Tecnología de formulación de cables de PVC y su aplicación.

Tecnología de formulación de cables de PVC y su aplicación.

I. Introducción de cable de PVC.

El material del cable de PVC se basa en cloruro de polivinilo como resina base, agrega estabilizadores, ftalato de dioctilo, ftalato de diisodecilo, tereftalato de dioctilo, trimelitato de trioctilo y otros plastificantes, así como cargas inorgánicas como carbonato de calcio, aditivos y lubricantes y otros aditivos, después de la mezclado y amasado de extrusión y preparación de partículas.

II. Formulación de cables de PVC.

III. Análisis de resultados experimentales.

Los estabilizadores tradicionales de PVC contienen plomo y otros metales pesados, aunque el rendimiento es bueno pero no respetuoso con el medio ambiente, por lo que es necesario reemplazar los estabilizadores tradicionales de metales pesados ​​con estabilizadores respetuosos con el medio ambiente, actualmente hay más investigaciones y aplicaciones más amplias de estabilizadores compuestos de calcio/zinc.

Los técnicos de Yinsu después de una serie de estudios, con estabilizadores domésticos de calcio/zinc, con el nivel de temperatura apropiado del plastificante, respectivamente, 70,90,105 ℃ de la protección ambiental de los materiales de revestimiento de PVC, requisitos ambientales de acuerdo con las regulaciones RoHS, el rendimiento de el rendimiento puede cumplir con los requisitos de GB/T 8815-2002.

3.1 Selección de resina de PVC

La selección de la resina de PVC adecuada es un paso crucial en el diseño de formulaciones de materiales aislantes de PVC con un buen rendimiento de procesamiento y la producción de un buen rendimiento del cable. Cuanto mayor sea el peso molecular del PVC, mayor será la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto y el módulo de elasticidad del producto, pero la fluidez y plasticidad de la masa fundida disminuyeron, cuanto mejor fue la resistencia al calor y al frío, mayor fue la temperatura de procesamiento. Las pruebas encontraron que el uso de resina de cloruro de polivinilo con un grado de polimerización de aproximadamente 1300 es más adecuado (es decir, resina tipo SG-3).

3.2 Selección de plastificantes.

La función principal del plastificante es reducir la temperatura de fusión y la viscosidad de la fusión del polímero, lo que a su vez reduce la temperatura de procesamiento del polímero, dando a los productos poliméricos suavidad y resistencia a bajas temperaturas. A través de la prueba de formulación, se descubre que la resistividad volumétrica del material aislante 70PVCC respetuoso con el medio ambiente a 20ºC y a la temperatura de trabajo es difícil de cumplir con los requisitos estándar. Por lo tanto, hacer que la pérdida de calor del material aislante y el alargamiento de rotura y la resistividad de volumen al mismo tiempo cumplan con los requisitos estándar es la clave para el desarrollo de la formulación.

La resina de PVC tiene buenas propiedades aislantes; la adición de plastificantes reducirá las propiedades aislantes. La selección de buenas propiedades eléctricas, buena estabilidad térmica, la volatilidad es relativamente pequeña, buen efecto plastificante de los plastificantes para que el material aislante tenga mejores propiedades de aislamiento eléctrico y propiedades físicas y mecánicas. Los materiales aislantes de PVC respetuosos con el medio ambiente en los plastificantes más utilizados son: vinagre de ftalato de dioctilo (DOP), vinagre de ftalato de dinonilo (DINP), vinagre de ftalato de diisodecilo (DIDP), vinagre de ftalato de diisodecilo (DUP), ftalato de bis(tridecilo) (DTDP), vinagre de ftalato de dioctilo (DOTP), trimelitato de trioctilo (TOTM), etc.

La imagen 1 muestra la volatilidad y resistencia al calor de los plastificantes en el siguiente orden: TOTM > DTDP > DUP > DIDP > DINP > DOTP > DOP o. DOP tiene un rendimiento general excelente, alta eficiencia de plastificación, la volatilidad es pequeña, buena resistencia al frío y propiedades eléctricas, es el plastificante principal ideal. Pero es difícil que el DOP por sí solo cumpla con los requisitos de las propiedades de aislamiento eléctrico de los materiales aislantes; el rendimiento de DOTP y DOP es similar, pero la resistencia al frío, la estabilidad térmica y el aislamiento eléctrico son mejores que el DOP (aproximadamente 18 veces mayor que el DOP). Por lo tanto, es necesario utilizar plastificantes DOP y DOTP en conjunto para obtener el rendimiento requerido del material aislante.

Imagen 1 Pérdida de peso térmica de materiales aislantes que contienen diferentes plastificantes.

Si la volatilidad del plástico es pequeña, la pérdida de calor del producto será menor y su comportamiento ante el envejecimiento será bueno. Su volatilidad está relacionada principalmente con el plastificante utilizado, la volatilidad del plastificante está relacionada con su punto de inflamación, la volatilidad del punto de inflamación bajo es mayor.

Tabla 1. Efecto de los plastificantes sobre las propiedades de envejecimiento térmico de los materiales.

La Tabla 1 muestra que la pérdida de calor del 13# es mayor que la de las otras tres formulaciones debido al aumento en la volatilización del plastificante. La pérdida de peso por calor está relacionada con la volatilización del plastificante, el escape de cloruro de hidrógeno, la precipitación de sustancias de bajo peso molecular, etc.; La pérdida de peso por calor afectará en cierta medida el alargamiento a la velocidad de rotura del plástico.

Tabla 2 Efecto de los plastificantes sobre las propiedades del material.

La Tabla 2 muestra que: fórmula 10 # a 20 y resistividad del volumen de temperatura de trabajo que la fórmula 5 #, esto se debe a que aunque las dos formulaciones de la cantidad total de plastificante son las mismas, pero la fórmula 10 # en la proporción de DOTP es mayor que 5 # fórmula debido a; 2 # fórmula 20 y la resistividad del volumen de temperatura de trabajo es mayor que la fórmula 5 #, esto se debe a que en la misma cantidad de DOTP, la fórmula 2 # DOP agrega la misma cantidad de fórmula 5 # menos, la resistencia de aislamiento con el aumento en la cantidad de plastificante añadido y disminuido. Esto se debe al hecho de que la cantidad de DOP agregada en la formulación 2# es menor que la formulación 5# con la misma cantidad de DOTP, y la resistencia del aislamiento disminuye con el aumento de la adición de plastificante. Además, de la Tabla 2, también se puede observar que la prueba de impacto a baja temperatura de la fórmula #2 falla, lo cual se debe a que la temperatura de transición vítrea del material aumenta debido a la menor cantidad de plastificante en la fórmula #2. . Por lo tanto, la resistencia del aislamiento y el rendimiento al impacto a baja temperatura son un par de contradicciones; para que cumplan con los requisitos estándar al mismo tiempo, es necesario elegir un plastificante adecuado y controlar su adición en un rango adecuado.

Se seleccionaron ftalato de dioctilo (DOP) y tereftalato de dioctilo (CDOTP} como plastificantes para PVC basándose en varios factores. La adición de DOTP tiene como objetivo principal mejorar las propiedades de aislamiento eléctrico del plástico, etc.

3.3 Selección de estabilizadores ecológicos.

Los estabilizadores de materiales aislantes de PVC respetuosos con el medio ambiente no pueden contener plomo (Pb), pote (Cd), mercurio (Hg), arsénico (As), cromo (Cr), selenio (Se), antimonio (Sb) y otros elementos de metales pesados. y por tanto la selección de estabilizadores compuestos de calcio y zinc no tóxicos. La estabilidad térmica de los estabilizadores compuestos de calcio y zinc es cercana o superior a la de algunos estabilizadores de bario/pot y estabilizadores de plomo, y tiene buena resistencia a la intemperie y buena transparencia. Estabilizadores compuestos de calcio y zinc sobre la estabilidad térmica del tiempo de la fórmula de la Tabla 3 en el relleno 25, lubricante 0,6, antioxidante 0,6. Estabilizadores compuestos de calcio y zinc agregar muy poco material, el rendimiento de envejecimiento no está calificado, agregar demasiado costo es demasiado alto, generalmente agregar 5 aproximadamente es más apropiado.

Tabla 3 Efecto de los estabilizadores del complejo calcio-zinc sobre el tiempo de estabilización térmica

3.4 Modificación del retardante de llama

(1) El efecto de la cantidad de plastificante sobre las propiedades retardantes de llama del material de cable de PVC agregado a diferentes plastificantes, el material del cable será diferente retardante de llama y humo. Para los cuatro plastificantes más utilizados en materiales de cables de PVC: ftalato de dioctilo, trimelitato de trioctilo, fosfato de trimelitato y plastificantes a base de poliéster, que tienen una gran diferencia en retardo de llama, nuestros técnicos han realizado trabajos de investigación relacionados. Al PVC blando se le añaden 100 partes de 30 a 60 partes de plastificantes, el estudio encontró que cuando aumenta el contenido de plastificante, el índice de oxígeno del PVC disminuye. Para diferentes plastificantes, el grado de disminución fue básicamente el mismo. Y el PVC que contiene fosfato de trimetilfenilo tiene el índice de oxígeno más alto, que es aproximadamente 5 mayor que el del PVC que contiene ftalato de dioctilo. El estudio sobre la cantidad de humos muestra que la cantidad de humos de PVC que contiene ftalato de dioctilo y fosfato de trimetilfenilo aumenta con el aumento del contenido de plastificantes. Sin embargo, el PVC que contiene trimelitato de trioctilo y plastificantes a base de poliéster tuvieron el resultado opuesto.

(2) Efecto de la dosis de retardante de llama sobre las propiedades del retardante de llama

Al(OH)₃, sb₂O₃, Se agregan borato de zinc (ZB) y otros retardantes de llama inorgánicos a los materiales de cables de PVC, y su dosificación tiene una gran influencia en las propiedades retardantes de llama del PVC, y académicos nacionales y extranjeros han realizado muchas investigaciones relacionadas. Nuestros técnicos han estudiado el efecto del Sb₂O₃ y Sb₂O₃/ZB adición de retardante de llama sobre el índice de oxígeno del PVC. Descubrieron que con el aumento de Sb₂O₃, el índice límite de oxígeno del material del cable de PVC mostró una tendencia lineal ascendente, y cuando se añadió nano-Sb₂O₃ fue superior a 1,5 partes, la contribución de nano-Sb₂O₃ al índice de oxígeno del PVC fue mayor que el del micrón Sb₂O₃. También estudiaron el índice de oxígeno del PVC en diferentes proporciones de masa de Sb.₂O₃ y ZB, y encontraron que el índice de oxígeno disminuyó con el aumento de la relación de masa. disminuye. Es decir, cuanto más Sb₂O₃ Se agrega, mayor es el retardo de llama del PVC, pero debido a que Sb₂O₃ es caro, la cantidad de Sb₂O₃ añadido no es muy alto, siempre que pueda garantizar un cierto grado de retardo de llama. El ZB añadido se puede utilizar como supresor de humo, y el uso compuesto de ZB y Sb₂O₃ hará que el material del cable de PVC tenga un índice de oxígeno adecuado y además tenga una baja cantidad de humo. Nuestros técnicos, además de estudiar el efecto de la adición de ZB y Sb₂O₃ sobre las propiedades retardantes de llama, pero también estudió el efecto de la cantidad de Al(OH)₃ sobre las propiedades retardantes de llama, en su conjunto, para obtener la ley: con el aumento en la cantidad de retardante de llama, las propiedades retardantes de llama del material del cable de PVC han mejorado significativamente.

(3) El efecto de la cantidad de relleno sobre las propiedades retardantes de llama en el material del cable de PVC, generalmente requiere agregar una cierta cantidad de relleno. Si agregamos talco y arcilla como cargas, el índice de oxígeno aumenta de 1 a 2 veces, pero la velocidad de combustión del material del cable también se duplica y el coeficiente de extinción máximo permanece sin cambios. Si agregamos Al(OH)₃ como relleno, la velocidad de combustión aumenta en un 50%, el índice de oxígeno aumenta y el coeficiente de extinción máximo disminuye, por lo que es más eficaz para suprimir la cantidad de humo. El relleno de CaCO₃ generalmente también se agrega al PVC. Nuestros técnicos han descubierto que con el aumento de la adición de CaCO₃, el índice de oxígeno del material del cable de PVC disminuye y el coeficiente de extinción máximo también disminuye, por lo que la cantidad de CaCO₃ agregada no puede ser demasiado. de lo contrario afectará el efecto de supresión de humo retardante de llama del material del cable. Pero el CaCO₃ se puede utilizar como agente atrapador de gas HCl con un efecto muy significativo.

Basico fórmula

PVC 100%, DOP 30%, parafina clorada 10~25%, estabilizador 3%, CaCO₃ 10~30%

1%~2% de otros aditivos, el retardante de llama es variable.

Pruebas de rendimiento

El índice limitante de oxígeno (L0I) se prueba de acuerdo con la norma nacional GB /T 2406-2006, el tamaño de la muestra es 100 mmx6,5 mmx3,2 mm.

Propiedades mecánicas de acuerdo con la norma nacional GB/T 1040-2006 para pruebas, la muestra para la muestra en forma de V, velocidad de tracción de 250 mm/min.

Resultados y discusión

La imagen 3 muestra el índice de oxígeno final de los materiales de alambres y cables de PVC después de agregar diferentes cantidades de trióxido de antimonio. Como se puede ver en la figura, con el aumento de la adición de trióxido de antimonio, el índice de oxígeno final del material de los cables de PVC es una línea recta hacia arriba. Tendencia, en el nanotrióxido de antimonio la cantidad agregada es superior a 1,5 partes de un nanotrióxido de antimonio en el índice de oxígeno del PVC que contribuye al gran trióxido de antimonio de grado diez micrómetros. Cuando el índice de oxígeno es del 35%, la cantidad aditiva de trióxido de antimonio puede ser un 20% menor que la del trióxido de antimonio de micras. Esto se debe a que el material retardante de llama de trióxido de antimonio a nanoescala a partir de diez tamaños de partículas se vuelve más pequeño con una ductilidad especial, puede dispersarse uniformemente en diez materiales poliméricos, el aumento en su área de superficie específica de modo que en el proceso retardante de llama puede ser efectivo para generar SbX3. el uso de retardante de llama de fase cohesiva y reduce los radicales de reacción en cadena - OH para lograr retardo de llama, en términos de rendimiento retardante de llama que el trióxido de antimonio micrométrico tiene un aumento de orden de magnitud 'zo. Aunque el trióxido de antimonio nano puede lograr un retardador de llama relativamente alto índice de oxígeno en una cantidad baja de adición, sin embargo, mediante diez mecanismos retardantes de llama de trióxido de antimonio es retardante de llama de fase gaseosa y retardante de llama de fase sólida al mismo tiempo, por lo que la cantidad de humo en el material del cable de PVC retardante de llama de nano trióxido de antimonio sigue siendo relativamente En general, considerando los efectos adversos del humo en el escape del incendio, tendremos la inhibición del humo del borato de zinc introducido en el sistema retardante de llama.

Efecto de las nanopartículas de borato de zinc (ZB) y trióxido de antimonio como retardantes de llama sobre el índice de oxígeno del PVC.

La imagen 4 muestra el índice límite de oxígeno (LOI) del material del cable de PVC con la adición de 5 partes de borato de zinc y trióxido de antimonio en diferentes proporciones. En la figura, se puede ver que con el aumento de trióxido de antimonio en el retardante de llama compuesto, aumenta el LOI del material del cable de PVC. Como todos sabemos, el efecto sinérgico del trióxido de antimonio y los retardantes de llama halogenados se puede lograr en general, los retardantes de llama no pueden alcanzar el rendimiento integral; sin embargo, el precio actual del trióxido de antimonio aumentó una y otra vez, los plásticos modificados, especialmente el PVC, tienen un precio relativamente bajo. -¡Los materiales modificados con fines de lucro han sido difíciles de soportar! El borato de zinc es económico y, según investigaciones anteriores, puede usarse como agente reductor de humo retardante de llama del PVC. En este estudio, se descubrió que la generación de humo del material se redujo considerablemente después de combinar borato de zinc con trióxido de antimonio, lo que hizo que el retardante de llama tuviera una baja generación de humo y al mismo tiempo lograra un índice de oxígeno adecuado.

Efecto de las nanopartículas de borato de zinc (ZB) y trióxido de antimonio como retardantes de llama sobre las propiedades mecánicas del PVC

Las propiedades mecánicas del material del cable PV C con diferentes proporciones de Sbz03/ZB se muestran en la Imagen 5. En la figura, se puede ver que con el aumento de la proporción de borato de zinc, la resistencia a la tracción del material del cable PVC tiende a disminuir. y alargamiento de rotura

El primero tiene una pequeña tendencia a aumentar y luego a disminuir, pero la reducción de la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura no son obvias, la resistencia a la tracción se reduce en un máximo de 7,5 %, y el alargamiento a la rotura se reduce en un máximo de 9. 47%. Esto se debe a que el borato de zinc utilizado es borato de zinc de tamaño micrométrico con una distribución de tamaño de partículas de 2 a 10 micrones, que no es muy diferente del nanotrióxido de antimonio y, por lo tanto, el efecto sobre las propiedades mecánicas no es obvio.

3.5 Conclusión

1) El nanotrióxido de antimonio contribuye al índice de oxígeno del PVC en más de diez micras de trióxido de antimonio; cuando el índice de oxígeno es del 35%, la adición de nanoantimonio puede ser un 20% menor que la del trióxido de antimonio.

2) El índice de oxígeno del material se redujo después de la combinación de trióxido de nanoantimonio y borato de zinc, lo que indica que la contribución del borato de zinc al índice de oxígeno es inferior a diez trióxido de antimonio, pero la cantidad de humo generado por el material. se redujo considerablemente después de la composición y el costo total del material también se redujo.

3) Con el aumento de la proporción de borato de zinc en el retardante de llama compuesto, la resistencia a la tracción del material del cable de PVC mostró una tendencia decreciente, y el alargamiento a la rotura primero tuvo un pequeño aumento y luego una tendencia decreciente, pero la reducción de ambos La resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura no fueron evidentes, con una reducción máxima de la resistencia a la tracción del 7,5 % y una reducción máxima del alargamiento a la rotura del 9,47 %.

VI. Conclusiónsión

Con la mejora de la conciencia de la gente sobre la protección y la seguridad del medio ambiente, la investigación y producción de material de cable de PVC retardante de llama y supresor de humo ha atraído una amplia atención en todo el mundo. La gente ha estado buscando formas de mejorar las propiedades retardantes de llama de los materiales de los cables de PVC y ha logrado un gran avance. La cantidad de plastificantes, retardantes de llama y rellenos añadidos a los materiales de cables de PVC se puede controlar bien, lo cual es un requisito previo para el desarrollo de materiales para cables con excelente rendimiento. Y el uso de mezclas y otros métodos desarrollará métodos más no tóxicos y eficientes en uno de los nuevos materiales de cables de PVC retardantes de llama respetuosos con el medio ambiente.

A pesar de las leyes de protección ambiental cada vez más estrictas, el material del cable de PVC con su excelente rendimiento, precios bajos y características fáciles de procesar del material del cable todavía ocupa una cantidad considerable de peso, y esta situación en el corto plazo es difícil de tener cambio fundamental, por lo que el desarrollo de material de cable de PVC de alto rendimiento y respetuoso con el medio ambiente en el próximo período de tiempo sigue siendo un tema candente.

Con la creciente conciencia sobre la protección y la seguridad ambiental, el rendimiento retardante de llama y supresor de humo de los materiales de cables de PVC se ha convertido en un tema de investigación candente. En este campo, La serie T retardante de llama de PVC de YINSU Flame Retardant Company se destaca por su excelente desempeño. La serie T pertenece a los productos compuestos de antimonio, que pueden reemplazar completamente el trióxido de antimonio tradicional, y el producto T30 puede reemplazar entre el 50 y el 60 % del trióxido de antimonio en la fórmula de PVC sin trióxido de antimonio., que proporciona una nueva solución para la protección ambiental y la mejora del rendimiento de los materiales del cable.