以聚氯乙烯为基础树脂,添加环保型的钙/锌复合稳定剂、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯增塑剂等添加剂,制备了环保型电缆料。试验及测试结果表明,电缆料不含对人体和环境有害的镉、铬、汞等重金属及多溴联苯和多溴联苯醚类的有害物质;铅含量为35ppm,符合RoHS标准;机械性能和电性能满足聚氯乙烯电缆料国家标准GB/T8815-2002要求。
普通软聚氯乙烯(PVC)电缆料易于加工,性能优越,具有优异的电气绝缘性能,在低压电线电缆方面用量很大。但普通PVC电缆料因含有一定量的铅、镉等有害物质,成为制约PVC在电气设备、基础设施等场合应用的重要因素。目前国内外对环保型电缆料的需求很大,欧美等发达国家已相继制定出铅、镉、汞等重金属元素和多溴联苯类等对环境有害物质的环保标准。软PVC电缆料无铅无毒化已是大势所趋,环保型PVC电缆料的开发已成为当前PVC电缆料开发和生产的主要品种。本文研究了环保型软PVC电缆料的配方,工艺及其性能。
1 实验部分
1.1 主要原材料 PVC树脂:上海氯碱总厂,WS-1300,M-1000;邻苯二甲酸类,对苯二甲酸类,偏苯三酸类等主增塑剂:台湾联成化学;环氧大豆油:苏州太仓华威公司;进口钙/锌PVC稳定剂:A、B、C、D、E、F、G、H、I、J;碳酸钙:苏州立达公司;陶土:福建泰宁高岭土有限公司;聚乙烯蜡:江阴顾山东风化工厂。
1.2 电缆料及测试样品的制备 将原材料按配方量在高速混合机上混合5min左右,在挤出温度为130～165℃的双阶螺杆挤出机上塑化造粒,将混合好的电缆料在平板硫化机上按相关标准模压成试片,裁剪为规定尺寸的样条进行性能测试。
1.3 试样测试 试样物理机械性能和电性能按国家标准《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》(GB/T8815-2002)要求测试[1]。环保性能由瑞士通标检测机构SGS按相关标准测试,其中镉含量参照英国-欧洲标准BSEN-1122:2001,用等离子发射光谱法或原子吸收光谱法进行分析,铅、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚含量参照美国环境保护局(USEPA)规定的系列方法进行分析。
2 结果与讨论
2.1 PVC树脂的选用 设计具有良好加工性能和物理机械性能的PVC电缆料配方的首要问题是选用合适的PVC树脂。PVC聚合度(分子量)越高,制品的拉伸强度、冲击强度和弹性模量越高,耐热耐寒性越好;但其熔体流动性与可塑性下降,加工温度增高。研究试验表明,聚合度为1000～1300左右的PVC树脂(疏松型,K值60～75)较适合电缆料的制备。
2.2 环保型稳定剂的选用 PVC树脂对热极不稳定,当其受热时温度超过90℃就开始分解,温度高于120℃便明显分解,放出大量氯化氢(HCl)气体,随逸出HCl量的增加,颜色逐渐变深。因此不加入稳定剂的纯PVC树脂是无法进行加工和应用的。PVC加工常用的稳定剂有铅盐、铬盐等,但是铅盐、铬盐等含有重金属的稳定剂给环境造成了严重的重金属污染。为此目前稳定剂的使用倾向于环保型的。一是用有机锡稳定剂,它具有稳定效果好,用量少的优点,主要用于高透明的硬质和软质制品中,但有机锡大多具有毒性,大部分还有特殊臭味,虽加工初期色相好,但后期会较快变色,出现黑斑;二是用硬脂酸钙和硬脂酸锌配合螯合剂使用。但国产普通的钙/锌稳定剂热稳定时间太短,热稳定性无法满足电线电缆行业生产的要求。选择国际知名的进口的钙/锌稳定剂品牌A、B、C、D、E、F、G、H、I、J,对应用这些稳定剂生产的电缆料依GB8815-2002标准进行热稳定性能测试,(其它.主要原料重量份数用量为PVC:100phr,邻苯二甲酸二辛酯:50ph,碳酸钙:30phr)。
由表1数据可见,稳定剂A、B、C、E、G、I的热稳定性能较好,而J、D、H较差一点。根据不同制品品种,GB8815-2002标准中的软PVC塑料的热稳定时间要求在50～180min之间。由表1试验数据可知,就稳定效果而言,使用该稳定体系的电缆料系列产品符合电线电缆用软PVC塑料的要求,具体稳定剂品种的确定可根据所生产电缆料的品种确定。
2.3 增塑剂的选用 软PVC塑料复合物,配方中主增塑剂可以依据耐温等级不同而用邻苯二甲酸类,如邻苯二甲酸二辛酯,邻苯二甲酸二庚酯,邻苯二甲酸二异癸酯等;对苯二甲酸类,如对苯二甲酸二辛酯等;偏苯三酸类,如偏苯三酸三辛酯等。这些用于电线电缆用PVC塑料的主增塑剂可单独使用或相互配伍而成。为了改善软PVC电缆料的某些性能(如抗老化性能等)还要加入辅助增塑剂,如环氧化大豆油和环氧化油酸丁酯等。
2.4 填料和其它加工助剂的选用 软PVC电缆料中的填料主要为碳酸钙和 烧陶土。碳酸钙对电缆料的绝缘性能影响不大,它在电缆料的配方中主要起到降低成本的作用;而 烧陶土是提高电缆料绝缘性能的主要添加物,用量一般为5～15phr。使用的润滑剂为电缆料中常用的润滑剂,如聚乙烯蜡等,用量一般为0～2.5phr。
3 电缆料配方和制备工艺及性能 由于软PVC产品的软硬度和耐温等级要根据实际情况调整,因此实际生产中每个电缆料制备工厂使用的配方也各异,根据耐温等级不同环保型软PVC电缆料的基础配方。
电缆料加工工艺简单,为配料→高速捏合→双螺杆挤出→切粒包装。捏合粉的温度在100℃左右,捏合时间为6min左右;双螺杆挤出加工温度控制在150℃～160℃。表2中80℃等级的电缆料送瑞士通标检测机构SGS进行环保性能测定,结果为铅含量35ppm,镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚含量皆未检出,符合RoHS环保标准要求,表明该电缆料符合环保要求。该耐温等级的电缆料物理机械性能和电性能优越。
从严格角度上来讲,应该对不同剂量的微孢子进行PCR检测,考虑到少量的微孢子在离心纯化时损失较大,不能很好地反映真实剂量,因此未进行进一步研究。
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