架空绝缘级 PVC 电缆料的研制

1. 架空绝缘级PVC电缆料的研制 苑会林

2. 意义 • 在我国东北、内蒙古等地区冬季气温常低于-25℃,因此这些地区使用符合GB 12527-90的架空绝缘电缆是十分必要的。随着城乡电网改造的深入,对于架空绝缘级PVC电缆料的需求会越来越大。

3. 架空绝缘级PVC电缆料的质量要求 • 由于架空绝缘级PVC电缆料尚无国家标准,我公司根据GB12527-90《额定电压kV及以下架空绝缘电缆》制定了企业标准。在它的性能指标中,低温冲击脆化温度较70℃普通绝缘料低20℃,防气候老化性能是70℃普通绝缘料不要求的。

4. 架空绝缘级PVC电缆料的主要性能指标

5. 原材料的选择 • PVC树脂的选择 PVC树脂的生产分为本体聚合法、悬浮聚合法、溶液聚合法和乳液聚合法。电缆料用PVC树脂为悬浮法树脂SG 1~3型,PVC树脂的平均聚合度(-P)越大,电绝缘性与力学性能越好,但加工流动性较差。

6. 　增塑剂的选择 • 对于聚氯乙烯电缆料,要求选用挥发性小、耐热性好、电绝缘性优良的增塑剂,例如:邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、氯化石蜡、己二酸二辛酯(DOA)、癸二酸二辛酯(DOS)。DOP是各方面综合性能良好的增塑剂,DOTP在电性能、耐寒性能、耐挥发性能上均优于DOP,因此架空绝缘电缆料选用DOTP作部分增塑剂。由于架空绝缘级PVC电缆料要求-35℃时低温冲击不脆化,氯化石蜡的低温柔性为-14.2℃,所以不能选用;DOA、DOS的低温柔性分别为-66℃、-69.1℃(1),而且挥发性小、电绝缘性优良,可以选用。在使用这些增塑剂时,必须对原材料的酸值、闪点、加热减量、体积电阻率进行严格检验,以确保电缆料的质量。PVC混合物中增塑剂添加量越大,PVC混合物的电绝缘性越差,为了确保体积电阻率合格,经试验,我们将增塑剂的添加量定为41份,增塑剂选用DOTP和DOA并以DOA为主。

7. 热稳定剂的选择 • PVC热稳定剂的作用是阻止或延缓PVC受热分解。铅盐、钡盐类热稳定剂,如三盐基性硫酸铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸钡,既具有优良的稳定PVC的功能,又具有优良的电性能,同时它们还能吸收紫外线,防止PVC受光照老化,因此热稳定剂选用三盐、二盐、硬脂酸铅及硬脂酸钡。稳定剂的添加量为5份。

8. 润滑剂的选择 • 润滑剂的作用是缓解聚合物分子之间的内摩擦以及聚合物与加工机械表面的外摩擦。PVC电缆料中,我们选用固体石蜡与硬脂酸作润滑剂,添加量分别为0.5份。

9. 颜料的选择 • 由于架空绝缘电缆的外皮颜色规定为黑色,因此,PVC架空绝缘级电缆料所用的颜料为炭黑。炭黑的生产方法分为槽法、炉法。槽法炭黑屏蔽紫外线效果比炉法炭黑好,所以选用槽法炭黑。炭黑依粒径不同又分为补强炭黑和色素炭黑,电缆料着色当然选用色素炭黑。色素炭黑分为高色素炭黑(10~15 nm)、中色素炭黑(16~18 nm)、普通色素炭黑(21~24 nm)、低级色素炭黑(24~29 nm)。中色素炭黑所在粒径范围对紫外线屏蔽效果最好(2)因此,架空绝缘级PVC电缆料选用中色素槽法炭黑,炭黑的添加量为1.5份。

10. 防老化剂的选择 • 架空绝缘级PVC电缆料要求耐气候老化,因此PVC混合物中应加入部分抗氧剂。阻止PVC热氧老化物质为酚类抗氧剂,我们选用抗氧剂1010,即四[3-(3′,5′-二叔丁基-4′-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。由于炭黑只具有屏蔽紫外线作用,因此要防止PVC光氧化还要加入部分紫外线吸收剂。PVC的敏感波长为310 nm(1),适合于此波长吸收的有羟基苯甲酮类和苯基连三氮杂茚类。我们选用UV-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)。抗氧剂1010和UV-53的添加量为0.2~0.5份。

11. 防老化剂的选择 • 由于增塑剂己二酸二辛酯使PVC混合体系的体积电阻率显著降低,因此架空绝缘级PVC电缆料在单纯添加轻质碳酸钙的情况下已达不到1×1012Ω·m的要求,而锻烧陶土具有活性吸附中心,能够吸附PVC混合体系中的杂质和电解质,从而使体积电阻率提高,所以我们选用轻质碳酸钙和锻烧陶土共同作填充剂。填充剂的添加量为20~30份。

12. 防老化剂的选择 • 架空绝缘级PVC电缆料的加工工序与普通70℃绝缘级PVC电缆料的加工工序相同,只是工艺条件略有不同。加工工序分为研磨、混合、过筛、挤出造粒和包装。 • 研磨将三盐、二盐、硬脂酸铅、光热稳定剂等固体助剂与增塑剂混合,而后在三辊研磨机上研磨;将炭黑与增塑剂混合,在三辊研磨机上研磨。调整辊距,经三次研磨,使固体物料细度在25μm以下。而后将研细的物料运至混合工序。

13. 混合、过筛 将研磨好的助剂与增塑剂、润滑剂、颜料、填充剂通过计量加入高速加热混合机中,达到设定温度110℃后将物料送入冷却搅拌机,待料温降至60℃左右后出料,送入振动筛,过滤掉各种杂质,随后送入挤出工序

14. 挤出造粒 • PVC混合物粉料进入挤出机加料斗,经加热、剪切、塑化,在机头法兰处又进行一次过滤,过滤网为60目,熔融物料通过机头,在旋转切刀作用下切成圆柱形粒料,经通风机送至料斗,降温后包装。生产架空绝缘级PVC电缆料时挤出机各段温度控制与生产普通70℃绝缘级PVC电缆料时挤出机各段温度控制平均高约10℃。

15. 表2　加工普通绝缘料与架空绝缘料时挤出机各段温度控制 ℃

16. 结　语 • 架空绝缘级PVC电缆料经上海电缆研究所国家电线电缆质量监督检测中心检测,各项指标全部合格。此料开发的关键是产品配方,因为各项指标具有相互制约关系,既要使粒料质量合格,又要使投料成本最低,所以各种助剂的添加量有一个最佳配比。