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PVC电缆料生产工艺
来源:塑胶五金网发布时间:2014-09-29 09:33:26点击率:

  PVC电缆料是由聚氯乙烯树脂、稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、抗氧剂、着色剂等组成。PVC电缆料的耐电压和绝缘电阻比较高,但介电常数和介电损耗较大。因此,一般主要用作低压(≤1KV)和中高压(6~10KV)电缆的绝缘层。PVC塑料由于具有难燃、耐油、耐电晕、耐化学腐蚀和良好的耐水性能,因此还广泛用作电线电缆的护层材料。

  利用添加特种性能助剂或改性剂,可以分别制造出耐热型(105℃)、耐寒型、耐油型、难燃型、特软型和无毒型的PVC电缆料,以满足特殊电线电缆产品的需要。

  电缆料在PVC配方中属于性能要求较高的品种,特别是电绝缘性、耐低温性和耐老化性等都有一定要求。配方设计时必须考虑这些特殊的要求。PVC电缆料可分为护层级和绝缘级两种。护层级要求耐热性好,而绝缘级则要求绝缘性好。

  各组分选择的要点如下:

  1、PVC树脂:要求分子量高,而且吸收增塑剂容易,因此选用悬浮法疏松型PVC树脂。另外,还应选用纯度高的、杂质少的、鱼眼少的低型号树脂,一般选用SG-1或SG-2,目前一些厂家也有选择SG-5型的树脂的,但原则上不提倡。

  目前由于1、2型树脂偏少,所以很多电缆料采用的是SG-3型PVC树脂。高级电绝缘材料应选用SG-1型树脂,一般电绝缘材料可选用SG-2、3型。耐热级要求高的电缆料,更要选用SG-1型。

  2、增塑剂:增塑剂含量一般在50PHR左右,最高高达60PHR。通常选用耐热性和电绝缘性较好的品种,如DOP,为改善耐寒性可添加DOS、DOA,为提高耐热性可添加偏苯三酸三辛酯。几种增塑剂复合使用往往效果好,实际电缆料配方中一般增塑剂都是复合使用的。

  电绝缘性高的电缆料,主增塑剂可选用磷酸酯,通用级则可选用苯二酸酯作主增塑剂。氯化石蜡可提高电绝缘性。脂肪酸酯、环氧增塑剂都可改善电缆料的耐低温性能,且后者耐气候性也很好。

  增塑剂的耐挥发性能和耐热性是决定电缆料的耐高温性能的关键。对于耐温70℃的电缆料,可使用邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)或邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)等增塑剂。对于耐温90℃的电缆料,应使用邻苯二甲酸双十一酯、邻苯二甲酸双十三酯。耐高温105℃的电缆料,则应选用具有更高耐热性的增塑剂,如偏苯三酸三辛酯(TOTM)。

  增塑剂的酸值对电缆料的电绝缘性、耐热性有影响,应选择酸值较小的增塑剂。增塑剂的分子量、闪点对电缆料的加热损失有影响,应选择闪点较高、分子量较大的增塑剂,如邻苯二甲酸二丁酯与邻苯二甲酸二辛酯比较,己二酸二辛酯与癸二酸二辛酯比较,前者分子量小,闪点低,故加热损失也较大。

  选用增塑剂时还应考虑其增塑效率。选用增塑效率较高的增塑剂,可以减少配方中增塑剂用量。增塑剂用量与绝缘性能有关,减少增塑剂量有利于提高绝缘性能。

  3、稳定剂盐基性铅盐作主稳定剂,一般选用多种稳定剂配合使用,发挥协同作用,以提高热稳定性。三盐基性硫酸铅、二盐基性亚磷酸铅并用,可兼顾热、光稳定性。耐高温电缆主稳定剂采用耐热性好的二盐基性苯二甲酸铅。国外配方大多是无铅、无镉的,以防止铅、镉中毒。目前复合铅稳定剂在PVC电缆料中也有了广泛的应用,添加量在4~6PHR。环保类电缆料中多使用钙/锌复合稳定剂。在配方中添加抗氧剂,可以抑制PVC的热氧化降解。抗氧剂可以选用双酚A。

  4、润滑剂:由于有较大量的增塑剂,所以对内润滑剂的要求不是很高。润滑剂主要是提高电缆料的表面光亮度。常选用金属皂类、硬脂酸及石蜡等,加入量为1PHR左右。

  5、填充剂:电缆料中加入填料可以提高电绝缘性能、耐热性能和降低成本,但用量过多会造成成型性及电缆料性能下降。为提高绝缘性,在绝缘级电缆料中科选用煅烧陶土(电用级)为填充剂。护套(层)级电缆料可选用碳酸钙为填充剂。

  PVC电缆料因生产设备的不同主要有如下四种方式:

  1、双辊开炼切粒:原辅料→配料→高速混合机→密炼机→双辊开炼机→冷却水槽→干燥→切粒机→筛选磁选→计量→包装。

  2、单螺杆挤出机造粒:原辅料→配料→高速混合机→冷却混合机→单螺杆挤出机→热切机头→风冷→筛选磁选→计量→包装。

  3、双阶挤出机(一阶双螺杆挤出机,二阶单螺杆挤出机)造粒:原辅料→配料→高速混合机→冷却混合机→双阶挤出机→热切机头→风冷→筛选磁选→计量→包装。

  4、双螺杆挤出机造粒:原辅料→配料→高速混合机→冷却混合机→双螺杆挤出机→热切机头→风冷→筛选磁选→计量→包装。

  具体工艺:

  1、 双辊开炼切粒生产工艺

  (1)准备工作:着色剂、填充剂分别用80目筛网过筛,并分别加入增塑剂浸透后用三辊研磨机或胶体磨进行研磨,备用。稳定剂、抗氧剂及少量填充剂加入增塑剂中,搅拌成糊状浆料,然后用三辊研磨机或胶体磨研磨,使浆料粒度小于0.050mm,升温到90℃并一直搅拌,备用。PVC树脂用60目筛网过筛。

  (2)捏合:高速混合机中通入0.2MPa的蒸汽进行加热,投入PVC树脂,然后缓慢加入研磨好的混合浆,待树脂将增塑剂基本吸收后再加入填充剂、着色剂,物料呈膨胀疏松粉末时卸料,此时料温在110℃左右。全过程约需要5~10分钟。

  (3)密炼:蒸汽压力0.3~0.4MPa,压缩空气压力0.5MPa,密炼时间3~5分钟,上顶拴抬起次数2~3次,物料密炼成团状小块,无粉料时卸料。

  (4)双辊开炼:蒸汽压力0.4~0.5MPa,辊温160~170℃(绝缘料温度宜高些)至料完全塑化均匀后,以3mm厚度出片,所出料片应塑化均匀,韧而光洁、无生料。

  (5)冷却:采用逆流浸没式水冷却槽,鼓风机除去料片上粘着的水分。

  (6) 切粒:采用平板切粒机。切好的电缆料无长条、斜方形及连粒现象。

  (7)包装:经筛选磁选、计量后包装。

  2、普通单螺杆挤出机造粒生产工艺

  (1) 准备工作:稳定剂、填充剂、着色剂分别用80目筛网过筛,并分别加入增塑剂浸透后用三辊研磨机或胶体磨研磨。称量后备用。增塑剂混合均匀后预热90℃待用;树脂用60目筛网过筛。

  (2) 捏合:投入PVC树脂,然后加入增塑剂搅拌片刻,待树脂将增塑剂基本吸收后,加入稳定剂,靠摩擦热使料温升到90℃左右,再加入填充剂、着色剂,料温升至110℃时,将料卸到冷却混合机中降温,至45~50℃以下时出料。

  (3) 挤出造粒:挤出机(以SJ-120/20为例)温度为80℃、120℃、160℃、170℃,机头165℃(增塑剂添加量少时,温度提高5~10℃左右);挤出机螺杆转速10~30转/分;机头过滤网80目、120目各一层;风冷采用风压0.07MPa(544mmHg)、风量2250m3/h功率7.5kw的离心式通风机。

  (4) 包装:经筛选磁选、计量后包装。

  3、双螺杆挤出机造粒生产工艺

  (1)准备工作和捏合工艺同单螺杆挤出机造粒工艺。

  (2)挤出造粒:机身温度130~150℃;机头温度140~186℃;主机转速5~15转/分。

  (3)包装:经筛选磁选、计量后包装。

  4、双阶挤出机造粒生产工艺

  (1)准备工作和捏合工艺同单螺杆挤出机造粒工艺。

  (2)挤出造粒:双阶挤出机由两部分组成,第一阶为高速同向双螺杆混炼机,第二阶为低速单螺杆挤出机,两者呈垂直正交布置,构成双阶式复合机组;将同向双螺杆与单螺杆优势结合互补。双螺杆强制输送、高效塑化混炼与剪切分散,无机头背压回流,避免了高剪切过热;单螺杆高压挤出,但低速低剪切,同样回避了过热矛盾。特别适合PVC等热敏性物料的加工。双螺杆加工温度150~185℃,单螺杆温度130~165℃。采用风冷磨面热切粒方式,粒料经旋风分离器、振动筛进入料仓。

  (3)包装:经筛选磁选、计量后包装。

  PVC电缆料实际生产,可根据设备情况和现场条件灵活组合及搭配,关键是要保证配方准确、物料混合充分均匀、塑化良好。因为电缆成型时还要再次受热成型,所以造粒温度不能太高。

  目前很多电缆料的生产,为了方便省事,研磨物料的种类和数量有所减少,甚至不研磨直接混合使用,往往会造成一些质量方面的问题。

  PVC电缆料质量问题原因剖析

  这里主要结合挤出造粒工艺来进行分析和说明。一些简单的常规问题,比如粒料粘连(冷却不充分)、模头出料不一致或只有部分地方出料(模头加热不均或加热不透、物料流动性差等原因造成)等,这里不作为说明的重点。

  1、电缆料气孔问题

  造成此问题的原因主要有两个,一是原料中水分偏高,有可能水分超标的原料有PVC树脂、增塑剂、填料和稳定剂,由于添加量比较大,PVC树脂和填料应作为检查的重点。这种状况,一般在捏合过程和挤出机抽真空处会有所表现。二是因为配方体系稳定性差或物料高温停留时间过长,物料分解而导致气孔出现。此问题严重时,一般会伴有颜色的变化。

  2、电缆料析出问题

  因为电缆料中增塑剂比例较高,加之为降低成本一些抵挡增塑剂的混用,实际生产中析出问题出现还是较多的。该问题主要和增塑剂品种及PVC树脂颗粒结构有关,如果增塑剂与PVC树脂的相容性差,这类增塑剂比例过高时,析出问题就不可避免。一般都会归结到增塑剂这里。其实PVC树脂颗粒形态也与此有很大关系,如果颗粒过于紧密,皮膜太厚,增塑剂就不易进入到颗粒中,从而影响树脂与增塑剂分子的“结合”。100gPVC树脂增塑剂吸收量只能部分反应树脂的这种性能,可以作为一个参照。但和实际情况还是有较大差异的。如果是因树脂原因造成的析出,一般还会出现料偏硬或塑化不好现象,出现一些类似鱼眼状的小颗粒物质。

  另外,物料的混合工艺对此影响也很大。特别是混合过程中各种助剂的添加顺序及时机(温度或前面物料混合程度),对混合过程中增塑剂分散吸收以及电缆料析出问题有明显影响,这也是大家容易忽视的问题。混料时要尽量保证增塑剂与PVC树脂有充足的混合时间和一定的混合温度(90℃左右)。

  3、电缆料表面粗糙问题

  表面粗糙分两种,一种是疙瘩,一种是麻点。

  疙瘩主要是由一些混合时分散不均匀的粉料聚集体,挤出过程中不能塑化,被塑化的PVC物料包覆一起由口模挤出,而在电缆料中形成的。前面提到的鱼眼和未充分吸收增塑剂的PVC树脂颗粒,也会造成疙瘩现象,但一般比较小。如今配方,追求填料更细更多,填料如果表面处理不好,混合时效果不佳,出现团聚现象的几率会比较大,只不过团聚程度的大小以及电缆料中表现是否严重,是否成为了问题。

  麻点问题相对要复杂一些,一般认为和物料中跑出的小分子物质有关。这些小分子物质来源于树脂本身、增塑剂、润滑剂。由于挤出造粒生产电缆料时,都需要抽真空,按道理这些小分子物质应该被抽提走,但为什么还会出现呢?通过分析发现,其实这些小分子物质更多是抽真空后,物料中产生出来的,很多是来自量不是很大的润滑剂,当然也有增塑剂中的。因为电缆料作为软制品,有大量的增塑剂,所以配方设计时一般不太注意润滑剂,会使用一些低档滑剂,这些低档滑剂熔点低,挤出后期很多成分易挥发出来,此时已无法排除,只好被熔融物料夹裹着前行,由于气体比重轻,会尽可能逃逸到表面,占据一定空间,和物料一起被强制输送,从模口出来后它立即进入空气中,但在电缆料上却留下了点点痕迹。

  还有一种情况是,配方外润滑严重不够,特别是后期润滑不够,熔融物料在挤出过程中与机械表面产生粘连现象,造成表面粗糙,会有出现一些坑洼。发生这种情况时,一般电缆料表面的整体都不会太好。

  4、绝缘性不好

  因为PVC材质局限及增塑剂等助剂影响的原因,PVC电缆料的绝缘性是有一定限度的。对于普通电缆料来说,如果绝缘性明显偏差,主要有如下几个原因:

  (1)杂质偏多。杂质的混入会对电缆料产生不利影响,过多的杂质会造成绝缘性的问题。这些杂质有可能来源于PVC树脂和各种助剂,也有可能来源于混料和加料环节。

  (2)粉状颗粒太粗。电缆料中粉状助剂一般是要经过研磨后才使用的,如果图省事或者一些机械故障,造成加入的粉状物质颗粒过粗,会对电缆料的绝缘性产生不利影响。

  (3)着色剂重金属问题。很多颜料都是一些重金属盐类,这些重金属离子会提高电缆料的导电性,降低其绝缘性。所以电缆料颜料的选择是很重要的。

  5、电缆料受潮

  因为电缆料中有一定比例的填料,有些还会有一定比例的低档增塑剂(或增塑剂替代品),本来不易产生受潮现象的电缆料,在一定季节也会出现这类问题。电缆料受潮和包装过程及包装物有很大关系,应该强化干燥,使其冷却到一定温度下再封口密闭,另外还应改善包装物,增加防潮措施。同时,还应注意由潜在降解和表面附层引起的假受潮现象,这方面杨涛已在“PVC电缆料受潮现象剖析”一文中进行了详细的分析和说明,这里不再重述。

  6、电缆料发脆

  电缆料脆的问题,一般和PVC树脂型号、增塑剂、润滑剂、填料等配方组分有关。PVC树脂如果选用偏高的型号,由于PVC分子链短,做出的电缆料性能就会偏脆。增塑剂添加量少,电缆料偏硬,有时也会有偏脆的感觉。更多的是因为填料添加量太大,而造成的电缆料性能下降,强度不好。润滑剂是另一重点,如果外润滑过量,往往会造成塑化不好(塑化温度低也是塑化不好的另一主要原因),此时电缆料就会明显强度不好,发脆。

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