CN101481480B - 防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料 - Google Patents
防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，包括以下重量份配比的成分：聚氯乙烯树脂100；耐热性增塑剂20～70；耐寒性增塑剂1～7；改性剂5～15；稳定剂3～9；阻燃剂4～30；填充剂5～70；润滑剂0.5～3.5。本发明绝缘材料具有优良的防水性能、耐温耐寒性能和绝缘性能，还具有良好的柔软性能和良好的加工性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及绝缘材料，尤其是一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯的绝缘材料。
【背景技术】
软聚氯乙烯塑料具有良好的物理机械电气性能，适合作低压电线电缆的绝缘和护套材料以及电器附件。在特殊使用场合，对电线电缆会有较高的防水要求，如UL1581和UL62要求室外使用的电线电缆要有非常高的防水性能，例如，SJTW18AWG型电线，不仅要求通过AC1500V/1分钟的耐电压试验，其绝缘体不破裂，而且要将电线样品放入15℃水中6小时以上，通DC600V电压测试其绝缘阻抗，要求2芯线的绝缘阻抗达到52GΩ·M以上；还要求测量在60℃水中7天和14天的稳定因子；UL1581和UL62还要求室外使用的电线电缆要有较高的阻燃性能，达到UL的VW-1垂直燃烧标准；UL1581和UL62还要求室外使用的105℃耐温等级的电线电缆要有较高的物理机械性能和耐老化性能，老化前电线绝缘和护套的拉伸强度达到11.09MPa以上，断裂伸长率达到100％以上，在换气100～200次/小时的136℃老化箱中老化168小时，电线的绝缘和护套的拉伸强度保留率达到85％以上，电线绝缘的断裂伸长率保留率达到65％以上，电线护套的断裂伸长率保留率达到45％以上；UL1581和UL62还要求室外使用的电线电缆要有较高的耐低温脆化性能，在-40℃条件下卷绕试验4小时后，不出现脆化裂纹。这就要求聚氯乙烯绝缘料要有优异的综合性能。
聚氯乙烯树脂的氧指数为45，但是它是硬质材料。用于电线电缆是有一定柔软性的软聚氯乙烯塑料，即在聚氯乙烯树脂中需加入一定量的增塑剂，以达到柔软、耐高温和耐低温的要求。然而，增塑剂一般为可燃材料，所以软聚氯乙烯塑料的氧指数大幅下降，为22～25。一般软聚氯乙烯塑料通过添加三氧化二锑作阻燃剂，可使得材料氧指数达到27～32。但是三氧化二锑阻燃剂的抑烟性能和防滴落性能较差，而且价格昂贵，从环保、综合性能和成本几方面考虑添加一定量的氢氧化铝或氢氧化镁达到聚氯乙烯绝缘料阻燃的目的，聚氯乙烯绝缘料阻燃等级达到UL-94V-0，生产的电线能够达到UL垂直燃烧VW-1标准要求。
中国专利公开号CN1676546A，介绍了一种阻燃矿用软电缆用聚氯乙烯塑料，其公开的重量配比为：
高聚合度PVC 100；
低聚合度PVC 10～50；
增塑剂 60～120；
三盐基硫酸铅 2～5；
二盐基亚磷酸铅 2～5；
二盐基硬脂酸铅 0.5～1.5；
硬脂酸钡 0.5～1.0；
主阻燃剂 10～20；
辅助阻燃剂 2～7；
抗氧剂 0.1～1.0；
填充剂 10～30。
其主阻燃剂为三氧化二锑，辅助阻燃剂为氧化钼。电线电缆产品通过阻燃等级要求较低的单根电缆垂直燃烧试验，弹性材料氧指数约在30左右。
中国专利公开号CN1752133A，介绍了一种电线电缆用的阻燃绝缘级聚氯乙烯塑料，推荐的阻燃剂为硼酸锌、三氧化二锑和四溴双酚A，塑料的氧指数是30。
中国专利公开号CN101245166A，介绍了一种具有优异的阻燃性能的电线电缆用阻燃软聚氯乙烯塑料，其公开的重量配比为：
聚氯乙烯树脂 100；
增塑剂 25～70；
共聚树脂 5～40
稳定剂 3～12；
阻燃剂I 5～20；
阻燃剂II 5～25；
阻燃剂III 30～130；
填充剂 0～40；
润滑剂 0.5～5
所提供的电线电缆用软聚氯乙烯塑料具有优异的阻燃性能，氧指数可达46以上，能满足特殊阻燃要求的电线电缆作护套或绝缘材料的使用要求。
由于上述专利的电线电缆用软聚氯乙烯塑料只满足阻燃性能要求，未涉及到防水性能、耐低温性能和耐高温性能，因此不能满足室外使用电线电缆和连接器的要求。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯的绝缘材料。为解决上述技术问题，本发明提供一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，包括以下重量份配比的成分：
聚氯乙烯树脂 100；
耐热性增塑剂 20～70；
耐寒性增塑剂 1～7；
改性剂 5～15；
稳定剂 3～9；
阻燃剂 4～30；
填充剂 5～70；
润滑剂 0.5～3.5
所述阻燃剂包括阻燃剂I和阻燃剂II；所述绝缘材料中，所述阻燃剂I和阻燃剂II的重量份均为2～15；所述阻燃剂I为锑系化合物三氧化二锑和五氧化锑中的一种或二者的混合；所述阻燃剂II为氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或二者的混合；
其中，所述改性剂为氯含量33～37wt％的塑改型氯化聚乙烯CPE135A和氯含量33～37wt％的塑改型氯化聚乙烯CPE135B中的一种或二者的混合；
所述填充剂为锻烧高岭土、重质碳酸钙和纳米活性碳酸钙中的一种或一种以上的混合；所述润滑剂为硬脂酸及其酯类、硬脂酸盐类、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸酰胺、油酸酰胺中的任意一种或者一种以上的混合。
在此基础上，进一步地：
聚氯乙烯树脂为聚合度1000～1300的聚氯乙烯树脂，或者为SG1、SG2、SG3、SG4、SG5型树脂中的任意一种或一种以上的混合。SG1、SG2、SG3、SG4、SG5型树脂是指中国国家标准GB/T5761中的SG1、SG2、SG3、SG4、SG5型树脂，聚合度为1000～1300的聚氯乙烯树脂是指以氯乙烯为单体聚合度为1000～1300的聚氯乙烯树脂。
耐热性增塑剂为偏苯三酸酯类增塑剂和均苯四酸酯类增塑剂二者中的一种或二者的混合。
耐寒性增塑剂为A、G、S酸酯类增塑剂，癸二酸酯类增塑剂，己二酸酯类增塑剂三者中的任意一种或一种以上的混合。
稳定剂为无铅类的钙锌复合稳定剂和稀土类稳定剂中的一种或二者的混合。
偏苯三酸酯类增塑剂为偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三壬酯、偏苯三酸三异癸酯和偏苯三酸三混烷基酯中的任意一种或一种以上的混合，均苯四酸酯类增塑剂为均苯四酸四辛酯、均苯四酸四壬酯和均苯四酸四癸酯中的任意一种或一种以上的混合。
己二酸酯类增塑剂为己二酸二(2-乙基己)酯、己二酸二异壬酯、己二酸二异癸酯和己二酸异壬异癸酯中的任意一种或一种以上的混合；癸二酸酯类增塑剂为癸二酸二(2-乙基己)酯、癸二酸二异壬酯、癸二酸二异癸酯和癸二酸异壬异癸酯中的任意一种或一种以上的混合；A、G、S酸酯类增塑剂为A、G、S酸二(2-乙基己)酯，A、G、S酸二异丁酯，A、G、S酸二异壬酯和A、G、S酸二异癸酯四者中的任意一种或一种以上的混合。
本发明经试验验证，取得了非常明显的优良效果，并且有以下优点：
本发明所提供的一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料具有优良的防水性能和绝缘性能，SJTW18AWG型电线采用该聚氯乙烯绝缘材料，采用UL62和UL1581标准测试，其芯线在60℃水中浸泡14天，1～14天的电容率变化百分数小于3.5％(UL62和UL1581标准要求小于10％)，7～14天的电容率变化百分数小于1.5％(UL62和UL1581标准要求小于3％)；用该聚氯乙烯绝缘材料制造的电线完全达到UL62的耐压测试标准，绝缘通AC1500V1分钟不破裂，护套通AC2000V1分钟不破裂；将电线样品放入15℃水中6小时以上，通DC600V电压测试其绝缘阻抗，绝缘阻抗达到52GΩ·M以上。
本发明所提供的一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料具有优良的抗低温脆化性能，用该聚氯乙烯绝缘材料制造的电线在-40℃的低温环境中卷绕放置4小时后不出现开裂。
本发明所提供的一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料具有优良的物理机械性能和耐温性能，采用UL62和UL1581标准测试，用该聚氯乙烯绝缘材料制造的电线老化前的拉伸强度大于11.09MPa(1.13kgf/mm2)，断裂伸长率大于100％，在136℃的高温老化箱(换气率达到100～200次/分钟)中老化168小时，电线电缆的绝缘和护套的拉伸强度保留率达到85％以上，电线绝缘的断裂伸长率保留率达到65％以上，电线护套的断裂伸长率保留率达到45％以上，完全符合UL62和UL1581标准要求。
本发明所提供的一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料具有优良的阻燃性能，氧指数可以达到28.5以上，阻燃达到UL-94V-0等级，用该聚氯乙烯绝缘材料制造的电线能够达到UL垂直燃烧VW-1标准要求。
本发明所提供的一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料还具有良好的柔软性能和良好的加工性能。
【附图说明】
下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：
图1是采用制作本发明绝缘材料工艺流程示意图。
【具体实施方式】
本发明中，SG1、SG2、SG3、SG4、SG5型树脂是指中国国家标准GB/T5761中的SG1、SG2、SG3、SG4、SG5型树脂，聚合度为1000～1300的聚氯乙烯树脂是指以氯乙烯为单体聚合度为1000～1300的聚氯乙烯树脂。
本发明中的增塑剂，作为偏苯三酸酯类，虽列举了偏苯三酸三辛酯等，但是只要属于偏苯三酸酯类范畴，均应认为在名单之列。
基于上述之理，申请人所提及的改性剂、稳定剂、阻燃剂、润滑剂和填充剂也然，均不能由此限制本发明。
本发明使用的主要原料和辅助材料均达到欧盟RoHS指令和Reach法规的环保要求。
以下是6个配方实例：
实施例1
成份 重量份(用量份)
聚氯乙烯树脂(SG3型) 100；
偏苯三酸三辛酯(TOTM) 50；
己二酸二(2-乙基己)酯(DOA) 6；
氯化聚乙烯(CPE 135B) 15；
钙锌复合稳定剂 3；
三氧化二锑 15；
氢氧化镁(5000目) 7；
重质碳酸钙 25；
活性纳米碳酸钙 10；
煅烧高岭土 8；
聚乙烯蜡(分子量约2000) 0.3；
硬脂酸 0.2。
实施例2
成份 重量份(用量份)
聚氯乙烯树脂(SG5型) 100；
偏苯三酸三辛酯(TOTM) 70；
己二酸二(2-乙基己)酯(DOA) 6；
氯化聚乙烯(CPE 135B) 10；
钙锌复合稳定剂 9；
三氧化二锑 6；
氢氧化镁(5000目) 7；
重质碳酸钙 35；
煅烧高岭土 35；
聚乙烯蜡(分子量约2000) 2；
硬脂酸 1.5。
实施例3
成份 重量份(用量份)
聚氯乙烯树脂(聚合度为1300型)100；
偏苯三酸三辛酯(TOTM) 40；
己二酸二(2-乙基己)酯(DOA) 7；
氯化聚乙烯(CPE 135B) 10；
钙锌复合稳定剂 6；
三氧化二锑 5；
氢氧化镁(5000目) 6；
重质碳酸钙 15；
活性纳米碳酸钙 20；
煅烧高岭土 10；
聚乙烯蜡(分子量约2000) 0.8；
硬脂酸钙 0.6。
实施例4
成份 重量份(用量份)
聚氯乙烯树脂(聚合度为1300型) 100；
偏苯三酸三辛酯(TOTM) 20；
己二酸二(2-乙基己)酯(DOA) 7；
氯化聚乙烯(CPE 135B) 10；
钙锌复合稳定剂 6；
三氧化二锑 2；
氢氧化镁(5000目) 2；
重质碳酸钙 20；
活性纳米碳酸钙 15；
煅烧高岭土 10；
聚乙烯蜡(分子量约2000) 0.8；
硬脂酸钙 0.6。
实施例5
成份 重量份(用量份)
聚氯乙烯树脂(聚合度为1300型) 100；
偏苯三酸三辛酯(TOTM) 40；
己二酸二(2-乙基己)酯(DOA) 5；
氯化聚乙烯(CPE 135B) 8；
钙锌复合稳定剂 6；
三氧化二锑 5；
氢氧化镁(5000目) 6；
活性纳米碳酸钙 20；
重质碳酸钙 3；
煅烧高岭土 2；
聚乙烯蜡(分子量约2000) 0.8；
硬脂酸 0.6。
实施例6
成份 重量份(用量份)
PVC树脂(聚合度为1300型) 100；
偏苯三酸三辛酯(TOTM) 40；
己二酸二(2-乙基己)酯(DOA) 1；
氯化聚乙烯(CPE 135B) 5；
钙锌复合稳定剂 6；
三氧化二锑 6；
氢氧化铝 15；
活性纳米碳酸钙 20；
重质碳酸钙 15；
聚乙烯蜡(分子量约2000) 0.8；
硬脂酸酰胺 0.6。
对比例重量份配比：PVC树脂(聚合度为1000或SG5型)100，偏苯三酸三辛酯(TOTM)50，钙锌复合稳定剂6，三氧化二锑7，活性纳米碳酸钙25，重质碳酸钙25，聚乙烯蜡(MW约2000)0.8，硬脂酸钙0.8。
按照各实施例和对比例的配比，分别将各种组分混合后分别在160℃的双辊开炼机上混炼和塑化，拉成片后，在平板硫化机上于170℃下压成试片，切成哑铃状试片供拉伸强度和断裂伸长率以及材料老化性能的测试，切成园形试片供体积电阻率的测试，条状试样供氧指数测试。上述测试参照表二中的试验方法进行。阻燃性能和机械性能以及制成SJTW18AWG型电线后的综合性能见表一：
表一各实施例和对比例试片性能
实施例1至6具有优异的防水性能、物理机械性能、耐候性能、耐低温性能、绝缘性能和阻燃性能以及良好的加工性能，在水中的绝缘性能非常稳定，氧指数达到28.5以上。
请见图1，根据各实施例的配方，采用图1所示的加工工艺流程，将所推荐的聚氯乙烯树脂、稳定剂、阻燃剂、填充剂、润滑剂按推荐的重量比，称量配制后加入高速捏合机中，低速搅拌1～2分钟，启动高速搅拌，将称量好的增塑剂分两次加入固体混合物中，捏合7～10分钟，捏合温度升至110℃，然后加入改性剂氯化聚乙烯，混合1～2分钟后将捏合料放至冷搅拌机中搅拌3～4分钟出料；将捏合料加入至挤出造粒机中，挤出塑化的温度和造粒温度分别控制为120℃～170℃，经塑化、挤出、造粒、冷却、包装制得具有优异综合性能的软聚氯乙烯胶粒。该粒料供电线电缆生产厂商用常规的电线电缆用挤塑机直接挤包在电线电缆线芯外或用卧式或立式注塑机直接注塑成型插头或连接器。该塑料和该塑料制造的电线经测试具有表二所示的物理、机械、防水、耐候、耐低温和阻燃性能。
表二采用各实施例材料制得电线的性能参数平均值
| 性能 | 单位 | 平均测试值 | 试验方法 |
| 拉伸强度 | MPa | 15.9 | GB1040 |
| 断裂伸长率 | ％ | 260 | GB1040 |
| 低温冲击脆化试验-40℃×4hr | - | 无裂纹 | GB5470 |
| 加热变形试验121℃×1hr，加重300g | ％ | 22 | GB8815 |
| 20℃体积电阻率 | Ω·m | 7.8×10<sup>11</sup> | GB1410 |
| 介电强度 | MV/m | 24 | GB1408 |
| 性能 | 单位 | 平均测试值 | 试验方法 |
| 氧指数 | - | 28.5 | GB2406 |
| 电线垂直燃烧试验VW-1 | - | 通过 | UL1581 |
| 电线在热水(60℃)中稳定因子1～14天的电容率变化百分数7～14天的电容率变化百分数 | ％％ | 2.00.29 | UL1581 |
| 热老化(136℃×168hr)老化后拉伸强度拉伸强度保留率老化后断裂伸长率断裂伸长率保留率 | MPa％％％ | 16.1101.322887.7 | GB8815、UL1581 |
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：包括以下重量份配比的成分：
聚氯乙烯树脂 100；
耐热性增塑剂 20～70；
耐寒性增塑剂 1～7；
改性剂 5～15；
稳定剂 3～9；
阻燃剂 4～30；
填充剂 5～70；
润滑剂 0.5～3.5；
所述阻燃剂包括阻燃剂I和阻燃剂II；所述绝缘材料中，所述阻燃剂I和阻燃剂II的重量份均为2～15；所述阻燃剂I为锑系化合物三氧化二锑和五氧化锑中的一种或二者的混合；所述阻燃剂II为氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或二者的混合；
其中，所述改性剂为氯含量33～37wt％的塑改型氯化聚乙烯CPE135A和氯含量33～37wt％的塑改型氯化聚乙烯CPE135B中的一种或二者的混合；
所述填充剂为锻烧高岭土、重质碳酸钙和纳米活性碳酸钙中的一种或一种以上的混合；所述润滑剂为硬脂酸及其酯类、硬脂酸盐类、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸酰胺、油酸酰胺中的任意一种或者一种以上的混合。
2.根据权利要求1所述防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：所述聚氯乙烯树脂为聚合度1000～1300的聚氯乙烯树脂，或者为SG1、SG2、SG3、SG4、SG5型树脂中的任意一种或一种以上的混合。
3.根据权利要求1所述防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：所述耐热性增塑剂为偏苯三酸酯类增塑剂和均苯四酸酯类增塑剂二者中的一种或二者的混合。
4.根据权利要求1所述防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：所述耐寒性增塑剂为A、G、S酸酯类增塑剂，癸二酸酯类增塑剂，己二酸酯类增塑剂三者中的任意一种或一种以上的混合。
5.根据权利要求1所述防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：所述稳定剂为无铅类的钙锌复合稳定剂和稀土类稳定剂中的一种或二者的混合。
6.根据权利要求3所述防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：所述偏苯三酸酯类增塑剂为偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三壬酯、偏苯三酸三异癸酯和偏苯三酸三混烷基酯中的任意一种或一种以上的混合，所述均苯四酸酯类增塑剂为均苯四酸四辛酯、均苯四酸四壬酯和均苯四酸四癸酯中的任意一种或一种以上的混合。
7.根据权利要求4所述防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，其特征在于：所述己二酸酯类增塑剂为己二酸二(2-乙基己)酯、己二酸二异壬酯、己二酸二异癸酯和己二酸异壬异癸酯中的任意一种或一种以上的混合；所述癸二酸酯类增塑剂为癸二酸二(2-乙基己)酯、癸二酸二异壬酯、癸二酸二异癸酯和癸二酸异壬异癸酯中的任意一种或一种以上的混合；所述A、G、S酸酯类增塑剂为A、G、S酸二(2-乙基己)酯，A、G、S酸二异丁酯，A、G、S酸二异壬酯和A、G、S酸二异癸酯四者中的任意一种或一种以上的混合。
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