氯化聚氯乙烯聚氯乙烯共混體系對pvc-cpvc套管管性能的影響

氯化聚氯乙烯聚氯乙烯共混體系對pvc-cpvc套管管性能的影響

氯醚（p.c）是氯醚（p）的產(chǎn)物。p.c不僅保持了鈣的優(yōu)點，而且極大地提高了環(huán)保材料的耐剛性、耐候性、耐燃油和耐候性。其難燃、消煙、在高溫下的良好性能等獨有的特性又賦予它更廣泛的使用性能。用PVC-C生產(chǎn)埋地式高壓電力電纜護套管正是看中它的高阻燃性能及耐高溫性(能夠長期抵御電纜發(fā)熱的影響)。該管材是用PVC-C與PVC共混生產(chǎn),具有耐高溫、抗沖擊、耐壓、安裝方便等特點,主要用于電力電纜的埋地鋪設(shè),起到保護電纜和導(dǎo)向的作用。埋地式高壓電力電纜PVC-C護套管材的性能要求見表1。由于PVC-C含氯量62%～69%較PVC(含氯量56%～59%)高6%～10%,加工粘度較大,容易分解,加工性能較差,生產(chǎn)出的管材脆性大。因此,根據(jù)埋地式高壓電力電纜PVC-C護套管材的性能要求,利用極性相似且價格較便宜的PVC和抗沖改性劑CPE(氯化聚乙烯)、ACR(丙烯酸酯類共聚物)共混來改性PVC-C,在保持PVC-C耐熱性能下,改善其加工性能及材料抗沖性能,使改性PVC-C生產(chǎn)的管材在具備較高的維卡軟化溫度和剛性的同時,韌性及抗沖擊性能也大幅度提高,以滿足電纜的高溫運行和施工及工況要求。同時,優(yōu)化加工性能,得到較為合理經(jīng)濟的管材生產(chǎn)配方成本。本文的目的是在PVC-U管材的生產(chǎn)設(shè)備和熱穩(wěn)定劑、潤滑劑和其它加工助劑含量不變的基礎(chǔ)上,研究PVC-C、PVC不同配比和抗沖擊改性劑CPE、ACR的加入量共混改性對生產(chǎn)埋地式PVC-C高壓電力電纜套管的維卡軟化溫度及力學(xué)性能的影響,以期獲得具有耐較高溫、抗沖擊、耐壓、易于成型加工和安裝方便的高壓電力電纜護套管材。1實驗部分1.1復(fù)合穩(wěn)定劑,6%58%PVC,SG5(云南鹽化股份有限公司生產(chǎn));PVC-C(J-700,氯含量66%～68%,江蘇天騰化工有限公司生產(chǎn));復(fù)合穩(wěn)定劑(德國熊牌318);抗沖改性劑CPE(135A,江蘇天騰化工有限公司生產(chǎn));抗沖改性劑ACR(山東日科;潤滑劑、CaCO3等,市售)。1.2試驗出機和試驗儀器SRL-Z500/1000混合機組(江蘇聯(lián)冠科技發(fā)展有限公司);SJZ80/156型錐形雙螺桿擠出機(上海金湖擠出設(shè)備有限公司);產(chǎn)品生產(chǎn)擠出模具(上海);RV-300A熱變形維卡軟化點溫度測定儀(承德精密實驗機廠);XJL-300管材落錘沖擊試驗機(承德金建檢測儀器有限公司);XWW萬能試驗機(承德金建檢測儀器有限公司);XJJ-50簡支梁沖擊試驗機(承德金建檢測儀器有限公司)。1.3助劑配比的確定各原料按不同配比經(jīng)高低速混合、擠出、制樣和測試?；A(chǔ)配方中熱穩(wěn)定劑、潤滑劑和加工助劑含量不變,改變PVC-C、PVC、ACR和CPE的配比,配方中各助劑份數(shù),均以PVC-C/PVC100份質(zhì)量計。具體見表2。1.3.1機械系統(tǒng)的生產(chǎn)過程工藝流程按生產(chǎn)工藝配方的原料、輔料和助劑,加入到混料機中經(jīng)混料著色后冷卻,加入到擠出機的漏斗中,由給料螺桿向擠出機給料,擠出機的螺桿在主電機、減速箱和分配箱的驅(qū)動下,螺桿轉(zhuǎn)動,將原料向前擠壓,原料在向前擠出過程中,由料筒外部的加熱環(huán)加熱,使用料逐步呈熔融狀,由模具成形擠出呈柔軟狀,經(jīng)真空冷卻定型后固化,在牽引機的牽引下,向前引出,經(jīng)計長后切割機按所需長度切割,然后經(jīng)過翻管,再用自動擴口機擴口后,檢驗包裝入庫成為產(chǎn)品,即完成管材的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)埋地式PVC-C高壓電力電纜套管的工藝流程,見圖1。1.3.2pvc與pvc-c混合、混合、研制①預(yù)先將PVC與PVC-C樹脂共混與穩(wěn)定劑預(yù)混2～3min,使PVC與PVC-C充分混合均勻;②再加各種助劑,最后加潤滑劑與輕質(zhì)碳酸鈣?；熘亮蠝貫?25℃～130℃放料至冷混機混料至45℃以下時放料,作為生產(chǎn)試驗料。1.3.3傳輸設(shè)備生產(chǎn)埋地式PVC-C高壓電力電纜套管的生產(chǎn)擠出工藝參數(shù)設(shè)置見表3,生產(chǎn)規(guī)格:為?167×8.0。1.4拉伸強度測試維卡軟化溫度(VST)按GB/T1633-2000測試;拉伸強度按GB/T1040.1-2006測試;簡支沖擊強度按GB/T1043-93中缺口試樣沖擊強度測試。2結(jié)果與討論2.1性能測試結(jié)果將抗沖改性劑CPE和ACR、復(fù)合穩(wěn)定劑、潤滑劑、CaCO3及其他助劑定量后,加入不同配比的PVC-C與PVC共混,維卡軟化溫度的變化見圖2,體系的力學(xué)性能變化見圖3和圖4。PVC樹脂經(jīng)過氯化后,隨著氯含量的增加,相應(yīng)地PVC-C的熔融粘度增加,軟化點升高,耐熱性能提高,氯含量由56%提高到62%～69%,維卡軟化溫度由72～82℃,提高到90～125℃,最高使用溫度可達110℃,長期使用溫度為95℃。通常PVC-C樹脂可與普通PVC樹脂混合,其維卡軟化溫度也隨著其混合比率的不同而變化。圖1為PVC與PVC-C混合比率,其維卡軟化溫度的變化。從圖2看出,要滿足埋地式PVC-C高壓電力護套管的維卡軟化溫度≥93℃,在考慮配方經(jīng)濟性及生產(chǎn)加工性的綜合因素下,PVC與PVC-C的比值應(yīng)在45/55最為適宜。從圖3中看出,隨著PVC-C含量的提高,管材的拉伸強度也隨之提高。從圖4中看出,隨著PVC-C含量的提高,管材的缺口沖擊強度隨之降低。但PVC-C含量略大于45處,出現(xiàn)拐點沖擊強度下降速率呈現(xiàn)先快后慢。2.2維卡軟化度的影響將PVC/PVC-C按照40/60、復(fù)合穩(wěn)定劑、潤滑劑、CaCO3及其他助劑定量后,加入不同配比的CPE、抗沖改性劑ACR共混,維卡軟化溫度的變化見圖5,體系的力學(xué)性能變化見圖6。在PVC-C/PVC配比不變的情況下,沖擊改性劑CPE或ACR的加入份數(shù)的提高,維卡軟化溫度會降低;從圖5中可以看出,要滿足埋地式PVC-C高壓電力護套管的維卡軟化溫度≥93℃,CPE用量不宜超過4份。其中ACR對維卡軟化溫度的降低影響比CPE的小。CPE和ACR均屬橡膠彈性體,對PVC-C/PVC維卡軟化度都有下降的趨勢見圖5。但由于抗沖ACR的分子結(jié)構(gòu)為核-殼結(jié)構(gòu),CPE為線形結(jié)構(gòu),因此對維卡軟化度的影響不像CPE那樣明顯。所以ACR比CPE對PVC-C/PVC共混體系的維卡軟化點降低比較小。在PVC-C/PVC配比不變的情況下,沖擊改性劑CPE、ACR的加入份數(shù)的提高,管材的抗沖擊性能提高;從圖6可以看出,要提高埋地式PVC-C高壓電力護套管的抗沖擊性能,CPE效果不如ACR提高的明顯。主要因為CPE顆粒是由上百億個線形的CPE分子互相纏繞形成的,非常難以均勻地分散在PVC中。在加工過程難以均勻分散到PVC-C/PVC中去,易在PVC基體中產(chǎn)生的堆集現(xiàn)象,不但影響抗沖效果,而且使基體材料不均勻,局部抗拉強度大幅度降低,在管材液壓試驗或管材使用中極易產(chǎn)生破裂。而且CPE的玻璃化溫度較高,其低溫抗沖擊強度差。而抗沖ACR的顆粒內(nèi)部沒有分子的互相纏繞,粒徑為0.1～0.4mm的顆粒極易在高速混合和擠出機的作用下,能均勻地分散為粒徑為350nm左右的丙烯酸酯類彈性球,形成以PVC-C/PVC為海相,粒徑為350nm的丙烯酸酯類彈性球為島相的海一島結(jié)構(gòu)。當(dāng)受到外力沖擊時,這彈性球發(fā)生變形、引發(fā)銀紋和剪切帶的產(chǎn)生,吸收沖擊能量,同時抗沖ACR的玻璃化溫度比CPE要低的很多,達到-45℃以下。3埋地式高壓電纜pvc-c共混體系的研究1)通過試驗及檢測,要滿足埋地式PVC-C高壓電力護套管的維卡軟化溫度≥93℃,PVC與PVC-C的比值應(yīng)在45/55最為適宜;在配方中加入適量的抗沖改性劑ACR和CPE、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑和加工助劑,經(jīng)過嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝加工,產(chǎn)品完全能夠滿足埋地式高壓電力電纜PVC-C護套管材的性能要求(QB/T2479-2005),并且能獲得較好的配方經(jīng)濟性(PVC-C原料價格每噸高于PVC至少4000