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一 塑膠料的生產(chǎn)

1.概述

以合成的或天然的高分子化合物為基本成分,在加工過程中可塑制成型,並使產(chǎn)品保持形狀不變的材料.稱為塑料.電纜工業(yè)用的塑料,幾乎都是以合成樹脂為基本成分,輔以配合劑如穩(wěn)定劑,增塑劑,填充劑,潤滑劑,著色劑,抗氧劑,阻燃劑以及其他特種用途的藥劑而制成的.由于塑料具有優(yōu)良的電氣性能,物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,並且加工工藝較簡單,生產(chǎn)效率較高,料源豐富,因此,無論是絕緣材料還是護(hù)套材料,在電線電纜中都得到了廣泛的應(yīng)用.

眾所周知,塑料聚合物制品的成型過程基本上是由配合,塑煉,成型等工序完成的,在這一過程中,聚合物(即聚氯乙烯樹脂),助劑,加工設(shè)備(包括模具)是三個不可或缺的基本要素.相比之下,盡管助劑在聚合物配方中的用量微不足道,但對制品加工和應(yīng)用性能的改善和提高卻有舉足輕重的作用.應(yīng)當(dāng)提出,幾乎所有的聚合物製品的加工都離不開助劑.聚氯乙烯樹脂(即PVC樹脂)是一種熱敏性樹脂,也是塑料助劑最大的消費者,約佔整個助劑消耗量85%左右.因此,PVC膠粒的生產(chǎn),也可以說是制品對各助劑性能的設(shè)計和應(yīng)用.

今天,我們就PVC樹脂主體及助劑的類別和作用作一初步認(rèn)識,欣許對在加工PVC塑料粒,制品成型及開發(fā)新品種時有所裨益.

2.聚氯乙烯樹脂

  2.1分子結(jié)構(gòu)

     PVC 樹脂是氯乙烯聚合而成的線型熱塑性高分子化合物,其分子結(jié)構(gòu)為-[-CH₂-CHCl-]-_n,從其分子結(jié)構(gòu)以碳鏈為主鏈,呈線型,含有氯原子的C-Cl極性鍵等特性來看,PVC樹脂具有下列基本特性:

1)    是具有熱塑性的高分子材料,可塑性和柔軟性較好.

2)    由于C-Cl極性鍵的存在,樹脂具有較大的極性,因此介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切均較大,在低頻情況下有較高的耐電強度,同時,由于極性鍵的存在,分子間的作用力較大,機械強度較高.

3)    分子結(jié)構(gòu)中含有氯原子,樹脂具有不延燃性和較好的耐化學(xué)腐蝕和耐氣候性;但也破壞了分子的晶體結(jié)構(gòu),使樹脂具有無定型聚合物的特性,同時樹脂的耐熱性較低,耐寒性較差.

  2.2主要性能

1)    電絕緣性能  PVC樹脂是一種極性較大的電介質(zhì),故其電絕緣       性能比非極性材料(如PE等)稍差.體積電阻率大于10¹⁵ ΩCM,但受溫度影響很大,樹脂中所殘留的雜質(zhì)引起離子電導(dǎo)對絕緣性能也影響明顯.PVC的介質(zhì)損耗決定于兩個因素,一是分子中含有離子雜質(zhì)所產(chǎn)生的電導(dǎo)損耗;一是大分子中的碳?xì)滏I偶極極化所引起的偶極損耗.由于其介質(zhì)損耗較大,因而不適用于高頻和高壓的場合,常用于15KV及以下的低壓電纜絕緣材料中.

2)    老化穩(wěn)定性  PVC樹脂在生產(chǎn)過程中,由于聚合溫度控制不好及聚合添加劑在樹脂中的殘余,會影響樹脂的結(jié)構(gòu)和純度.因此,分子結(jié)構(gòu)中存在著一定的活性基團(tuán).如鏈端和鏈中的雙鍵,尤其是一種烯丙基碳氯的分子鏈結(jié)構(gòu):

--CH₂—CHCl—CH=CH—CH₂—CHCl—

        這種結(jié)構(gòu)在熱和機械力的作用下,極易分解放出HCl,HCl有自催化作用,促使PVC繼續(xù)脫HCl產(chǎn)生共軛雙鍵:

             --CH=CH—CH=CH—CH=CH--

         具有共軛雙鍵的聚氯乙烯分子在氧作用下很易發(fā)生降解或交聯(lián),導(dǎo)致材料變色發(fā)脆,物理力學(xué)性能顯著下降,電絕緣性能惡化,這就是PVC的老化,為改善PVC的耐熱老化性,必須添加一定穩(wěn)定劑.

3)  熱力學(xué)性能  PVC樹脂分子鏈中存在兩種運動單元,即分子鏈整體運動和鏈段運動.由于運動單元的雙重性,使PVC樹脂在不同溫度下具有三種物理狀態(tài),即玻璃態(tài),高彈態(tài)和粘流態(tài).PVC的玻璃化的溫度80℃左右,室溫下處于玻璃態(tài),不能滿足電線電纜使用要求.為此,需加入增塑劑調(diào)節(jié)玻璃化溫度,增加塑性,改進(jìn)柔性.

3.增塑劑

    廣義地講,凡能與樹脂均勻混合,不與樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在成型加工期間保持不變,或者與樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),但能長期保留在聚合物制品中,並能夠改變聚合物某些物理性能的物質(zhì)都可稱作增塑劑.

    增塑劑是電線電纜用PVC塑料中重要的配合劑,能在PVC分子結(jié)構(gòu)的極性基團(tuán)之間起溶劑化作用,將PVC分子間距離拉大並起稀釋作用,所以能增加塑性,調(diào)整物理力學(xué)性能,改進(jìn)工藝性能.

   增塑劑的種類,結(jié)構(gòu)和用量,對軟PVC塑料的電絕緣性能,物理性能,耐老化性能,耐抽出性,耐遷移性及加工性都有很大的影響.

    一般說來,增塑劑的毒性與分子結(jié)構(gòu),分子量,水溶性都有關(guān)系.

4.穩(wěn)定劑

    穩(wěn)定劑是PVC塑料重要的配合劑,能夠抑制PVC樹脂在加工和使用過程中,由于熱和機械剪切作用所引起的降解和變色,同時制品有保持良好的持久耐候性.

    在實際配合中除了要求穩(wěn)定劑滿足熱穩(wěn)定性需要外,往往還要求其具有優(yōu)良的加工性,耐候性,初期著色性,光穩(wěn)定性,對其氣味,黏性也有嚴(yán)格要求.因此,PVC加工時穩(wěn)定劑的選擇是非常重要的.

5.抗氧劑

    為了防止或延緩塑料在加工過程中,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)的物質(zhì).抗氧劑在PVC塑料中基本上有雙重作用,一是防止PVC樹脂的氧化裂解.二是保護(hù)增塑劑免受氧化.

6.填充劑

    泛指填充于聚合物中增加容量,降低成本的一類物質(zhì).但由于生產(chǎn)中超細(xì)化技術(shù),表面改性技術(shù)和納米技術(shù)的應(yīng)用,也賦予填充劑新的功能.

   其作用機理,目前尚無統(tǒng)一,普遍認(rèn)可為:

1)      填料粒子與聚合物相互作用,形成一定數(shù)量的化學(xué)鍵,次價鍵.

2)      填料表面與聚合物通過次價鍵或範(fàn)德華力相連,形成海-島結(jié)構(gòu),當(dāng)受到外力作用時,將應(yīng)力傳遞到填料與聚合物之間的結(jié)合部位,次價鍵斷裂使間隙增大,形成微小裂紋,這一過程可以有效地吸收一部分外部能量,避免應(yīng)力集中,從而改善力學(xué)性能.

7.阻燃劑

    阻燃劑是能夠防止材料被引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?/SPAN>.主要是含磷,鹵素,硼,銻,鉛,鉬等元素的有機物和無機物.PVC樹脂含有阻燃元素氯,且含氯量高達(dá)56.48%,氧指數(shù)在45以上,是高阻燃性材料.但用作電線電纜絕緣或護(hù)套的軟PVC塑料,因在樹脂中加入大量的增塑劑和配合劑,使含氯量相對降低,且所用增塑劑多是易燃材料,以致塑料和氧指數(shù)降低至24左右,阻燃性能大為降低,通常采用摻入添加型阻燃劑.

    值得一提的是,阻燃劑大不同于其他添加劑,份量增多,不僅會影響塑料的性能,增加塑料加工的難度,縮短塑料的使用壽命,而且還會增加塑料的成本.

8.潤滑劑

    潤滑劑是能減少摩擦,提高樹脂或膠料加工過程中的流動性和脫模性作用及增加制品的表面光潔性,防止制品之間相互粘連等界面性能,應(yīng)用範(fàn)圍廣泛,但在硬PVC制品中佔主導(dǎo)地位.

    在整個成型工藝中,潤滑劑一方面擔(dān)負(fù)著減小塑化物與擠出機筒和螺桿表面之間的摩擦作用,另一方面又要擔(dān)任起減小塑化物內(nèi)部分子間相互摩擦的功能.如配合不當(dāng),會出現(xiàn)凝膠化不足或過頭的問題.

9.著色劑

   凡用以改變塑料聚合物制品固有顏色的物質(zhì),稱為著色劑.主要包括有無機顏料,有機顏料,染料,特效著色劑和熒光增白劑.塑料著色能改變製品的光學(xué)性能;使制品美觀,提高商品價值;標(biāo)識和鑒別制品;提高制品的耐候性(如添加鈦白粉)和改變電器性能.

電線電纜用PVC粒生產(chǎn)動態(tài)

   如前所述,助劑是制品成型加工的三個不可或缺的基本要素之一,助劑是伴生PVC而來的,我們重視和了解助劑的重要性及其特性,我們就能掌握PVC粒生產(chǎn)和電線電纜的制造工藝參數(shù).

   自20世紀(jì)80年代以來,助劑工業(yè)已進(jìn)入成熟期,呈現(xiàn)出如下動態(tài)和趨勢:

1.    助劑的門類繼續(xù)擴大,新功能助劑不斷涌現(xiàn),助劑在塑料中的作用和地位愈發(fā)突出.如聚合物的結(jié)晶改性而開發(fā)的成核劑,伴隨聚合物共混技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的相容劑及螺桿清洗劑等.

2.    助劑的改性理論和應(yīng)用技術(shù)研究更加深入,官能團(tuán)結(jié)構(gòu)和化合物類型趨于完善.目前研究和開發(fā)比較活躍的幾個領(lǐng)域有:

(1)     碳中心自由基的捕獲與碳自由基捕獲劑.

(2)     受阻酚鄰位取代基對抗氧活性的影響.

(3)     受阻胺的低堿性化.

(4)     納米粒子改性聚合物理論.

3.    復(fù)合化技術(shù)日趨完善,各種助劑組合協(xié)同機理的研究和協(xié)效組合的開發(fā)更活躍.

4.    全球衛(wèi)生審查制度更加嚴(yán)格,無毒,無害化是助劑品種開發(fā)的永恆主題.

衛(wèi)生安全性是人類社會文明進(jìn)步的重要內(nèi)容,也是十分敏感的社會問題.無毒,無害化趨勢主要表現(xiàn)在如下幾個方面:

(1)     取締和限制使用有毒重金屬,主要包括鉛, 鎘熱穩(wěn)定,含鉛,鉻等重金屬的有毒無機著色劑和有機鎳猝滅劑等.目前有關(guān)替代品的開發(fā)異�；钴S,出現(xiàn)了大量具有性能,價格可比性的鋇/鋅類和鈣/鋅類復(fù)合熱穩(wěn)定劑品種;同時,世界範(fàn)圍內(nèi)有關(guān)取代鉛, 鎘熱穩(wěn)定劑的立法呼聲高漲.

(2)     鄰笨二甲酸酯類增塑劑的有害性爭論此起彼伏.目前尚無明確全面禁用 DOP等鄰笨二甲酸酯類增塑劑跡象,但在某些領(lǐng)域限制使用的法規(guī)已經(jīng)開始執(zhí)行.

(3)     丁基化對甲苯酚(BHT)致癌癥嫌疑猶存,維生素E(主要為ª-生肓酚,簡稱ATP)天然,無毒的“綠色”抗氧劑在塑料加工中付諸實用.

(4)     溴代聯(lián)苯醚類阻燃劑燃燒釋放苯並二惡英,苯並夫南致癌物的陰雲(yún)未散,無鹵阻燃劑品種開發(fā)方興未艾.

5.    助劑工業(yè)順應(yīng)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的要求.

地球是我們?nèi)祟愘囈陨�存的家園,保護(hù)環(huán)境是社會賦予每一個公民的神聖職責(zé).聚合物助劑包含兩個方面的環(huán)境保護(hù)內(nèi)容:即“清理化學(xué)”內(nèi)容和“綠色化學(xué)”範(fàn)疇.清理化學(xué)是關(guān)于助劑生產(chǎn)過程所涉及的“三廢”處理問題.“綠色化學(xué)”包含助劑產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)性和環(huán)境保護(hù)發(fā)展要求的問題.

  總之, 追求品種的高效,價廉,衛(wèi)生安全和順應(yīng)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的要求是聚合物助劑開發(fā)和應(yīng)用永遠(yuǎn)遵循的原則,也是未來電線電纜產(chǎn)品制造的核心所在.

塑料加工方面的這點東西全讓你給公開了。以后大家沒法活了。