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。试验及测试根据结果得出,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于人体健康的物质;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,具备优秀能力的电气绝缘性能,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、镉等有害于人体健康的物质,成为制约PVC在电气设备、基础设施等场合应用的主要的因素。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于人体健康的物质的环保标准。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。
1.1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有关标准模压成试片,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验测试的机构SGS按有关标准测试,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做多元化的分析,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)规定的系列办法来进行分析。
2.1PVC树脂的选用 设计拥有非常良好加工性能和物理机械性能的PVC电缆料配方的最要紧的麻烦是选用合适的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树脂是没有办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,大多数都用在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,耐热性不足以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标准做热稳定性能测试,(其它.主要的组成原材料重量份数用量为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新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减少相关成本的作用;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真实的情况调整,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验测试的机构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环保规定要求,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。
