Technologie de formulation de câbles en PVC et son application

Technologie de formulation de câbles en PVC et son application

JE. Introduction du câble PVC

Le matériau du câble en PVC est à base de chlorure de polyvinyle comme résine de base, ajoutez des stabilisants, du phtalate de dioctyle, du phtalate de diisodécyle, du téréphtalate de dioctyle, du trimellitate de trioctyle et d'autres plastifiants, ainsi que des charges inorganiques telles que le carbonate de calcium, des additifs et des lubrifiants et d'autres additifs, après le mélange et malaxage de l'extrusion et préparation des particules.

II. Formulation de câbles en PVC

III. Analyse des résultats expérimentaux

Les stabilisants traditionnels en PVC contiennent du plomb et d'autres métaux lourds, bien que les performances soient bonnes mais pas respectueuses de l'environnement, il est donc nécessaire de remplacer les stabilisants traditionnels en métaux lourds par des stabilisants respectueux de l'environnement, la recherche actuelle et l'application plus large des stabilisants composites calcium/zinc.

Techniciens Yinsu après une série d'études, avec des stabilisants domestiques calcium/zinc, avec le niveau de température approprié du plastifiant, respectivement, 70,90,105 ℃ de la protection de l'environnement des matériaux de revêtement en PVC, des exigences environnementales conformes à la réglementation RoHS, la performance de les performances peuvent répondre aux exigences de GB/T 8815-2002.

3.1 Sélection de résine PVC

La sélection d'une résine PVC appropriée est une étape cruciale dans la conception de formulations de matériaux isolants PVC avec de bonnes performances de traitement et la production de bonnes performances du câble. Plus le poids moléculaire du PVC est élevé, plus la résistance à la traction, la résistance aux chocs et le module de résistance sont élevés. l'élasticité du produit, mais la fluidité et la plasticité de la fonte diminuent, plus la résistance à la chaleur et au froid est bonne, plus la température de traitement est élevée. Des tests ont montré que l'utilisation d'une résine de chlorure de polyvinyle ayant un degré de polymérisation d'environ 1 300 est plus appropriée (c'est-à-dire une résine de type SG-3).

3.2 Sélection de plastifiants

Le rôle principal du plastifiant est de réduire la température de fusion et la viscosité de fusion du polymère, ce qui à son tour réduit la température de traitement du polymère, conférant aux produits polymères la douceur et la résistance aux basses températures. Grâce au test de formulation, il s'avère que la résistivité volumique du matériau isolant 70PVCC respectueux de l'environnement à 20 °C et à la température de fonctionnement est difficile à répondre aux exigences standard. Par conséquent, faire en sorte que la perte de chaleur et l’allongement à la rupture du matériau isolant et la résistivité volumique répondent en même temps aux exigences standard sont la clé du développement de la formulation.

La résine PVC a de bonnes propriétés isolantes, l'ajout de plastifiants réduira les propriétés isolantes. Sélection de bonnes propriétés électriques, bonne stabilité thermique, volatilité relativement faible, bon effet plastifiant des plastifiants afin de donner au matériau isolant de meilleures propriétés d'isolation électrique et propriétés physiques et mécaniques. Les matériaux isolants en PVC respectueux de l'environnement dans les plastifiants les plus couramment utilisés sont : le vinaigre de phtalate de dioctyle (DOP), le vinaigre de phtalate de dinonyle (DINP), le vinaigre de phtalate de diisodécyle (DIDP), le vinaigre de phtalate de diisodécyle (DUP), le phtalate de bis(tridécyle) (DTDP), Vinaigre de phtalate de dioctyle (DOTP), trimellitate de trioctyle (TOTM), etc.

L'image 1 montre la volatilité et la résistance à la chaleur des plastifiants dans l'ordre suivant : TOTM > DTDP > DUP > DIDP > DINP > DOTP > DOP o. Le DOP a d'excellentes performances globales, une efficacité plastifiante élevée, une faible volatilité, une bonne résistance au froid et des propriétés électriques, c'est le plastifiant principal idéal. Mais le DOP seul est difficile à répondre aux exigences des propriétés d'isolation électrique des matériaux isolants, les performances du DOTP et du DOP sont similaires, mais la résistance au froid, la stabilité thermique et l'isolation électrique sont meilleures que le DOP (environ 18 fois supérieures à celles du DOP). Par conséquent, les plastifiants DOP et DOTP doivent être utilisés conjointement pour obtenir les performances requises du matériau isolant.

Photo 1 Perte de poids thermique de matériaux isolants contenant différents plastifiants

Si la volatilité du plastique est faible, la perte de chaleur du produit sera moindre et ses performances de vieillissement seront bonnes. Sa volatilité est principalement liée au plastifiant utilisé, la volatilité du plastifiant est liée à son point d'éclair, la volatilité du point d'éclair bas est plus grande.

Tableau 1. Effet des plastifiants sur les propriétés de vieillissement thermique des matériaux

Le tableau 1 montre que la perte de chaleur du 13# est supérieure à celle des trois autres formulations en raison de l'augmentation de la volatilisation du plastifiant. La perte de poids thermique est liée à la volatilisation du plastifiant, à la fuite de chlorure d'hydrogène, à la précipitation de substances de faible poids moléculaire, etc. ; la perte de poids thermique affectera dans une certaine mesure l’allongement au taux de rupture du plastique.

Tableau 2 Effet des plastifiants sur les propriétés des matériaux

Le tableau 2 montre que : la formule 10 # à 20 et la résistivité volumique à température de travail supérieure à la formule 5 #, car bien que les deux formulations de la quantité totale de plastifiant soient les mêmes, mais la formule 10 # dans la proportion de DOTP est supérieure à 5 # formule due à ; La formule 2 # 20 et la résistivité du volume à la température de travail sont supérieures à la formule 5 #, en effet, dans la même quantité de DOTP, la formule 2 # DOP ajoutée à la même quantité de formule 5 # en moins, la résistance d'isolation avec l'augmentation de la quantité de plastifiant ajouté et diminué. Cela est dû au fait que la quantité de DOP ajoutée dans la formulation 2# est inférieure à la formulation 5# pour la même quantité de DOTP, et la résistance d'isolation diminue avec l'augmentation de l'ajout de plastifiant. De plus, à partir du tableau 2, on peut également voir que l'essai d'impact à basse température de la formule n° 2 échoue, ce qui est dû au fait que la température de transition vitreuse du matériau augmente en raison de la plus faible quantité de plastifiant dans la formule n° 2. . Par conséquent, la résistance d'isolation et les performances aux chocs à basse température sont une paire de contradictions, afin de les rendre conformes aux exigences standard en même temps, il est nécessaire de choisir un plastifiant approprié et de contrôler son ajout dans une plage appropriée.

Le phtalate de dioctyle (DOP) et le téréphtalate de dioctyle (CDOTP} ont été sélectionnés comme plastifiants pour le PVC en fonction de divers facteurs. L'ajout de DOTP vise principalement à améliorer les propriétés d'isolation électrique du plastique, etc.

3.3 Sélection de stabilisants respectueux de l'environnement

Les stabilisateurs de matériaux isolants en PVC respectueux de l'environnement ne peuvent pas contenir de plomb (Pb), de pot (Cd), de mercure (Hg), d'arsenic (As), de chrome (Cr), de sélénium (Se), d'antimoine (Sb) et d'autres éléments de métaux lourds, et donc la sélection de stabilisants composites calcium-zinc non toxiques. La stabilité thermique des stabilisants composites calcium-zinc est proche ou supérieure à celle de certains stabilisants baryum/pot et stabilisants au plomb, et présente une bonne résistance aux intempéries et une bonne transparence. Stabilisants composites de calcium et de zinc sur la stabilité thermique du temps de formule du tableau 3 dans la charge 25, lubrifiant 0,6, antioxydant 0,6. Les stabilisants composites de calcium et de zinc pour ajouter trop peu de performances de vieillissement du matériau ne sont pas qualifiés pour ajouter trop de coût, c'est trop élevé, généralement en ajouter environ 5 est plus approprié.

Tableau 3 Effet des stabilisants complexes calcium-zinc sur le temps de stabilisation thermique

3.4 Modification ignifuge

(1) L'effet de la quantité de plastifiant sur les propriétés ignifuges du matériau du câble en PVC ajouté à différents plastifiants, le matériau du câble sera ignifuge et fumé différent. Pour les quatre plastifiants les plus couramment utilisés dans les matériaux de câbles en PVC : le phtalate de dioctyle, le trimellitate de trioctyle, le phosphate trimellitate et les plastifiants à base de polyester, qui présentent une grande différence de retardateur de flamme, nos techniciens ont effectué des travaux de recherche connexes. Dans 100 parties de PVC souple additionnées de 30 à 60 parties de plastifiants, l'étude a révélé que lorsque la teneur en plastifiant augmente, l'indice d'oxygène du PVC diminue. Pour les différents plastifiants, le degré de diminution était fondamentalement le même. Et le PVC contenant du phosphate de triméthylphényle a l'indice d'oxygène le plus élevé, qui est environ 5 supérieur à celui du PVC contenant du phtalate de dioctyle. L'étude sur la quantité de fumée montre que la quantité de fumée de PVC contenant du phtalate de dioctyle et du phosphate de triméthylphényle augmente avec l'augmentation de la teneur en plastifiants. Cependant, le PVC contenant du trimellitate de trioctyle et des plastifiants à base de polyester a eu le résultat inverse.

(2) Effet du dosage ignifuge sur les propriétés ignifuges

Al(OH)₃, SB₂O₃, le borate de zinc (ZB) et d'autres retardateurs de flamme inorganiques sont ajoutés aux matériaux des câbles en PVC, et leur dosage a une grande influence sur les propriétés ignifuges du PVC, et des chercheurs nationaux et étrangers ont effectué de nombreuses recherches connexes. Nos techniciens ont étudié l'effet du Sb₂O₃ et Sb₂O₃/ZB ajout d'ignifugé sur l'indice d'oxygène du PVC. Ils ont constaté qu’avec l’augmentation de Sb₂O₃, l'indice limite d'oxygène du matériau du câble en PVC a montré une tendance linéaire à la hausse, et lorsque l'ajout de nano-Sb₂O₃ était supérieure à 1,5 partie, la contribution du nano-Sb₂O₃ l'indice d'oxygène du PVC était supérieur à celui du micron Sb₂O₃. Ils ont également étudié l'indice d'oxygène du PVC à différents rapports massiques de Sb.₂O₃ et ZB, et ont constaté que l'indice d'oxygène diminuait avec l'augmentation du rapport massique. diminue. C’est-à-dire que plus Sb₂O₃ est ajouté, plus le caractère ignifuge du PVC est élevé, mais parce que Sb₂O₃ est cher, la quantité de Sb₂O₃ ajouté n'est pas très élevé, à condition qu'il puisse assurer un certain degré d'ignifugation. Le ZB ajouté peut être utilisé comme anti-fumée, et l'utilisation composite du ZB et du Sb₂O₃ le matériau du câble en PVC aura un indice d'oxygène approprié et aura également une faible quantité de fumée. Nos techniciens, en plus d'étudier l'effet de l'ajout de ZB et Sb₂O₃ sur les propriétés ignifuges, mais a également étudié l'effet de la quantité d'Al(OH)₃ sur les propriétés ignifuges, dans leur ensemble, pour obtenir la loi : avec l'augmentation de la quantité d'ignifugeant, les propriétés ignifuges du matériau du câble PVC ont été considérablement améliorées.

(3) L'effet de la quantité de charge sur les propriétés ignifuges du matériau du câble en PVC nécessite généralement l'ajout d'une certaine quantité de charge. Si l'on ajoute du talc et de l'argile comme charges, l'indice d'oxygène augmente de 1 à 2 fois, mais la vitesse de combustion du matériau du câble double également et le coefficient d'extinction maximum reste inchangé. Si on ajoute Al(OH)₃ en tant que charge, la vitesse de combustion augmente de 50 %, l'indice d'oxygène augmente et le coefficient d'extinction maximum diminue, il est donc plus efficace pour supprimer la quantité de fumée. La charge CaCO₃ est également généralement ajoutée au PVC, nos techniciens ont constaté qu'avec l'augmentation de l'ajout de CaCO₃, l'indice d'oxygène du matériau du câble en PVC diminue et le coefficient d'extinction maximum diminue également, de sorte que la quantité de CaCO₃ ajoutée ne peut pas être trop importante, sinon, cela affectera l'effet ignifuge de suppression de fumée du matériau du câble. Mais CaCO₃ peut être utilisé comme agent de piégeage du gaz HCl avec un effet très significatif.

Basique formule

PVC 100 %, DOP 30 %, paraffine chlorée 10~25 %, stabilisant 3 %, CaCO₃ 10~30 %

1% ~ 2% d'autres additifs, le retardateur de flamme est variable.

Tests de performances

L'indice limite d'oxygène (L0I) est testé conformément à la norme nationale GB/T 2406-2006, la taille de l'échantillon est de 100 mm x 6,5 mm x 3,2 mm.

Propriétés mécaniques selon les normes nationales GB/T 1040-2006 pour les tests, l'éprouvette pour l'éprouvette en forme de V, vitesse de traction de 250 mm/min.

Résultats et discussion

L'image 3 montre l'indice d'oxygène ultime des matériaux de fils et de câbles en PVC après avoir ajouté différentes quantités de trioxyde d'antimoine. Comme le montre la figure, avec l'augmentation de l'ajout de trioxyde d'antimoine, l'indice d'oxygène ultime du matériau de câble en PVC est une ligne droite ascendante. tendance, dans la quantité ajoutée de nano trioxyde d'antimoine est supérieure à 1,5 parties d'un nano trioxyde d'antimoine sur l'indice d'oxygène du PVC contribue au grand trioxyde d'antimoine de qualité dix micromètres. Lorsque l'indice d'oxygène est de 35 %, la quantité additive de trioxyde d'antimoine peut être inférieure de 20 % à celle du trioxyde d'antimoine micronique. En effet, le matériau ignifuge à l'échelle nanométrique du trioxyde d'antimoine à partir de dix tailles de particules devient plus petit avec une ductilité particulière, peut être uniformément dispersé dans dix matériaux polymères, l'augmentation de sa surface spécifique de sorte que dans le processus ignifuge peut être efficace pour générer du SbX3, l'utilisation d'un ignifugeant en phase cohésive et réduit la réaction en chaîne des radicaux - OH pour obtenir un ignifugeant, en termes de performances ignifuges, le trioxyde d'antimoine micronique a une augmentation d'un ordre de grandeur 'zo. Bien que le trioxyde d'antimoine nano puisse atteindre un niveau relativement élevé indice d'oxygène à une faible quantité d'addition, cependant, par dix, le mécanisme ignifuge du trioxyde d'antimoine est à la fois ignifuge en phase gazeuse et ignifuge en phase solide, de sorte que la quantité de fumée dans le matériau du câble PVC ignifuge au trioxyde d'antimoine nano est encore relativement grande, compte tenu des effets néfastes de la fumée sur la fuite dans l'incendie, nous aurons une inhibition de la fumée du borate de zinc introduit dans le système ignifuge.

Effet des nanoparticules de borate de zinc (ZB) et de trioxyde d'antimoine comme ignifugeants sur l'indice d'oxygène du PVC.

L'image 4 montre l'indice limite d'oxygène (LOI) du matériau du câble en PVC avec l'ajout de 5 parties de borate de zinc et de trioxyde d'antimoine dans des proportions différentes ! Sur la figure, on peut voir qu'avec l'augmentation du trioxyde d'antimoine dans le retardateur de flamme composite, la LOI du matériau du câble en PVC augmente. Comme nous le savons tous, l'effet synergique du trioxyde d'antimoine et des retardateurs de flamme halogénés peut être obtenu en général, les retardateurs de flamme ne peuvent pas atteindre la performance globale, cependant, le prix actuel du trioxyde d'antimoine a augmenté encore et encore, les plastiques modifiés, en particulier le PVC, si relativement bas -Le profit des matériaux modifiés a été difficile à supporter ! Le borate de zinc est peu coûteux et, selon des recherches antérieures, peut être utilisé comme agent de réduction de fumée ignifuge pour le PVC. Dans cette étude, il a été constaté que la génération de fumée du matériau était considérablement réduite après la combinaison du borate de zinc avec du trioxyde d'antimoine, ce qui permettait au retardateur de flamme d'avoir une faible génération de fumée tout en atteignant un indice d'oxygène approprié.

Effet des nanoparticules de borate de zinc (ZB) et de trioxyde d'antimoine comme ignifugeants sur les propriétés mécaniques du PVC

Les propriétés mécaniques du matériau du câble PV C avec différents rapports Sbz03 /ZB sont présentées dans l'image 5. Sur la figure, on peut voir qu'avec l'augmentation de la proportion de borate de zinc, la résistance à la traction du matériau du câble PVC a tendance à diminuer. , et allongement à la rupture

Le premier a une légère tendance à la hausse puis à la diminution, mais la réduction de la résistance à la traction et l'allongement à la rupture ne sont pas évidents, la résistance à la traction est réduite d'un maximum de 7, 5 % et l'allongement à la rupture est réduit d'un maximum de 9,47 %. En effet, le borate de zinc utilisé est du borate de zinc de taille micronique avec une distribution granulométrique de 2 à 10 microns, ce qui n'est pas très différent du nanotrioxyde d'antimoine, et donc l'effet sur les propriétés mécaniques n'est pas évident.

3.5 Conclusion

1) Le nanotrioxyde d'antimoine contribue à l'indice d'oxygène du PVC de plus de dix microns de trioxyde d'antimoine. Lorsque l'indice d'oxygène est de 35 % a, l'ajout de nano-trioxyde d'antimoine peut être inférieur de 20 % à celui du trioxyde d'antimoine micronique.

2) L'indice d'oxygène du matériau a été réduit après le mélange du trioxyde de nano-antimoine et du borate de zinc, ce qui indique que la contribution du borate de zinc à l'indice d'oxygène est inférieure à dix du trioxyde d'antimoine, mais la quantité de fumée générée par le matériau a été considérablement réduit après le mélange, et le coût global du matériau a également été réduit.

3) Avec l'augmentation de la proportion de borate de zinc dans le composé ignifuge, la résistance à la traction du matériau du câble en PVC a montré une tendance à la baisse, et l'allongement à la rupture a d'abord connu une légère augmentation, puis une tendance à la baisse, mais la réduction des deux la résistance à la traction et l'allongement à la rupture n'étaient pas évidents, avec une réduction maximale de la résistance à la traction de 7, 5 % et une réduction maximale de l'allongement à la rupture de 9, 47 %.

VI. Conclusionsion

Avec la sensibilisation accrue des gens à la protection de l'environnement et à la sécurité, la recherche et la production de matériaux de câbles en PVC ignifuges et anti-fumée ont attiré une large attention dans le monde entier. Les gens ont cherché des moyens d'améliorer les propriétés ignifuges des matériaux des câbles en PVC et ont réalisé une percée. La quantité de plastifiants, de retardateurs de flamme et de charges ajoutées aux matériaux de câbles en PVC peut être bien contrôlée, ce qui est une condition préalable au développement de matériaux de câbles offrant d'excellentes performances. Et l'utilisation de mélanges et d'autres méthodes permettra de développer des matériaux plus non toxiques et plus efficaces dans l'un des nouveaux matériaux de câble en PVC ignifuges respectueux de l'environnement.

Malgré les lois de protection de l'environnement de plus en plus strictes, le matériau du câble PVC, avec ses excellentes performances, ses prix bas et ses caractéristiques faciles à traiter, occupe toujours un poids considérable, et cette situation à court terme est difficile à vivre. changement fondamental, de sorte que le développement de matériaux de câbles PVC haute performance et respectueux de l'environnement dans la prochaine période reste un sujet brûlant.

Avec la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement et de la sécurité, les performances ignifuges et anti-fumée des matériaux de câbles en PVC sont devenues un sujet de recherche brûlant. Dans ce domaine, la série T ignifuge en PVC de YINSU Flame Retardant Company se démarque par ses excellentes performances. La série T appartient aux produits composites à base d'antimoine, qui peuvent remplacer complètement le trioxyde d'antimoine traditionnel, et le produit T30 peut remplacer 50 à 60 % du trioxyde d'antimoine dans la formule PVC sans trioxyde d'antimoine., qui fournit une nouvelle solution pour la protection de l'environnement et l'amélioration des performances des matériaux des câbles.