甲酸二辛酯:50ph,碳酸鈣:30phr)。
由表1數据可見,穩定劑A、B、C、E、G、I的熱穩定性能較好,而J、D、H較差一點。根据不同制品品种,GB8815-2002標准中的軟PVC塑料的熱穩定時間要求在50～180min之間。由表1試驗數据可知,就穩定效果而言,使用該穩定体系的電纜料系列產品符合電線電纜用軟PVC塑料的要求,具体穩定劑品种的确定可根据所生產電纜料的品种确定。
2.3 增塑劑的選用
軟PVC塑料复合物,配方中主增塑劑可以依据耐溫等級不同而用鄰苯二甲酸類,如鄰苯二甲酸二辛酯,鄰苯二甲酸二庚酯,鄰苯二甲酸二异癸酯等;對苯二甲酸類,如對苯二甲酸二辛酯等;偏苯三酸類,如偏苯三酸三辛酯等。這些用于電線電纜用PVC塑料的主增塑劑可單獨使用或相互配伍而成。為了改善軟PVC電纜料的某些性能(如抗老化性能等)還要加入輔助增塑劑,如環氧化大豆油和環氧化油酸丁酯等。
2.4 填料和其它加工助劑的選用
軟PVC電纜料中的填料主要為碳酸鈣和 燒陶土。碳酸鈣對電纜料的絕緣性能影響不大,它在電纜料的配方中主要起到降低成本的作用;而 燒陶土是提高電纜料絕緣性能的主要添加物,用量一般為5～15phr。使用的潤滑劑為電纜料中常用的潤滑劑,如聚乙烯蜡等,用量一般為0～2.5phr。
3 電纜料配方和制備工藝及性能
由于軟PVC產品的軟硬度和耐溫等級要根据實際情況調整,因此實際生產中每個電纜料制備工厂使用的配方也各异,根据耐溫等級不同環保型軟PVC電纜料的基礎配方見表2。
表2配方的電纜料加工工藝簡單,為配料→高速捏合→雙螺杆擠出→切粒包裝。捏合粉的溫度在100℃左右,捏合時間為6min左右;雙螺杆擠出加工溫度控制在150℃～160℃。表2中80℃等級的電纜料送瑞士通標檢測机构SGS進行環保性能測定,結果為鉛含量35ppm,鎘、汞、六价鉻、多溴聯苯和多溴聯苯醚含量皆未檢出,符合RoHS環保標准要求,表明該電纜料符合環保要求。該耐溫等級的電纜料物理机械性能和電性能优越,性能檢測結果見表3。
從嚴格角度上來講,應該對不同劑量的微孢子進行PCR檢測,考慮到少量的微孢子在离心純化時損失較大,不能很好地反映真實劑量,因此未進行進一步研究。
參考文獻:
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[2] 王愛榮,李健男.柞蚕微孢子虫孢子人工發芽的研究[J].沈陽農業大學學報,2002,(4):281-284.
[3] 劉吉平,曹陽,SmithJE,等.模擬感染家蚕微粒子病的蚕卵、蚕蛾PCR檢測的初步研究[J].蚕業科學,2004,(4):367-370. |
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