汽车线用环保阻燃耐高温聚氯乙烯绝缘料的研制
汽车线用环保阻燃耐高温聚氯乙烯绝缘料的研制[20200412223230]
摘 要
汽车线用聚氯乙烯（PVC）电缆料属PVC软制品，由PVC树脂、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、填料等组成的共混体系。通过改变加入增塑剂、阻燃剂、稳定剂、填料等助剂，研究不同制备条件下聚氯乙烯电缆料的效果。本文主要针对聚氯乙烯绝缘料抗阻燃性能，拉升强度，断裂伸长率，绝缘性能的研究，通过加入不同份数的增塑剂，阻燃剂（三氧化二锑和氢氧化镁），填料和稳定剂，每次只改变其中一个量，通过对比来研制一种阻燃性能优良且其他各方面性能较好的汽车线用聚氯乙烯绝缘电缆料，最终得到一个完善的配方。
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关键字:聚氯乙烯阻燃剂增塑剂氢氧化镁三氧化二锑
目 录
1.前言 1
1.1 聚氯乙烯简介 1
1.2 聚氯乙烯电缆料的现状及发展 1
1.3 本课题研究的目的、内容和意义 3
2. 实验部分 5
2.1 实验仪器 5
2.2 实验药品 5
2.3 配方 6
2.3.1增塑剂的用量对材料性能的影响 6
2.3.2阻燃剂对材料性能的影响 6
2.3.3填充剂对材料性能的影响 7
2.3.4稳定剂对材料性能的影响 8
2.4 实验步骤 8
2.4.1混炼 8
2.4.2压片 8
2.4.3取样测试以及方法 8
3. 结果与分析 9
3.1增塑剂的用量对材料性能的影响 9
3.1.1本实验所用增塑剂介绍 9
3.1.2增塑剂对材料性能的影响 9
3.2阻燃剂的种类及用量对性能的影响 12
3.2.1本实验所用阻燃剂介绍 12
3.2.2阻燃剂对材料性能的影响 13
3.3 填充剂的用量对材料性能的影响 16
3.3.1本实验所用填充剂介绍 16
3.3.2填充剂对材料性能的影响 17
3.4 稳定剂的用量对材料性能的影响 20
3.4.1本实验所用稳定剂介绍 20
3.4.2稳定剂对材料性能的影响 20
4. 结论 24
参考文献 25
致谢 26
1.前言
1.1 聚氯乙烯简介
聚氯乙烯，英文简称PVC（Polyvinyl chloride polymer），结构简式：[ ―CH2 ―CHCl― ]n ，是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，工业生产的PVC分子量一般在5万～12万间，无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态。
PVC 属于基础化工原料，根据生产方法的不同，PVC可分为：通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交联PVC树脂。通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的；高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂；交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂[1]。
目前使用较多的PVC生产工艺是悬浮聚合生产工艺。将纯水、液化的VCM单体、分散剂加入到反应釜中，然后加入引发剂和其它助剂，升温到一定温度后VCM单体发生自由基聚合反应生成PVC颗粒。持续的搅拌使得颗粒的粒度均匀，并且使生成的颗粒悬浮在水中。因反应是放热反应，必须配备有效的除热换热装置：如夹套冷却水、釜顶冷凝器[2]。而且，因为PVC的密度比VCM的密度大。反应过程中随着PVC的不断生成，反应釜内液相的体积会不断收缩，必须不断加入纯水以维持适当的压力。在不同的聚合温度下，VCM聚合生成PVC的聚合度不同。控制不同的聚合温度可以生成不同牌号（聚合度不同牌号不同）的PVC树脂。
1.2 聚氯乙烯电缆料的现状及发展
在电线电缆的绝缘和护套材料中，由于PVC比较便宜，且机械性能优良，加工方便，使得它长久以来成为电线电缆行业使用数量最多的材料。因为PVC塑料具有难燃、耐油、耐电晕、耐化学腐蚀和良好的耐水性能，其被广泛用作电线电缆的护层材料[3]。通过加入添加特种性能助剂或改性剂，可以分别制造出耐热型、耐寒型、耐油型、难燃型、特软型和无毒型的PVC电缆料，来满足特殊电线电缆产品的需要。
在电线、电缆行业的发展下，PVC电缆料也随之发展起来，国家电力网的改造、通讯产业的快速发展都为电线、电缆行业的发展提供了前所未有的机会，同时也为PVC电缆料行业的发展开辟了广阔前景。在这前后几十年里，我国PVC电缆料的混制工艺已相当成熟，尤其是用开放式炼胶机作为主要设备的混制工艺已经相当完善，PVC电缆料的配方也基本成熟。目前，PVC电缆料的生产厂商基本都掌握了生产符合GB 8815-88“电线电缆用软聚氯乙烯”和具有一般阻燃性能的PVC电缆料技术（氧指数≥30）[4]。不过由于市场竞争的加剧，一些见利忘义的企业在经济利益的驱使下不按标准生产的现象相当严重，通过盲目增加填料来降低成本等手段，严重降低了PVC电缆料的质量，这给人民生命财产带来了重大安全隐患。建议线缆制造商要重视这一现象，有关部门应严厉查处。
作为现今行业中用量最大的电缆料系列，PVC 电缆料已由刚出现时的三个品种发展到现在的三、四十个品种。我国的PVC树脂产量和规模居世界之首，相应的在PVC改性方面使用的各种助剂，填充物也非常发达，已形成了完整的产业链，这使得我国的PVC电缆料具有他国难于与其比拟的资源和成本优势。因而得到更大发展[5]。在众多品种中，以下几个产品发展方向值得关 注：
? （1）柔软交联PVC电缆料： 该品种已纳入IEC 60245-98、VDE 0282-97 中。IEC 60245、VDE 0282是橡胶绝缘电缆标准，继 110℃EVA 绝缘布线列入 IEC 60245-7 部分之后，第八部分"高柔软场合用电线"也被XLPVC绝缘（XP1）和XLPVC护套（SX1）电缆纳入此标准。伴随着新材料、新工艺的不断诞生，传统的橡胶和塑料分类的概念正在演变，将被更加科学的分类方法而替代[6]。这也避免了在传统分类中，在相同或相似分子链的结构情况下，由分子量的大小带来材料形态上的巨大差别所造成的分类混乱。
（2）PVC透明电缆料：PVC透明电缆料被用于音响线已有很长的历史，伴随着VCD、音响在国内外的普及，透明电缆料出现的问题也越来越集中，主要问题是：①透明持久性差。透明料的挤制电线放置一段时间之后，有发糊、发雾现象，透明度也随之下降。②铜丝变色问题[7]。电线放置后铜丝表面变黯淡，出现了不同程度的氧化现象。以上问题的出现，也说明了我们一些透明料的稳定体系、而且相容性方面尚需完善。另外，国外公司还把它用于柔软控制电缆的外护层有时它也可作为专用地线的绝缘层。
（3） 无铅PVC：PVC在加工过程中必须加入增塑剂、稳定剂才不会分解。一般情况，苯二甲酸类是主要的增塑剂；二盐基性亚磷酸铅、三盐基性硫酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸铅等也是电缆材料常用的稳定剂，这些稳定剂具有稳定性优异，绝缘性能好，价格低廉的特性，不过含有重金属铅、铬。伴随着环保意识的增强，人们在选择 PVC 类产品时，已经越来越多地考虑对人体及环境的影响，并且全球要求取缔重金属稳定剂的呼声日益高涨，但由于技术上和经济上的原因，新产品的推广还有很大的阻力[8]。欧盟于2000年6月颁布了《废弃电气电子设回收法草案》，其要求欧洲在2008年前，禁止使用含有铅、镉和汞等的电缆材料。这项草案加快了新材料在世界范围内的研究和推广应用工作[9]。
在汽车行业，随着汽车工业的发展，对汽车线用电缆料的要求也越来越高，汽车用低压电缆对刮磨次数有一定要求，为此汽车线缆生产商对PVC电缆料的耐磨性提出了要求，一般的电缆料远远不能满足他们的要求，这就要求PVC电缆料的研制人员研发新的配方来满足汽车线缆商的要求。在国内，苏州诺贝塑胶有限公司、上海凯波特种电缆料厂等少数厂商称能生产汽车线用高速挤出PVC绝缘料来满足日本JIS C 3406“汽车用低压电缆”要求的汽车线用料。汽车的高压点火线用量也很大，不同于其它线缆，它的特殊要求是要进行电线表面放电试验，这就要求PVC电缆料必须具备较高的电阻率，同时因为使用方面的要求，此类PVC电缆料要柔软且有弹性，就得加更多增塑剂，但更多增塑剂的加入又影响着电阻率的下降，如何解决这一矛盾的问题是汽车线缆业如今面对的一个难题。[10]另外阻燃性能也被汽车线缆商做了重点要求，阻燃性能的好坏以及燃烧时产生的有毒物质都影响着汽车线缆业的发展。
摘 要
汽车线用聚氯乙烯（PVC）电缆料属PVC软制品，由PVC树脂、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、填料等组成的共混体系。通过改变加入增塑剂、阻燃剂、稳定剂、填料等助剂，研究不同制备条件下聚氯乙烯电缆料的效果。本文主要针对聚氯乙烯绝缘料抗阻燃性能，拉升强度，断裂伸长率，绝缘性能的研究，通过加入不同份数的增塑剂，阻燃剂（三氧化二锑和氢氧化镁），填料和稳定剂，每次只改变其中一个量，通过对比来研制一种阻燃性能优良且其他各方面性能较好的汽车线用聚氯乙烯绝缘电缆料，最终得到一个完善的配方。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:聚氯乙烯阻燃剂增塑剂氢氧化镁三氧化二锑
目 录
1.前言 1
1.1 聚氯乙烯简介 1
1.2 聚氯乙烯电缆料的现状及发展 1
1.3 本课题研究的目的、内容和意义 3
2. 实验部分 5
2.1 实验仪器 5
2.2 实验药品 5
2.3 配方 6
2.3.1增塑剂的用量对材料性能的影响 6
2.3.2阻燃剂对材料性能的影响 6
2.3.3填充剂对材料性能的影响 7
2.3.4稳定剂对材料性能的影响 8
2.4 实验步骤 8
2.4.1混炼 8
2.4.2压片 8
2.4.3取样测试以及方法 8
3. 结果与分析 9
3.1增塑剂的用量对材料性能的影响 9
3.1.1本实验所用增塑剂介绍 9
3.1.2增塑剂对材料性能的影响 9
3.2阻燃剂的种类及用量对性能的影响 12
3.2.1本实验所用阻燃剂介绍 12
3.2.2阻燃剂对材料性能的影响 13
3.3 填充剂的用量对材料性能的影响 16
3.3.1本实验所用填充剂介绍 16
3.3.2填充剂对材料性能的影响 17
3.4 稳定剂的用量对材料性能的影响 20
3.4.1本实验所用稳定剂介绍 20
3.4.2稳定剂对材料性能的影响 20
4. 结论 24
参考文献 25
致谢 26
1.前言
1.1 聚氯乙烯简介
聚氯乙烯，英文简称PVC（Polyvinyl chloride polymer），结构简式：[ ―CH2 ―CHCl― ]n ，是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，工业生产的PVC分子量一般在5万～12万间，无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态。
PVC 属于基础化工原料，根据生产方法的不同，PVC可分为：通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交联PVC树脂。通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的；高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂；交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂[1]。
目前使用较多的PVC生产工艺是悬浮聚合生产工艺。将纯水、液化的VCM单体、分散剂加入到反应釜中，然后加入引发剂和其它助剂，升温到一定温度后VCM单体发生自由基聚合反应生成PVC颗粒。持续的搅拌使得颗粒的粒度均匀，并且使生成的颗粒悬浮在水中。因反应是放热反应，必须配备有效的除热换热装置：如夹套冷却水、釜顶冷凝器[2]。而且，因为PVC的密度比VCM的密度大。反应过程中随着PVC的不断生成，反应釜内液相的体积会不断收缩，必须不断加入纯水以维持适当的压力。在不同的聚合温度下，VCM聚合生成PVC的聚合度不同。控制不同的聚合温度可以生成不同牌号（聚合度不同牌号不同）的PVC树脂。
1.2 聚氯乙烯电缆料的现状及发展
在电线电缆的绝缘和护套材料中，由于PVC比较便宜，且机械性能优良，加工方便，使得它长久以来成为电线电缆行业使用数量最多的材料。因为PVC塑料具有难燃、耐油、耐电晕、耐化学腐蚀和良好的耐水性能，其被广泛用作电线电缆的护层材料[3]。通过加入添加特种性能助剂或改性剂，可以分别制造出耐热型、耐寒型、耐油型、难燃型、特软型和无毒型的PVC电缆料，来满足特殊电线电缆产品的需要。
在电线、电缆行业的发展下，PVC电缆料也随之发展起来，国家电力网的改造、通讯产业的快速发展都为电线、电缆行业的发展提供了前所未有的机会，同时也为PVC电缆料行业的发展开辟了广阔前景。在这前后几十年里，我国PVC电缆料的混制工艺已相当成熟，尤其是用开放式炼胶机作为主要设备的混制工艺已经相当完善，PVC电缆料的配方也基本成熟。目前，PVC电缆料的生产厂商基本都掌握了生产符合GB 8815-88“电线电缆用软聚氯乙烯”和具有一般阻燃性能的PVC电缆料技术（氧指数≥30）[4]。不过由于市场竞争的加剧，一些见利忘义的企业在经济利益的驱使下不按标准生产的现象相当严重，通过盲目增加填料来降低成本等手段，严重降低了PVC电缆料的质量，这给人民生命财产带来了重大安全隐患。建议线缆制造商要重视这一现象，有关部门应严厉查处。
作为现今行业中用量最大的电缆料系列，PVC 电缆料已由刚出现时的三个品种发展到现在的三、四十个品种。我国的PVC树脂产量和规模居世界之首，相应的在PVC改性方面使用的各种助剂，填充物也非常发达，已形成了完整的产业链，这使得我国的PVC电缆料具有他国难于与其比拟的资源和成本优势。因而得到更大发展[5]。在众多品种中，以下几个产品发展方向值得关 注：
? （1）柔软交联PVC电缆料： 该品种已纳入IEC 60245-98、VDE 0282-97 中。IEC 60245、VDE 0282是橡胶绝缘电缆标准，继 110℃EVA 绝缘布线列入 IEC 60245-7 部分之后，第八部分"高柔软场合用电线"也被XLPVC绝缘（XP1）和XLPVC护套（SX1）电缆纳入此标准。伴随着新材料、新工艺的不断诞生，传统的橡胶和塑料分类的概念正在演变，将被更加科学的分类方法而替代[6]。这也避免了在传统分类中，在相同或相似分子链的结构情况下，由分子量的大小带来材料形态上的巨大差别所造成的分类混乱。
（2）PVC透明电缆料：PVC透明电缆料被用于音响线已有很长的历史，伴随着VCD、音响在国内外的普及，透明电缆料出现的问题也越来越集中，主要问题是：①透明持久性差。透明料的挤制电线放置一段时间之后，有发糊、发雾现象，透明度也随之下降。②铜丝变色问题[7]。电线放置后铜丝表面变黯淡，出现了不同程度的氧化现象。以上问题的出现，也说明了我们一些透明料的稳定体系、而且相容性方面尚需完善。另外，国外公司还把它用于柔软控制电缆的外护层有时它也可作为专用地线的绝缘层。
（3） 无铅PVC：PVC在加工过程中必须加入增塑剂、稳定剂才不会分解。一般情况，苯二甲酸类是主要的增塑剂；二盐基性亚磷酸铅、三盐基性硫酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸铅等也是电缆材料常用的稳定剂，这些稳定剂具有稳定性优异，绝缘性能好，价格低廉的特性，不过含有重金属铅、铬。伴随着环保意识的增强，人们在选择 PVC 类产品时，已经越来越多地考虑对人体及环境的影响，并且全球要求取缔重金属稳定剂的呼声日益高涨，但由于技术上和经济上的原因，新产品的推广还有很大的阻力[8]。欧盟于2000年6月颁布了《废弃电气电子设回收法草案》，其要求欧洲在2008年前，禁止使用含有铅、镉和汞等的电缆材料。这项草案加快了新材料在世界范围内的研究和推广应用工作[9]。
在汽车行业，随着汽车工业的发展，对汽车线用电缆料的要求也越来越高，汽车用低压电缆对刮磨次数有一定要求，为此汽车线缆生产商对PVC电缆料的耐磨性提出了要求，一般的电缆料远远不能满足他们的要求，这就要求PVC电缆料的研制人员研发新的配方来满足汽车线缆商的要求。在国内，苏州诺贝塑胶有限公司、上海凯波特种电缆料厂等少数厂商称能生产汽车线用高速挤出PVC绝缘料来满足日本JIS C 3406“汽车用低压电缆”要求的汽车线用料。汽车的高压点火线用量也很大，不同于其它线缆，它的特殊要求是要进行电线表面放电试验，这就要求PVC电缆料必须具备较高的电阻率，同时因为使用方面的要求，此类PVC电缆料要柔软且有弹性，就得加更多增塑剂，但更多增塑剂的加入又影响着电阻率的下降，如何解决这一矛盾的问题是汽车线缆业如今面对的一个难题。[10]另外阻燃性能也被汽车线缆商做了重点要求，阻燃性能的好坏以及燃烧时产生的有毒物质都影响着汽车线缆业的发展。
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