PVC-Kabelformulierungstechnologie und ihre Anwendung

PVC-Kabelformulierungstechnologie und ihre Anwendung

ICH. Einführung von PVC-Kabeln

PVC-Kabelmaterial basiert auf Polyvinylchlorid als Basisharz, fügt Stabilisatoren, Dioctylphthalat, Diisodecylphthalat, Dioctylterephthalat, Trioctyltrimellitat und andere Weichmacher sowie anorganische Füllstoffe wie Calciumcarbonat, Additive und Schmiermittel und andere Additive hinzu Mischen und Kneten, Extrudieren und Aufbereiten von Partikeln.

II. PVC-Kabelformulierung

III. Analyse experimenteller Ergebnisse

Herkömmliche PVC-Stabilisatoren enthalten Blei und andere Schwermetalle. Obwohl die Leistung gut ist, sind sie nicht umweltfreundlich. Daher ist es notwendig, die herkömmlichen Schwermetallstabilisatoren durch umweltfreundliche Stabilisatoren zu ersetzen, da derzeit mehr Forschung und eine breitere Anwendung von Kalzium/Zink-Verbundstabilisatoren erforderlich sind.

Yinsu-Techniker haben nach einer Reihe von Studien mit inländischen Kalzium-/Zink-Stabilisatoren, mit dem entsprechenden Temperaturniveau des Weichmachers bzw. 70,90,105 ℃ den Umweltschutz von PVC-Ummantelungsmaterialien, Umweltanforderungen im Einklang mit den RoHS-Vorschriften, die Leistung von Die Leistung kann die Anforderungen von GB/T 8815-2002 erfüllen.

3.1 Auswahl des PVC-Harzes

Die Auswahl eines geeigneten PVC-Harzes ist ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung von PVC-Isoliermaterialformulierungen mit guter Verarbeitungsleistung und der Erzielung einer guten Leistung des Kabels. Je höher das Molekulargewicht von PVC, desto höher sind die Zugfestigkeit, die Schlagzähigkeit und der Modul Elastizität des Produkts, aber die Fließfähigkeit und Plastizität der Schmelze nahmen ab, je besser die Hitze- und Kältebeständigkeit, desto höher die Verarbeitungstemperatur. Tests ergaben, dass die Verwendung von Polyvinylchloridharz mit einem Polymerisationsgrad von etwa 1300 besser geeignet ist (dh Harz vom Typ SG-3).

3.2 Auswahl an Weichmachern

Die Hauptaufgabe des Weichmachers besteht darin, die Schmelztemperatur und die Schmelzviskosität des Polymers zu senken, was wiederum die Verarbeitungstemperatur des Polymers senkt und den Polymerprodukten Weichheit und Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen verleiht. Durch den Formulierungstest wurde festgestellt, dass der Volumenwiderstand des umweltfreundlichen 70PVCC-Isoliermaterials bei 20 °C und Arbeitstemperatur schwierig ist, die Standardanforderungen zu erfüllen. Daher ist es der Schlüssel zur Entwicklung der Formulierung, den Wärmeverlust und die Bruchdehnung sowie den spezifischen Durchgangswiderstand des Isoliermaterials gleichzeitig so zu gestalten, dass sie den Standardanforderungen entsprechen.

PVC-Harz hat gute Isoliereigenschaften, der Zusatz von Weichmachern verringert die Isoliereigenschaften. Auswahl guter elektrischer Eigenschaften, gute thermische Stabilität, relativ geringe Flüchtigkeit, gute plastifizierende Wirkung von Weichmachern, um dem Isoliermaterial bessere elektrische Isoliereigenschaften sowie physikalische und mechanische Eigenschaften zu verleihen. Umweltfreundliche PVC-Isoliermaterialien mit den am häufigsten verwendeten Weichmachern sind: Dioctylphthalatenessig (DOP), Dinonylphthalatenessig (DINP), Diisodecylphthalatenessig (DIDP), Diisodecylphthalatenessig (DUP), Bis(tridecyl)phthalat (DTDP), Dioctylphthalate-Essig (DOTP), Trimellittrioctyl (TOTM) und so weiter.

Bild 1 zeigt, dass die Flüchtigkeit und Hitzebeständigkeit von Weichmachern in der folgenden Reihenfolge liegen: TOTM > DTDP > DUP > DIDP > DINP > DOTP > DOP o. DOP hat eine hervorragende Gesamtleistung, eine hohe Plastifizierungseffizienz, eine geringe Flüchtigkeit, eine gute Kältebeständigkeit und gute elektrische Eigenschaften und ist der ideale Hauptweichmacher. Aber DOP allein ist schwierig, die Anforderungen an die elektrischen Isolationseigenschaften von Isoliermaterialien zu erfüllen. Die Leistung von DOTP und DOP ist ähnlich, aber Kältebeständigkeit, thermische Stabilität und elektrische Isolierung sind besser als DOP (etwa 18-mal höher als DOP). Daher müssen DOP- und DOTP-Weichmacher zusammen verwendet werden, um die erforderliche Leistung des Isoliermaterials zu erzielen.

Bild 1 Thermischer Gewichtsverlust von Dämmstoffen mit unterschiedlichen Weichmachern

Wenn die Flüchtigkeit des Kunststoffs gering ist, ist der Wärmeverlust des Produkts geringer und die Alterungsleistung ist gut. Seine Flüchtigkeit hängt hauptsächlich vom verwendeten Weichmacher ab, die Flüchtigkeit des Weichmachers hängt von seinem Flammpunkt ab, die Flüchtigkeit des niedrigen Flammpunkts ist größer.

Tabelle 1. Einfluss von Weichmachern auf die thermischen Alterungseigenschaften von Materialien

Tabelle 1 zeigt, dass der Wärmeverlust von 13# aufgrund der zunehmenden Verflüchtigung des Weichmachers größer ist als der der anderen drei Formulierungen. Der Gewichtsverlust durch Wärme hängt mit der Verflüchtigung von Weichmachern, dem Entweichen von Chlorwasserstoff, der Ausfällung niedermolekularer Substanzen usw. zusammen; Der Gewichtsverlust durch Hitze wirkt sich in gewissem Maße auf die Bruchdehnungsrate von Kunststoff aus.

Tabelle 2 Einfluss von Weichmachern auf Materialeigenschaften

Tabelle 2 zeigt, dass: 10 # Formel bei 20 und Arbeitstemperatur Volumenwiderstand größer als 5 # Formel, dies liegt daran, dass die Gesamtmenge an Weichmachern bei beiden Formulierungen zwar gleich ist, der Anteil an DOTP bei 10 # Formel jedoch mehr als 5 # beträgt Formel aufgrund; 2 # Formel 20 und Arbeitstemperatur-Volumenwiderstand ist höher als die 5 # Formel, dies liegt daran, dass in der gleichen Menge an DOTP, 2 # Formel DOP zur gleichen Menge an 5 # Formel hinzugefügt wird, weniger, Isolationswiderstand mit der Erhöhung der Menge an Weichmacher hinzugefügt und verringert. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Menge an zugesetztem DOP in der 2#-Formulierung geringer ist als in der 5#-Formulierung bei gleicher DOTP-Menge und der Isolationswiderstand mit zunehmender Weichmacherzugabe abnimmt. Darüber hinaus ist aus Tabelle 2 auch ersichtlich, dass der Tieftemperatur-Schlagversuch der Formel Nr. 2 fehlschlägt, was darauf zurückzuführen ist, dass die Glasübergangstemperatur des Materials aufgrund der geringeren Weichmachermenge in Formel Nr. 2 ansteigt . Daher sind der Isolationswiderstand und die Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen zwei Widersprüche. Um gleichzeitig die Standardanforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, einen geeigneten Weichmacher auszuwählen und seine Zugabe in einem geeigneten Bereich zu steuern.

Dioctylphthalat (DOP) und Dioctylterephthalat (CDOTP} wurden aufgrund verschiedener Faktoren als Weichmacher für PVC ausgewählt. Der Zusatz von DOTP dient hauptsächlich der Verbesserung der elektrischen Isolationseigenschaften des Kunststoffs usw.

3.3 Auswahl umweltfreundlicher Stabilisatoren

Umweltfreundliche PVC-Isoliermaterialstabilisatoren dürfen kein schädliches Blei (Pb), Pot (Cd), Quecksilber (Hg), Arsen (As), Chrom (Cr), Selen (Se), Antimon (Sb) und andere Schwermetallelemente enthalten. und daher die Auswahl ungiftiger Calcium-Zink-Verbundstabilisatoren. Die thermische Stabilität von Calcium-Zink-Verbundstabilisatoren liegt nahe bei der einiger Barium-/Topfstabilisatoren und Bleistabilisatoren oder übertrifft diese und weist eine gute Wetterbeständigkeit und gute Transparenz auf. Calcium- und Zink-Kompositstabilisatoren auf die thermische Stabilität der Zeit der Formel in Tabelle 3 im Füllstoff 25, Schmiermittel 0,6, Antioxidans 0,6. Calcium- und Zink-Kompositstabilisatoren, die dem Material zu wenig Alterungsleistung verleihen, sind nicht geeignet, zu viel hinzuzufügen, die Kosten sind zu hoch, im Allgemeinen ist die Zugabe von etwa 5 angemessener.

Tabelle 3 Wirkung von Calcium-Zink-Komplexstabilisatoren auf die Wärmestabilisierungszeit

3.4 Flammhemmende Modifikation

(1) Die Auswirkung der Weichmachermenge auf die flammhemmenden Eigenschaften von PVC-Kabelmaterial wird durch die Zugabe verschiedener Weichmacher bestimmt, wodurch das Kabelmaterial unterschiedlich flammhemmend und rauchfrei ist. Für die vier am häufigsten verwendeten Weichmacher in PVC-Kabelmaterialien: Dioctylphthalat, Trioctyltrimellitat, Trimellitphosphat und Weichmacher auf Polyesterbasis, die einen großen Unterschied in der Flammhemmung aufweisen, haben unsere Techniker entsprechende Forschungsarbeiten durchgeführt. In 100 Teilen Weich-PVC wurden 30 bis 60 Teile Weichmacher zugesetzt. Die Studie ergab, dass mit zunehmendem Weichmachergehalt der Sauerstoffindex von PVC abnimmt. Bei verschiedenen Weichmachern war der Grad der Abnahme grundsätzlich gleich. Und das PVC, das Trimethylphenylphosphat enthält, hat den höchsten Sauerstoffindex, der etwa 5 höher ist als der von PVC, das Dioctylphthalat enthält. Die Untersuchung der Rauchmenge zeigt, dass die Rauchmenge von PVC, das Dioctylphthalat und Trimethylphenylphosphat enthält, mit zunehmendem Weichmachergehalt zunimmt. PVC mit Trioctyltrimellitat und Weichmachern auf Polyesterbasis hatte jedoch das gegenteilige Ergebnis.

(2) Einfluss der Flammschutzmitteldosierung auf die Flammschutzeigenschaften

Al(OH)₃, Sb₂O₃, Zinkborat (ZB) und andere anorganische Flammschutzmittel werden PVC-Kabelmaterialien zugesetzt, und ihre Dosierung hat einen großen Einfluss auf die Flammschutzeigenschaften von PVC, und Wissenschaftler im In- und Ausland haben zahlreiche diesbezügliche Untersuchungen durchgeführt. Unsere Techniker haben die Wirkung von Sb untersucht₂O₃ und Sb₂O₃/ZB flammhemmender Zusatz zum Sauerstoffindex von PVC. Sie fanden heraus, dass mit der Zunahme von Sb₂O₃, der Grenzsauerstoffindex von PVC-Kabelmaterial zeigte einen linearen Aufwärtstrend und bei der Zugabe von Nano-Sb₂O₃ war größer als 1,5 Teile, der Beitrag von Nano-Sb₂O₃ Der Sauerstoffindex von PVC war größer als der von Mikrometer Sb₂O₃. Sie untersuchten auch den Sauerstoffindex von PVC bei verschiedenen Sb-Massenverhältnissen₂O₃ und ZB und fanden heraus, dass der Sauerstoffindex mit zunehmendem Massenverhältnis abnahm. nimmt ab. Das heißt, je mehr Sb₂O₃ hinzugefügt wird, desto höher ist die Flammhemmung von PVC, aber weil Sb₂O₃ ist teuer, die Menge an Sb₂O₃ Der zugesetzte Anteil ist nicht sehr hoch, solange er eine gewisse Flammwidrigkeit gewährleisten kann. Das hinzugefügte ZB kann als Rauchunterdrückungsmittel verwendet werden, und die kombinierte Verwendung von ZB und Sb₂O₃ sorgt dafür, dass das PVC-Kabelmaterial einen geeigneten Sauerstoffindex aufweist und außerdem eine geringe Rauchentwicklung aufweist. Unsere Techniker untersuchen zusätzlich die Wirkung der Zugabe von ZB und Sb₂O₃ auf die flammhemmenden Eigenschaften, untersuchte aber auch den Einfluss der Menge an Al(OH)₃ auf die flammhemmenden Eigenschaften insgesamt, um das Gesetz zu erhalten: Mit der Erhöhung der Flammschutzmittelmenge wurden die flammhemmenden Eigenschaften des PVC-Kabelmaterials deutlich verbessert.

(3) Die Auswirkung der Füllstoffmenge auf die flammhemmenden Eigenschaften des PVC-Kabelmaterials erfordert normalerweise die Zugabe einer bestimmten Menge Füllstoff. Wenn wir als Füllstoffe Talk und Ton hinzufügen, erhöht sich der Sauerstoffindex um das 1- bis 2-fache, aber auch die Brenngeschwindigkeit des Kabelmaterials verdoppelt sich und der maximale Extinktionskoeffizient bleibt unverändert. Wenn wir Al(OH) hinzufügen₃ Als Füllstoff erhöht sich die Brenngeschwindigkeit um 50 %, der Sauerstoffindex steigt und der maximale Extinktionskoeffizient sinkt, sodass die Rauchmenge wirksamer unterdrückt wird. In PVC wird normalerweise auch CaCO₃-Füllstoff zugesetzt. Unsere Techniker haben herausgefunden, dass mit zunehmender CaCO₃-Zugabe der Sauerstoffindex des PVC-Kabelmaterials abnimmt und auch der maximale Extinktionskoeffizient abnimmt, sodass die Menge an zugesetztem CaCO₃ nicht zu hoch sein darf. Andernfalls wird die flammhemmende Rauchunterdrückungswirkung des Kabelmaterials beeinträchtigt. CaCO₃ kann jedoch mit sehr bedeutender Wirkung als Einfangmittel für HCl-Gas verwendet werden.

Basic Formel

PVC 100 %, DOP 30 %, Chlorparaffin 10–25 %, Stabilisator 3 %, CaCO₃ 10–30 %

1 % bis 2 % anderer Zusatzstoffe, Flammschutzmittel sind variabel.

Leistungstests

Der begrenzende Sauerstoffindex (L0I) wird gemäß der nationalen Norm GB/T 2406-2006 getestet, die Probengröße beträgt 100 mm x 6,5 mm x 3,2 mm.

Mechanische Eigenschaften gemäß den nationalen Prüfnormen GB/T 1040-2006, die Probe für die V-förmige Probe, Zuggeschwindigkeit von 250 mm/min.

Ergebnisse und Diskussion

Bild 3 zeigt den ultimativen Sauerstoffindex von PVC-Draht- und Kabelmaterialien nach Zugabe unterschiedlicher Mengen Antimontrioxid. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, verläuft der ultimative Sauerstoffindex von PVC-Kabelmaterial mit zunehmender Antimontrioxidzugabe in einer geraden Linie nach oben Tendenziell beträgt die Zusatzmenge an Nano-Antimontrioxid mehr als 1,5 Teile eines Nano-Antimontrioxids auf dem Sauerstoffindex von PVC und trägt dazu bei, dass Antimontrioxid einen hohen Zehn-Mikrometer-Grad aufweist. Wenn der Sauerstoffindex 35 % beträgt, kann die Zusatzmenge an Antimontrioxid 20 % geringer sein als die von Mikron-Antimontrioxid. Dies liegt daran, dass das nanoskalige Antimontrioxid-Flammschutzmaterial aus zehn Partikelgrößen kleiner wird und eine besondere Duktilität aufweist, gleichmäßig in zehn Polymermaterialien dispergiert werden kann, wodurch seine spezifische Oberfläche vergrößert wird, sodass im Flammschutzprozess wirksam SbX3 erzeugt werden kann. Die Verwendung von Flammschutzmitteln in kohäsiver Phase und die Reduzierung der Kettenreaktionsradikale - OH, um Flammschutzmittel zu erreichen, hat in Bezug auf die Flammschutzleistung eine Steigerung um eine Größenordnung gegenüber Mikron-Antimontrioxid. Obwohl Nano-Antimontrioxid eine relativ hohe Leistung erzielen kann Bei einer geringen Zugabemenge ist der Sauerstoffindex jedoch durch den Antimontrioxid-Flammschutzmechanismus gleichzeitig in der Gasphase und in der Festphase flammhemmend, so dass die Rauchmenge im flammhemmenden Nano-Antimontrioxid-PVC-Kabelmaterial immer noch relativ ist Angesichts der nachteiligen Auswirkungen von Rauch auf die Flucht im Brandfall werden wir eine Rauchhemmung des in das Flammschutzsystem eingebrachten Zinkborats haben.

Einfluss von Zinkborat (ZB) und Antimontrioxid-Nanopartikeln als Flammschutzmittel auf den Sauerstoffindex von PVC.

Bild 4 zeigt den Grenzsauerstoffindex (LOI) von PVC-Kabelmaterial bei Zusatz von 5 Teilen Zinkborat und Antimontrioxid in unterschiedlichen Anteilen! Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Antimontrioxid im zusammengesetzten Flammschutzmittel der LOI des PVC-Kabelmaterials zunimmt. Wie wir alle wissen, können Antimontrioxid und halogenierte Flammschutzmittel im Allgemeinen eine synergistische Wirkung erzielen. Flammschutzmittel können nicht die umfassende Leistung erreichen. Der aktuelle Preis für Antimontrioxid ist jedoch immer wieder gestiegen, und modifizierte Kunststoffe, insbesondere PVC, sind relativ niedrig -Profit-modifizierte Materialien waren schwer zu ertragen! Zinkborat ist kostengünstig und kann früheren Untersuchungen zufolge als flammhemmendes Rauchminderungsmittel für PVC verwendet werden. In dieser Studie wurde festgestellt, dass die Rauchentwicklung des Materials nach der Verbindung von Zinkborat mit Antimontrioxid stark reduziert wurde, wodurch das Flammschutzmittel eine geringe Rauchentwicklung aufwies und gleichzeitig einen geeigneten Sauerstoffindex erreichte.

Einfluss von Zinkborat (ZB) und Antimontrioxid-Nanopartikeln als Flammschutzmittel auf die mechanischen Eigenschaften von PVC

Die mechanischen Eigenschaften von PV-C-Kabelmaterial mit unterschiedlichen Verhältnissen von Sbz03/ZB sind in Bild 5 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Zinkboratanteil die Zugfestigkeit von PVC-Kabelmaterial tendenziell abnimmt und Bruchdehnung

Die erste weist einen leichten Anstieg und dann einen Abfalltrend auf, aber die Verringerung der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung ist nicht offensichtlich, die Zugfestigkeit wird um maximal 7,5 % reduziert und die Bruchdehnung wird um maximal reduziert 9. 47 %. Dies liegt daran, dass es sich bei dem verwendeten Zinkborat um mikrometergroßes Zinkborat mit einer Partikelgrößenverteilung von 2 bis 10 Mikrometern handelt, das sich nicht wesentlich vom Nano-Antimontrioxid unterscheidet und daher die Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften nicht offensichtlich ist.

3.5 Fazit

1) Nano-Antimontrioxid trägt mehr als zehn Mikron zum Sauerstoffindex von PVC bei. Wenn der Sauerstoffindex 35 % beträgt, kann der Zusatz von Nano-Antimontrioxid 20 % weniger als der von Mikron-Antimontrioxid betragen.

2) Der Sauerstoffindex des Materials wurde nach der Verbindung von Nano-Antimontrioxid und Zinkborat verringert, was darauf hinweist, dass der Beitrag von Zinkborat zum Sauerstoffindex weniger als zehn Antimontrioxid beträgt, aber die Menge an Rauchentwicklung des Materials wurde nach der Compoundierung stark reduziert, und auch die Gesamtkosten des Materials wurden gesenkt.

3) Mit der Erhöhung des Zinkboratanteils im Flammschutzmittel zeigte die Zugfestigkeit des PVC-Kabelmaterials einen abnehmenden Trend, und die Bruchdehnung zeigte zunächst einen leichten Anstieg und dann einen abnehmenden Trend, aber beides nahm ab Zugfestigkeit und Bruchdehnung waren nicht offensichtlich, mit einer maximalen Verringerung der Zugfestigkeit von 7,5 % und einer maximalen Verringerung der Bruchdehnung von 9,47 %.

VI. Fazitsion

Da das Bewusstsein der Menschen für Umweltschutz und Sicherheit gestiegen ist, hat die Forschung und Produktion von flammhemmendem und rauchunterdrückendem PVC-Kabelmaterial weltweit große Aufmerksamkeit erregt. Die Menschen haben nach Möglichkeiten gesucht, die Flammschutzeigenschaften von PVC-Kabelmaterialien zu verbessern, und haben einen Durchbruch erzielt. Die Menge an Weichmachern, Flammschutzmitteln und Füllstoffen, die PVC-Kabelmaterialien zugesetzt werden, kann gut kontrolliert werden, was eine Voraussetzung für die Entwicklung von Kabelmaterialien mit hervorragender Leistung ist. Durch den Einsatz von Mischverfahren und anderen Methoden wird eines der neuen umweltfreundlichen, flammhemmenden PVC-Kabelmaterialien ungiftiger und effizienter.

Trotz immer strengerer Umweltschutzgesetze nimmt das PVC-Kabelmaterial aufgrund seiner hervorragenden Leistung, niedrigen Preise und einfachen Verarbeitungseigenschaften immer noch ein erhebliches Gewicht ein, und diese Situation ist kurzfristig schwierig zu erreichen Grundlegende Veränderungen stehen bevor, so dass die Entwicklung umweltfreundlicher, leistungsstarker PVC-Kabelmaterialien in der nächsten Zeit immer noch ein heißes Thema ist.

Mit dem zunehmenden Bewusstsein für Umweltschutz und Sicherheit ist die Flammschutz- und Rauchunterdrückungsleistung von PVC-Kabelmaterialien zu einem heißen Forschungsthema geworden. In diesem Bereich die PVC-flammhemmende T-Serie von YINSU Flame Retardant Company zeichnet sich durch hervorragende Leistung aus. Die T-Serie gehört zu den zusammengesetzten Antimonprodukten, die das herkömmliche Antimontrioxid vollständig ersetzen können, und das T30-Produkt kann 50 bis 60 % des Antimontrioxids in der PVC-Formel ohne Antimontrioxid ersetzen, das eine neue Lösung für den Umweltschutz und die Leistungssteigerung der Kabelmaterialien bietet.