CN103059471B - 一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其包括按照重量配比的如下组分：聚氯乙烯100份、有机改性高岭土30～40份、增塑剂50～70份、稳定剂5～10份、阻燃剂5～10份、低温抗冲增韧剂5～8份和润滑剂1～3份。本发明还提供一种防变色交联聚氯乙烯材料的制备工艺。该环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，原料成本低廉而且环保，材料的绝缘性和耐低温性能优异，具有广阔的应用前景。

Description

一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其制备工艺

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，具体涉及一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其制备工艺。

背景技术

随着国家电网建设的飞速发展，高压电力电缆的应用越来越多，人们对供电可靠率的要求也越来越高。为确保电缆安全稳定运行，杜绝新投产及运行线路出现接地线、同轴电缆出现各种安全问题。

目前，同轴电缆及接地电缆采用多为普通聚氯乙烯绝缘材料，绝缘厚度2.0~2.5mm。由于长期在室外运行，加上我国北方大部分地区冬天温度比较低，普通PVC绝缘材料由于绝缘厚度相对比较薄，在使用过程中已出现一些耐低温不够、电气绝缘性能不够，高压试验时容易被击穿等问题，严重影响供电可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其制备工艺。

一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其包括按照重量配比的如下组分：

聚氯乙烯               100份；

有机改性高岭土         30～40份；

增塑剂                 50～70份；

稳定剂                 5～10份；

阻燃剂                 5～10份；

低温抗冲增韧剂         5～8份；

润滑剂                 1～3份。

以及，一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺，其包括如下步骤：

按照上述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分；

将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再加入70%～90%的增塑剂混合，得混合物I；

向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂、润滑剂和剩余的增塑剂混合，得混合物II；

向所述混合物II中加入有机改性高岭土，得混合物III；

将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在165℃～175℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。

本发明实施例提供的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，利用有机改性高岭土、增塑剂、稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂和润滑剂对聚氯乙烯树脂改性，在材料的绝缘性和耐低温性能方面，有显著提高。进一步，该环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料制备工艺简单、材料易得、效果显著。由于不同添加剂的添加次序和添加时间、温度对材料的稳定性和加工性能有较大的影响，本发明中环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺根据各种添加剂不同的性质以及其作用，采取分段加入的方式，使得添加剂和聚氯乙烯之间具有良好的相容性和稳定性，不仅有利于获取高性能的材料，可以克服某些功能添加剂性能上的不稳定性，减少了混料时间，缩短加工周期，降低加工成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其包括按照重量配比的如下组分：

聚氯乙烯               100份；

有机改性高岭土         30～40份；

增塑剂                 50～70份；

稳定剂                 5～10份；

阻燃剂                 5～10份；

低温抗冲增韧剂         5～8份；

润滑剂                 1～3份。

优选地，聚氯乙烯的聚合度在1000～1500之间。

所述有机改性高岭土优选为大分子偶联改性高岭土，具体地，为（甲基）丙烯酸酯类单体与γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂共聚物改性高岭土，更优选地，为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂三元共聚物改性高岭土。共聚物中PMMA链段和PBA链段与聚氯乙烯（PVC）有很好的相容性，可以成为共混体系，因此能有效地提高高岭土微粒与PVC树脂的界面结合力。有机改性高岭土在环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的用量为30～40份，由于多种添加剂的协同影响，导致有机改性高岭土的用量非常关键，过多过少都会影响PVC电缆料的冲击韧性和力学性能。

所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯（TOTM）和/或DOA。优选地，为TOTM与DOA的混合物，其配比为3:1~5:1。增塑剂通常是难挥发的高沸点酯类，少数是低熔点固体，它们一般不与PVC发生化学反应，但是增塑剂像催化剂一样可以吸收γ射线的能量，并转移给PVC分子链上的氢或氯，使其更易解离，从而提高交联效率。增塑剂的使用条件是与树脂有良好的相容性，价格低廉，增塑效率高，增塑速度快，耐久性好，环境稳定性好，卫生性好(对人、畜和农作物无毒、不污染、无味)，电绝缘性好，粘度稳定性好。但是没有一种增塑剂能满足所有条件。因此，在实际使用时，多数是由两种或多种并用以取长补短，获得最佳的增塑效果并达到完善的性能要求。DOA与PVC的相容性较差，属二次增塑剂，是用量最多的耐寒增塑剂，尽管具有一些二次增塑剂的缺点，如耐久性、耐挥发性、耐移行性及耐油性不太理想，但是选择和PVC相容性好的TOTM复合使用，可以增加其相容性，防止其后期析出，使得PVC材料具有较好的化学稳定性。本实施例将两种或多种增塑剂混用，能够取长补短，得到挥发性小、耐低温、电气性能及耐迁移性极佳的增塑剂混合物。总之，通过控制和设计添加助剂的选择，实现对PVC有目的、有针对性地改性，能够使得PVC具有更好的化学稳定性。

所述稳定剂为环保无毒钙锌复合稳定剂。钙锌稳定剂对聚氯乙烯的稳定化具有明显的协同作用。其具体性能可以通过调整它们的配比而得到不同的效果。一方面钙皂和锌皂能与PVC分解释放的氯化氢进行反应，抑制了PVC脱氯化氢的催化作用，另一方面锌皂能与PVC分解生成的烯丙基氯发生酯化反应，抑制PVC进一步脱氯化氢，同时生成的氯化锌再与钙皂反应生成锌皂和稳定的氯化钙。此外，钙锌稳定剂的耐寒热性能接近重金属稳定剂，不含有有毒成分，价格也远远低于有机锡类稳定剂。优选地，所述钙锌复合稳定剂为为硬脂酸锌和硬脂酸钙的混合物，进一步，所述钙锌复合稳定剂还包括抗氧化剂和光稳定剂。所述钙锌稳定剂中脂酸锌和硬脂酸钙质量配比约为2:1。

所述阻燃剂为氢氧化镁和三氧化二锑的混合物。PVC在加入易燃性物质以后，导致氧指数下降，可燃增强。加入氢氧化物，受热后分解释放出水，吸收热量，能够使得温度下降。此外，三氧化二锑与氯化氢反应，生成卤化锑，卤化锑的相对密度很大，包围燃烧物周围，隔断空气中的氧气，达到阻燃的效果，并且在气态时也有捕捉自由基的作用。优选地，氢氧化镁和三氧化二锑质量比为5:1。

所述低温抗冲增韧剂优选为丙烯酸酯类聚合物(ACR)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)的混合物。ACR和MBS能够促进PVC塑化，降低PVC和其他助剂混合物的熔体黏度，MBS改善PVC的抗冲击强度是由于形成了大量终止了的微裂纹，吸收了冲击能所致。更优选地，所述ACR和MBS的质量比为3:1～1:1。

所述润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸丁脂的混合物，硬脂酸丁脂主要为内滑剂，减少PVC混合物分子之间的摩擦力，便于材料充分融融和减少放热。PE蜡主要为外滑剂，主要作用是减少PVC混合物同生产设备之间的摩擦力，便于加工，提升效率。

另外，还可在本实施例的PVC材料中添加染色剂，其重量份数为0.5～1份，染色剂可采用聚氯乙烯电线色母料，能够保证染色剂在产品中的分散性和着色力。

本发明实施例还提供一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：

S01：按照上述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分；

S02：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再加入70%～90%的增塑剂混合，得混合物I；

S03：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂、润滑剂和剩余的增塑剂混合，得混合物II；

S04：向所述混合物II中加入有机改性高岭土，得混合物III；

S05：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在165℃～175℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。

步骤S01中，所有物料称量准确，精确至0.01千克，放入相应的物料袋中并且做好标示,优选地，增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的70%～90%。

步骤S02中，将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，分批量加入70%～90%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I。

步骤S03具体为，向所述混合物I中加入剩余的增塑剂、稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂和润滑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

步骤S04中，待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入有机改性高岭土，再混合3min，搅拌均匀。此处需要混合物II中的所有物料和增塑剂混合吸收均匀后，再加入有机改性高岭土，否则会降低材料的绝缘性。

步骤S05中，混合物III放料至双螺杆高混炼挤出机，在165℃～175℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。

以下通过具体配方和制备方法的实施例来说明上述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其制备工艺。

实施例一：

本实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其含量为：

聚氯乙烯                100份；

有机改性高岭土          30份；

增塑剂                  50份；

稳定剂                  5份；

阻燃剂                  5份；

低温抗冲增韧剂          5份；

润滑剂                  1份；

着色剂                  0.5份。

本实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺具体过程如下：

S11：按照上述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分，将增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的70%；

S12：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再分批量加入70%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I；

S13：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂、润滑剂、着色剂和剩余的增塑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

S14：待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入有机改性高岭土，再混合3min，搅拌均匀，得混合物III；

S15：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在165℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。

实施例二：

本实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其含量为：

聚氯乙烯                 100份；

有机改性高岭土           40份；

增塑剂                   70份；

稳定剂                   10份；

阻燃剂                   10份；

低温抗冲增韧剂           8份；

润滑剂                   3份；

着色剂                   1份。

本实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺具体过程如下：

S21：按照上述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分，将增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的90%；

S22：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再分批量加入90%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I；

S23：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂、润滑剂、着色剂和剩余的增塑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

S24：待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入有机改性高岭土，再混合5min，搅拌均匀，得混合物III；

S25：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在175℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。

实施例三：

本实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料及其含量为：

聚氯乙烯                100份；

有机改性高岭土          35份；

增塑剂                  60份；

稳定剂                  7份；

阻燃剂                  7份；

低温抗冲增韧剂          6份；

润滑剂                  2份；

着色剂                  0.8份。

本实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺具体过程如下：

S31：按照上述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分，将增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的80%；

S32：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再分批量加80%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I；

S33：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂、润滑剂、着色剂和剩余的增塑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

S34：待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入有机改性高岭土，再混合3min，搅拌均匀，得混合物III；

S35：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在170℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。

请参阅表1，显示本发明实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的性能。表1中测试是按照GB/1410-2006及GB/T5470-2008中规定的聚氯乙烯电缆测试标准对该环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料生产的成品进行体积电阻率和低温冲击脆性实验测试。

表1本发明实施例的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料生产的成品性能试验结果

对比例一：

本对比例的聚氯乙烯电缆料的组分及其含量为：

聚氯乙烯    100份；

碳酸钙      30份；

增塑剂      50份；

稳定剂      5份；

阻燃剂      5份；

润滑剂      1份；

着色剂      0.5份。

本实施例的聚氯乙烯电缆料的制备工艺具体过程如下：

S101：按照上述聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分，将增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的70%；

S102：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再分批量加入70%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I；

S103：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂和剩余的增塑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

S104：待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入碳酸钙，再混合3min，搅拌均匀，得混合物III；

S105：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在165℃下塑化，切粒，冷却，获得所述聚氯乙烯电缆料。

对比例二：

本对比例的聚氯乙烯电缆料的组分及其含量为：

聚氯乙烯   100份；

碳酸钙     40份；

增塑剂     70份；

稳定剂     10份；

阻燃剂     10份；

润滑剂     3份；

着色剂     1份。

本实施例的聚氯乙烯电缆料的制备工艺具体过程如下：

S201：按照上述聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分，将增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的90%；

S202：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再分批量加入90%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I；

S203：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂和剩余的增塑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

S204：待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入碳酸钙，再混合5min，搅拌均匀，得混合物III；

S205：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在165℃下塑化，切粒，冷却，获得所述聚氯乙烯电缆料。

对比例三：

本对比例的聚氯乙烯电缆料的组分及其含量为：

聚氯乙烯   100份；

碳酸钙     35份；

增塑剂     60份；

稳定剂     7份；

阻燃剂     7份；

润滑剂     2份；

着色剂     0.8份。

本实施例的聚氯乙烯电缆料的制备工艺具体过程如下：

S301：按照上述聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分，将增塑剂分成两部分，其中一部分为增塑剂的80%；

S302：将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再分批量加入80%的增塑剂混合，使增塑剂被PVC树脂充分均匀的吸收，得混合物I；

S303：向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂和剩余的增塑剂混合，搅拌均匀，得混合物II；

S304：待混合物II中的所有物料完全混合均匀，塑化剂被充分吸收，向所述混合物II中加入碳酸钙，再混合3min，搅拌均匀，得混合物III；

S305：将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在170℃下塑化，切粒，冷却，获得所述聚氯乙烯电缆料。

请参阅表2，显示本发明实施例的聚氯乙烯电缆料的性能。表2中测试是按照GB/1410-2006及GB/T5470-2008中规定的聚氯乙烯电缆测试标准对该氯乙烯电缆料生产的成品进行体积电阻率和低温冲击脆性实验测试。

表2本发明实施例的聚氯乙烯电缆料生产的成品性能试验结果按照GB/1410-2006及GB/T5470-2008中规定的聚氯乙烯电缆测试标准，进行体积电阻率和低温冲击脆性实验测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其特征在于，包括按照重量配比的如下组分：

其中，所述有机改性高岭土为丙烯酸酯类单体与γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂共聚物改性高岭土，

所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯和DOA，

所述低温抗冲增韧剂为丙烯酸酯类聚合物和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物。

2.如权利要求1所述的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其特征在于，所述聚氯乙烯的聚合度为1000～1500。

3.如权利要求1所述的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其特征在于，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂。

4.如权利要求1所述的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁和三氧化二锑的混合物。

5.如权利要求1所述的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸丁酯的混合物。

6.一种环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的制备工艺，其包括如下步骤：

按权利要求1～5任一所述的环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料的配方称取各组分；

将聚氯乙烯加入至搅拌混料机中，再加入70％～90％的增塑剂混合，得混合物I；

向所述混合物I中加入稳定剂、阻燃剂、低温抗冲增韧剂、润滑剂和剩余的增塑剂混合，得混合物II；

向所述混合物II中加入有机改性高岭土，得混合物III；

将混合物III加入至双螺杆造粒机中，在165℃～175℃下塑化，切粒，冷却，获得所述环保无毒高绝缘耐低温聚氯乙烯电缆料。