1、電線電纜用塑料材料,張爾梅 二0一0年十一月,電纜與材料電纜用高分子材料,1、塑料 2、橡膠 3、其它,一、概況,電線電纜用塑料,1、聚氯乙烯 2、聚烯烴 3、其它,二、塑料助劑在電纜料中的應(yīng)用,電線電纜用塑料（簡稱電纜料）的品種有聚氯乙烯、聚烯烴、氟塑料及其它塑料（聚苯乙烯、聚脂胺、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯等）。其中聚氯乙烯，聚烯烴用量占絕大多數(shù)，為此本文主要介紹在聚氯乙烯和聚烯烴電纜料中塑料助劑的應(yīng)用及其對塑料性能的影響。 塑料主要是由合成樹脂組成的，它決定了塑料材料基本性能。但是單獨(dú)使用樹脂不能滿足各種電線電纜的特殊性能要求和加工性能要求，必須添加各種塑料助劑才能制成多品種電纜料滿足市場要

2、求。,（一）、塑料助劑在聚氯乙烯電纜料中的應(yīng)用,增塑劑 穩(wěn)定劑 抗氧劑 填充劑 潤滑劑 著色劑 阻燃劑 共混改性劑,1、增塑劑,增塑劑是電線電纜用聚氯乙烯塑料中重要的配合劑。增塑劑由于它能在聚氯乙烯分子結(jié)構(gòu)的極性基團(tuán)之間起溶劑化作用，將聚氯乙烯分子間的距離拉大并起衡釋作用，所以能增加塑性，高速物理力學(xué)性能，改進(jìn)工藝性能。,增塑劑的性能要求 增塑劑的種類 增塑劑對聚氯乙烯塑料性能的影響,1）相溶性和塑化性能 5）耐熱性 2）增塑效率 6）耐寒性 3）力學(xué)性能 7）耐遷移性及耐抽出性 4）電絕緣性能 8）阻燃性,2、穩(wěn)定劑,對穩(wěn)定劑的要求 穩(wěn)定劑的類型,1）鉛系穩(wěn)定劑 2）金屬皂類穩(wěn)定劑 3）無鉛

3、穩(wěn)定劑,3、抗氧劑,為了防止塑料在加工過程中，以及在長期使用過程 中由于氧的作用而產(chǎn)生降解、交聯(lián)，常在塑料中加入抗氧劑，這對于耐熱聚氯乙烯塑料更具重要意義。,4、填充劑,電線電纜用聚氯乙烯塑料中添加填充劑的目的： 一是為了降低產(chǎn)品成本，起增量劑的作用 二是為了改善某些性能,填充劑的要求及類型 填充劑對PVC塑料性能的影響,1）物理力學(xué)性能 2）電絕緣性能,填充劑的選用,5、潤滑劑,潤滑劑用量雖少，但卻是聚氯乙烯塑料不可缺少的一種添加劑。潤滑劑的加入，減少了摩擦效應(yīng)和塑料對加工設(shè)備金屬表面的粘附性，也減少樹脂熔化過程中樹脂粒子之間和熔化后樹脂大分子之間摩擦生熱效應(yīng)。,潤滑劑的種類 潤滑劑對塑料加

4、工性能的影響,6、著色劑,聚氯乙烯塑料的著色除了使制品有鮮艷的色澤，滿足美觀的需要外，還能改進(jìn)耐氣候性，延長使用壽命，對塑料通信電纜和電力電纜，賦予線芯以不同顏色，從而便于安裝、使用和檢修。,著色劑對塑料性能的影響如下：,耐氣候性 電絕緣性能 重金屬含量,7、阻燃劑,用于PVC塑料的阻燃劑最有效果的三氧化二銻（Sb2O3）， 氯化石蠟也有效果，此外，還有氫氧化鋁、氫氧化鎂和磷酸酯類增塑劑等。也可加入溴類阻燃劑，但注意相容性和RoHS標(biāo)準(zhǔn)要求。,8、共混改性劑,聚氯乙烯可以通過添加高分子改性劑進(jìn)行改性，提高制品性能，從而擴(kuò)大應(yīng)用范圍。,在聚氯乙烯電纜料中常用的共混改性劑有：,丁腈橡膠（NBR）

5、氯化聚乙烯 乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）,（二）、塑料助劑在聚烯烴電纜料中的應(yīng)用,1、抗氧劑,聚合物的氧化是一種自動(dòng)催化連鎖反應(yīng)的老化過程?？寡鮿┑淖饔檬且种苹蜓永m(xù)聚合物的氧化反應(yīng)，其原理就在于抗氧劑能消除氧化反應(yīng)中生成的過氧化游離基，還原烷氧基或烴基游離基，以及分解過氧化物，從而使氧化鏈反應(yīng)終止，以達(dá)到防止聚合物氧化的目的。聚烯烴中用的抗氧劑有酚類、胺類、亞磷酸酯類和硫酯類。,2、 光穩(wěn)定劑,聚乙烯中最常用的光穩(wěn)定劑是紫外光吸收劑和光屏蔽劑。,紫外光吸收劑能夠強(qiáng)烈地吸收紫外線，并將其能量轉(zhuǎn)變成無害的熱能形式放出。此類物質(zhì)有水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類，例如UV327等。,當(dāng)無彩色要求時(shí)

6、，可使用黑色。聚乙烯耐候性的好壞，關(guān)鍵在于炭黑的粒徑、含量和分散度。,3、交聯(lián)劑,聚乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，然而它的熔點(diǎn)較低，從而影響了聚乙烯在電纜上使用時(shí)的耐熱等級，為此在高壓電纜和耐高溫電纜方面較廣泛使用交聯(lián)聚乙烯。 聚乙烯交聯(lián)方法有三種：過氧化物交聯(lián)，硅烷交聯(lián)和輻照交聯(lián)。,4、阻燃劑,聚烯烴是易燃材料，氧指數(shù)18左右，因此成為阻燃聚烯烴，必須添加大量的阻燃劑。,阻燃劑分為有鹵和無鹵二類。 含鹵阻燃材料在燃燒時(shí)具有良好阻燃效果，然而在燃燒時(shí)釋放出窒息的鹵化氫氣體和產(chǎn)生較大煙霧，從而使人窒息而亡或者逃生辨不明方向，因此各國都致力于環(huán)保型電纜材料即低煙無鹵阻燃聚烯烴的研究，并在重要工程，人員

7、密集和地下工程（軌道交通）中規(guī)定采用無鹵阻燃材料。,三、電纜用塑料品種介紹,（一）、聚氯乙烯（PVC）電纜料,國標(biāo)PVC電纜料 UL標(biāo)準(zhǔn)用PVC電纜料 歐盟及VDE標(biāo)準(zhǔn)用PVC電纜料 阻燃型PVC電纜料 阻燃型 高阻燃型 低煙低鹵型 耐寒、柔軟型PVC電纜料 耐油型PVC電纜料 環(huán)保型PVC電纜料 其它，如輻照交聯(lián)PVC，防鼠、防蟻等。,（二）、聚烯烴電纜料,聚乙烯 聚丙烯 黑色聚乙烯 阻燃聚乙烯 有鹵阻燃 無鹵阻燃,1、熱塑性聚烯烴,過氧化物交聯(lián)聚乙烯 硅烷交聯(lián)聚乙烯 輻照交聯(lián)聚乙烯 阻燃交聯(lián)聚乙烯 有鹵阻燃 無鹵阻燃,2、交聯(lián)型聚烯烴,聚醚醚酮（PEEK） 最初作為戰(zhàn)略國防軍工材料。優(yōu)秀耐

8、高溫性（耐熱250）、機(jī)械性能、耐化學(xué)藥品性、耐輻照性、電絕緣性及無鹵阻燃性。 聚苯硫醚（PPS） 耐熱200240，需改性，可用于汽車線（150級）。 柔性聚苯醚（PPO） PPO與ABS、SBS改性。 GE公司已提供市場。,（三）、高性能無鹵阻燃材料,四、環(huán)保型聚氯乙烯(PVC)電纜料,歐盟于2003年頒布WEEE和ROHS指令 POHS 消費(fèi)性產(chǎn)品中禁用有害物質(zhì)（18種） PAHS 多環(huán)芳烴 2005/69/EC規(guī)范 REACH 化學(xué)品管理法律 鄰苯二甲酸酯 2005/84/EC和2007/19/EC指令，2008年4月1日實(shí)施 索尼公司SS-00259規(guī)范,（一）、引言,（二）、電子電

9、氣設(shè)備用材料有害物質(zhì)含量指標(biāo)要求,1、ROHS 2002/95/EC指令（ROHS）重金屬穩(wěn)定劑和溴系阻燃劑2003年1月,中國出口總量的70%以上涉及到RoHS指令，2004年出臺了電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法、公安部制定了公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求及標(biāo)識,2、POHS 消費(fèi)性產(chǎn)品中禁用特定有害物 質(zhì)2008年12月1日實(shí)施涵蓋幾乎所 有消費(fèi)品（包裝、輪胎、玩具等）禁止 18種物質(zhì),1、 HBCDD:六溴環(huán)十二烷 2、 TBBPA:四溴雙酚A 3、 碳氯化石臘 4、 As:砷及其化合物 5、 Pb:鉛及其化合物 6、 Cd:鎘及其化合物 7、 TBT:三丁基錫 8、 TPT:三苯基錫

10、 9、 DEHP:鄰苯二甲酸二己酯,10、 五氯苯酚 11、 二甲苯麝香 12、 酮麝香 13、 雙(氫化牛油烷基)二甲基 氯化胺 14、 二硬脂基二甲基氯化胺 15、 二(硬化牛油)二甲基氯化胺 16、 雙酚A 17、全氟辛酸銨 18、 三氯生,3、多環(huán)芳烴 2005/69/EC2010年1月1 日 實(shí)施塑料制品、橡膠制品,歐盟在2005/69/EC中對8種強(qiáng)致癌性多環(huán)芳烴作了嚴(yán)格限制，其含量總和必須小于10mg/kg，其中苯并芘小于1mg/kg。此外，歐盟REACH法規(guī)規(guī)定輪胎中使用的多環(huán)芳烴含量應(yīng)小于輪胎質(zhì)量的0.1%(即1000mg/kg)。,4、鄰苯二甲酸酯 2005/84/EC 和

11、 2007/19/EC指令2008年4月1日實(shí)施 玩具和兒童用品,增塑劑 含量限制遷移限制 DNDP+DNOP 1000 mg/kg5 mg/kg DEHP 1000 mg/kg1.5 mg/kg DBP 500 mg/kg0.3 mg/kg DIDP 1000 mg/kg9 mg/kg DINP 1000 mg/kg9 mg/kg BBP 1000 mg/kg30 mg/kg,PVC塑料、PVC糊、PVC密封膠、油墨、化妝品 ATBC乙酰檸檬酸酯（替代）,某些客戶還提出了如下要求： 1、不得含有多氯聯(lián)苯、多氯化奈類和氯化石蠟。 2、不得含有機(jī)錫化合物和偶氮化合物類。 3、不得含DOP或不得含

12、鄰苯二甲酸酯類（如DEHP、DBP、BBP、DINP、DNOP、DIDP）總量1000ppm。 4、不得含PAHS（多環(huán)芳烴），共有16種材料，總含量820 ppm。 5、壬基酚 含量100ppm。,（三）、環(huán)保PVC電纜料配方組分的分析和討論,1、穩(wěn)定劑 鉛穩(wěn)定劑 無鉛穩(wěn)定劑 有機(jī)錫穩(wěn)定劑 稀土穩(wěn)定劑 鋇鋅復(fù)合穩(wěn)定劑 鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑,使用無鉛穩(wěn)定劑可能會(huì)出現(xiàn)的問題： 熱穩(wěn)定時(shí)間較短。 初期變色時(shí)間短。 穩(wěn)定劑貯存時(shí)間長會(huì)變色或減少穩(wěn)定效果。 個(gè)別品種穩(wěn)定劑制成塑料表面有析出。 個(gè)別品種穩(wěn)定劑使電線銅絲表面發(fā)黑。 穩(wěn)定劑本身及制成塑料有氣味。,2、增塑劑 無毒增塑劑的開發(fā) 檸檬酸三酯 乙酰檸檬

13、酸三酯 聚酯,3、潤滑劑 4、著色劑 5、其它,環(huán)保型PVC電纜料典型配方,（四）、產(chǎn)品質(zhì)量體系的控制,原材料控制 生產(chǎn)設(shè)備和區(qū)域 人員培訓(xùn),（五）、結(jié)語,環(huán)保型PVC電纜料是PVC電纜料重要發(fā)展方向，在PVC電纜料中比重會(huì)越來越高。 無鉛穩(wěn)定劑是環(huán)保型PVC電纜料配方中最重點(diǎn)關(guān)注的組分，它的品種發(fā)展，質(zhì)量提高，價(jià)格的合理下降對環(huán)保型電纜料發(fā)展是重要保證。 PVC電纜料的各種組分包括增塑劑、潤滑劑、著色劑、填充劑、穩(wěn)定劑等都要保證有害物質(zhì)不添加，品種要精心選擇。,五、低煙無鹵阻燃聚烯烴,（一）、無鹵阻燃電纜的產(chǎn)生、發(fā)展和環(huán)保指標(biāo)要求, 電纜燃燒引發(fā)大量火災(zāi)事故。 有鹵阻燃材料引發(fā)燃燒時(shí)有害物質(zhì)

14、損害。 無鹵阻燃電纜應(yīng)運(yùn)而生。 關(guān)于電子電氣設(shè)備用材料有害物質(zhì)含量指標(biāo)要求。,（二）、阻燃劑的阻燃機(jī)理,1、鹵系阻燃劑阻燃機(jī)理 能終止自由基鏈反應(yīng)，捕獲傳遞燃燒鏈反應(yīng)的活性自由基，切斷燃燒過程中的連鎖反應(yīng)。 2、氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼酸類無機(jī)阻燃劑的阻燃機(jī)理 能吸收熱分解產(chǎn)生的熱量，降低體系溫度，從而達(dá)到阻燃效果。 3、氮系阻燃劑阻燃機(jī)理 能稀釋可燃物和氧氣濃度，使之降至著火極限以下。 4、膨脹型阻燃劑主要阻燃機(jī)理 能促進(jìn)聚合物成炭，減少可燃性氣體的生成，在材料表面形成一層膨松、有吸孔的均質(zhì)炭層起到隔熱、隔氧、抑煙、防止熔滴的作用。,（三）、低煙無鹵阻燃電纜料的環(huán)保指標(biāo),1、ROHS指令要求

15、電器電子新產(chǎn)品中受限物質(zhì)的最大允許濃度限制為：鉛（Pb)、汞(Hg)、六價(jià)鉻(Cr6+)、多溴聯(lián)苯（PBB）、多溴聯(lián)苯醚（PBDE）為1000ppm, 鎘(Cd)為100ppm.。 2、POHS 2008年12月1日實(shí)施消費(fèi)性產(chǎn)品中禁用特定有害物質(zhì)，涵蓋幾乎所有消費(fèi)品（包裝、輪胎、玩具等），禁止使用18種物質(zhì)。,3、多環(huán)芳烴 2010年1月1日實(shí)施PAHs指令（2005/69/EC），涵蓋塑料制品、橡膠制品。 歐盟在2005/69/EC中對16種強(qiáng)致癌性多環(huán)芳烴作了嚴(yán)格限制，其含量總和必須小于10mg/kg，其中苯并芘小于1mg/kg。此外，歐盟REACH法規(guī)規(guī)定輪胎中使用的多環(huán)芳烴含量應(yīng)小于

16、輪胎質(zhì)量的0.1%(即1000mg/kg)。 4、無鹵阻燃材料無鹵環(huán)保指標(biāo),（四）、低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料,我公司根據(jù)客戶的不同要求，以聚乙烯（PE）、 乙烯-醋酸乙烯（EVA）或乙烯其它共聚物等為基材， 添加氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸類、氮系、膨脹型等 阻燃劑，相繼研制開發(fā)了如下低煙無鹵阻燃聚烯烴產(chǎn) 品：,1、熱塑性無鹵低煙阻燃聚烯烴塑料,（1）、無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料 供應(yīng)量最大， O.I 32，具有加工性能優(yōu)良，擠出加工速度快的特點(diǎn)。 （2）、無鹵阻燃聚烯烴絕緣料 普通型 O.I 32。 耐熱90，拉伸強(qiáng)度12.5MPa，能經(jīng)受1357天熱老化及熱變形滿足要求。 （3）、無鹵阻燃聚烯烴隔氧

17、層料 O.I有35、40、45、50等不同品種。,（4）、高阻燃聚烯烴護(hù)套料 3521-F O.I為39，斷裂伸長率為200%。 3521-E3 O.I為40，具有良好的結(jié)殼和較低熱釋放速率。 3521-E5 O.I為46，燃燒后火焰熄滅快。 3521-E6 燃燒后結(jié)殼明顯，電線電纜燃燒效果好。 （5）、高伸長率無鹵阻燃聚烯烴 產(chǎn)品具有較高的伸長率，且具有好的防開裂性能，在70和130切口開裂試驗(yàn)中，均具有優(yōu)良抗開裂性。 （6）、柔軟型無鹵阻燃聚烯烴 產(chǎn)品的硬度ShoreA 8085A，在70、80 下有較好的耐熱變形性能。,2、輻照交聯(lián)型無鹵阻燃聚烯烴,（1）、輻照交聯(lián)無鹵阻燃聚烯烴 耐熱等

18、級有105、 125、 135 、150。 （2）、耐油型輻照交聯(lián)無鹵阻燃聚烯烴 耐油主要耐機(jī)油和耐柴油，此料主要用于船用電纜和機(jī)車車輛用電纜。 耐熱等級主要是105和 125，也試制了耐熱135 和150 等級。,（3）、高阻燃輻照交聯(lián)無鹵聚烯烴 無鹵阻燃材料用于小截面細(xì)線的絕緣料，制成的電線很難通過單根垂直燃燒試驗(yàn)（IEC 60332-1），公司生產(chǎn)的3405-V，3405-E5，3425-V，3425-E5，及3450-V等品種，具有氧指數(shù)高，燃燒熱較低等特點(diǎn)，制成交聯(lián)聚烯烴電線即使截面小也能通過IEC 60332-1或VW-1垂直燃燒試驗(yàn)。,（4）、光伏電纜用輻照交聯(lián)聚烯烴 根據(jù)TV 2pfg 1169/08.2007標(biāo)準(zhǔn)對光電設(shè)備用無鹵PV電纜提出了較高綜合指標(biāo)要求，為此公司推出3425-R15和34