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PVC電纜料出油的影響因素及測試方法
PVC電纜料出油的影響因素及測試方法
一、引言
隨著PVC電纜料價格的不斷壓低，供應商不斷尋找低成本的原材料，同時對電纜料配方進行調(diào)整以保證能滿足標準要求的基本性能。對于一些標準未規(guī)定的項目，供應商和電纜料應用廠家都無法去及時進行驗證，導致電纜料的應用存在一定隱患，也給電纜的正常使用帶來風險。
近年來，發(fā)生了多起PVC護套電纜在使用過程中表面出現(xiàn)了不同程度的出油現(xiàn)象，作為嚴重的質(zhì)量事故對公司造成了較大的損失。針對出油的問題，本文從成分檢測判斷到原材料使用、加工工藝等方面進行探討，作為PVC防出油電纜料在材料選擇、配方設計和工藝設計時的參考。
二、影響因素
2.1 原材料
2.1.1 PVC樹脂
PVC的類型和牌號多達數(shù)百種，不同類型和牌號的PVC在性能和結(jié)構上的差異，對產(chǎn)品的實際應用影響較大。在PVC樹脂性能中，增塑劑的吸收性和粒徑大小都直接影響樹脂與增塑劑的相容性。PVC樹脂的合成方法不同，對樹脂顆粒的表面特性、顆粒的孔隙度和分子量分布會有較大影響，與增塑劑的相容性也會有較大差異。相容性較差時，在電纜使用過程中，增塑劑會從PVC大分子空隙間遷移出來，電纜表面會有增塑劑析出形成“出油”的現(xiàn)象。
2.1.2增塑劑
增塑劑主要為了消弱聚合物分子間力，增加分子鏈的移動性，從而增加了聚合物的塑性，加工性能得到改善，伸長率和柔韌性得到提高。為了避免PVC護套電纜在使用過程中有增塑劑析出，選用增塑劑時要考慮兩個控制因素：增塑劑從PVC樹脂中的遷移能力，隨增塑劑含量增加變化較大；增塑劑與其它物質(zhì)的相容性或滲入其它物質(zhì)的傾向，以及這種傾向性與增塑劑和PVC樹脂的相容性比較。
增塑劑與PVC的相容性一般通過溶解參數(shù)來判斷，與PVC的溶解參數(shù)9.6越接近的相容性越好。同時增塑劑的選擇和使用應從分子結(jié)構、化學性能上加以考慮。
增塑劑的種類、分子量和濃度作為配方中可以調(diào)節(jié)的因素，對相容性、加工性能和PVC制品的性能有著較大的影響。
2.1.3 穩(wěn)定劑
穩(wěn)定劑或其它添加劑的化學結(jié)構及分解產(chǎn)物的結(jié)構，可能在加工過程中發(fā)生物理或化學變化。穩(wěn)定劑可能會成為增塑劑的氧化促進劑，降低了增塑劑的相容性，導致增塑劑的析出。復合鉛類是目前應用較多的穩(wěn)定劑之一，其主要成分為硬脂酸鉛，潤滑性和相容性都相對較差，用量不能太大。穩(wěn)定劑選擇不當或含量較大時也會造成電纜料的出油。
2.1.4 加工助劑
為了保證PVC的加工性能，配方中往往會加入潤滑劑等加工助劑，硬脂酸類潤滑劑與PVC增塑劑的相容性較差，用量不能過多。
2.2 加工工藝
2.2.1捏合溫度和速度
PVC粉料與增塑劑為了更好的接合在一起，需要通過攪拌捏合作用讓增塑劑充分滲入到樹脂和其它粉體材料中去，捏合不勻會造成增塑劑吸收效果較差，加工成型后易跑出。
2.2.2造粒工藝
造粒過程中，螺桿對物料的擠壓、加工的溫度和濕度等因素都會影響到物料混合的均勻性，工藝參數(shù)不當都會使PVC電纜料隨時間的延長出現(xiàn)不同程度的“出油”。
2.2.3擠出工藝
粒料在擠出到電纜表面時，會在擠出機內(nèi)形成二次塑化，溫度過高會造成小分子的逸出和樹脂的分解，都會給增塑劑的析出帶來一定的風險。
2.3 儲存和使用環(huán)境
在存儲過程中，PVC粒料也會受環(huán)境溫度、濕度、堆積壓力和微生物等因素的影響直接或間接的導致增塑劑的析出。相容性較差的增塑劑隨著環(huán)境溫度的升高過程中會緩慢析出。濕度增大，增塑劑吸收水分后會發(fā)生緩慢的水解，造成析出。
三、問題跟蹤
對發(fā)生出油現(xiàn)象的電纜，搜集表面的出油物利用紅外光譜進行分析，見圖1。從紅外光譜圖可以看出，析出物主要成分為環(huán)氧酯類。對照目前生產(chǎn)用PVC護套料配方可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧酯類物質(zhì)主要對應的是環(huán)氧類增塑劑。
圖1 析出物紅外光譜分析圖
降低成本且保證加工性能的前提下，現(xiàn)有配方中環(huán)氧類增塑劑這種輔助增塑劑逐漸取代了主增塑劑的位置。在常規(guī)性能測試和加工過程中，粒料都顯示出很好的性能，促進了這種輔助增塑劑的大量使用。輔助增塑劑在使用中有一個相對較低的臨界濃度，在沒有一個明確界限的前提下，大量使用環(huán)氧類增塑劑給電纜表面“出油”帶來了很大的風險。
四、檢測方法
現(xiàn)有檢測標準不能滿足電纜出油性能檢測的要求，需要尋求一種比較合理的檢測方法來進行判定。根據(jù)增塑劑遷移定義：含有增塑劑的軟質(zhì)PVC等樹脂與其它物質(zhì)接觸時，增塑劑會滲出并能擴散到其它物質(zhì)的現(xiàn)象。ISO177和ASTM D2199給出了一種吸附法測試增塑劑的遷移損失的方法，ISO176和ASTM D1203規(guī)定了通過活性碳吸附法來測試增塑劑的揮發(fā)損失，ASTM D2383和2391規(guī)定了潮濕條件下和壓縮條件下的增塑劑析出測試方法，國內(nèi)現(xiàn)有的只有GB/T 20499，用于測定食品包裝用PVC膜中己二酸二己酯遷移量的測定。這些標準對電線電纜的檢測具有較大的局限性，不能很好的評價出出油的風險性大小。
針對析出物成分主要為環(huán)氧類增塑劑，通過不斷試驗，最終確定一種濃硫酸增重的方法可以很快的檢測出電纜料中環(huán)氧類增塑劑的含量大小，進而判定電纜使用時是否存在出油的風險。
五、改進措施
環(huán)氧類增塑劑的性能指標中有2個非常重要的指標：碘值和環(huán)氧值，電纜中使用的一般要求環(huán)氧值>6.0，碘值<3.0。在此條件下，環(huán)氧類增塑劑用量可以達到增塑劑的50%左右（需要根據(jù)具體配方進行調(diào)整）。在限定環(huán)氧類增塑劑用量的前提下，優(yōu)化加工工藝，保證增塑劑的充分吸收也是避免增塑劑析出的重要手段。
六、結(jié)論
根據(jù)現(xiàn)有出油情況分析，制定相應的檢測標準，對現(xiàn)有配方進行調(diào)整。通過嚴格的原材料控制和工藝優(yōu)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，能較好的控制電纜使用過程中的出油問題。
