氯化聚氯乙烯聚氯乙烯共混体系对pvc-cpvc套管管性能的影响

氯化聚氯乙烯聚氯乙烯共混体系对pvc-cpvc套管管性能的影响

氯醚（p.c）是氯醚（p）的产物。p.c不仅保持了钙的优点，而且极大地提高了环保材料的耐刚性、耐候性、耐燃油和耐候性。其难燃、消烟、在高温下的良好性能等独有的特性又赋予它更广泛的使用性能。用PVC-C生产埋地式高压电力电缆护套管正是看中它的高阻燃性能及耐高温性(能够长期抵御电缆发热的影响)。该管材是用PVC-C与PVC共混生产,具有耐高温、抗冲击、耐压、安装方便等特点,主要用于电力电缆的埋地铺设,起到保护电缆和导向的作用。埋地式高压电力电缆PVC-C护套管材的性能要求见表1。由于PVC-C含氯量62%～69%较PVC(含氯量56%～59%)高6%～10%,加工粘度较大,容易分解,加工性能较差,生产出的管材脆性大。因此,根据埋地式高压电力电缆PVC-C护套管材的性能要求,利用极性相似且价格较便宜的PVC和抗冲改性剂CPE(氯化聚乙烯)、ACR(丙烯酸酯类共聚物)共混来改性PVC-C,在保持PVC-C耐热性能下,改善其加工性能及材料抗冲性能,使改性PVC-C生产的管材在具备较高的维卡软化温度和刚性的同时,韧性及抗冲击性能也大幅度提高,以满足电缆的高温运行和施工及工况要求。同时,优化加工性能,得到较为合理经济的管材生产配方成本。本文的目的是在PVC-U管材的生产设备和热稳定剂、润滑剂和其它加工助剂含量不变的基础上,研究PVC-C、PVC不同配比和抗冲击改性剂CPE、ACR的加入量共混改性对生产埋地式PVC-C高压电力电缆套管的维卡软化温度及力学性能的影响,以期获得具有耐较高温、抗冲击、耐压、易于成型加工和安装方便的高压电力电缆护套管材。1实验部分1.1复合稳定剂,6%58%PVC,SG5(云南盐化股份有限公司生产);PVC-C(J-700,氯含量66%～68%,江苏天腾化工有限公司生产);复合稳定剂(德国熊牌318);抗冲改性剂CPE(135A,江苏天腾化工有限公司生产);抗冲改性剂ACR(山东日科;润滑剂、CaCO3等,市售)。1.2试验出机和试验仪器SRL-Z500/1000混合机组(江苏联冠科技发展有限公司);SJZ80/156型锥形双螺杆挤出机(上海金湖挤出设备有限公司);产品生产挤出模具(上海);RV-300A热变形维卡软化点温度测定仪(承德精密实验机厂);XJL-300管材落锤冲击试验机(承德金建检测仪器有限公司);XWW万能试验机(承德金建检测仪器有限公司);XJJ-50简支梁冲击试验机(承德金建检测仪器有限公司)。1.3助剂配比的确定各原料按不同配比经高低速混合、挤出、制样和测试。基础配方中热稳定剂、润滑剂和加工助剂含量不变,改变PVC-C、PVC、ACR和CPE的配比,配方中各助剂份数,均以PVC-C/PVC100份质量计。具体见表2。1.3.1机械系统的生产过程工艺流程按生产工艺配方的原料、辅料和助剂,加入到混料机中经混料着色后冷却,加入到挤出机的漏斗中,由给料螺杆向挤出机给料,挤出机的螺杆在主电机、减速箱和分配箱的驱动下,螺杆转动,将原料向前挤压,原料在向前挤出过程中,由料筒外部的加热环加热,使用料逐步呈熔融状,由模具成形挤出呈柔软状,经真空冷却定型后固化,在牵引机的牵引下,向前引出,经计长后切割机按所需长度切割,然后经过翻管,再用自动扩口机扩口后,检验包装入库成为产品,即完成管材的生产过程。生产埋地式PVC-C高压电力电缆套管的工艺流程,见图1。1.3.2pvc与pvc-c混合、混合、研制①预先将PVC与PVC-C树脂共混与稳定剂预混2～3min,使PVC与PVC-C充分混合均匀;②再加各种助剂,最后加润滑剂与轻质碳酸钙。混至料温为125℃～130℃放料至冷混机混料至45℃以下时放料,作为生产试验料。1.3.3传输设备生产埋地式PVC-C高压电力电缆套管的生产挤出工艺参数设置见表3,生产规格:为⌀167×8.0。1.4拉伸强度测试维卡软化温度(VST)按GB/T1633-2000测试;拉伸强度按GB/T1040.1-2006测试;简支冲击强度按GB/T1043-93中缺口试样冲击强度测试。2结果与讨论2.1性能测试结果将抗冲改性剂CPE和ACR、复合稳定剂、润滑剂、CaCO3及其他助剂定量后,加入不同配比的PVC-C与PVC共混,维卡软化温度的变化见图2,体系的力学性能变化见图3和图4。PVC树脂经过氯化后,随着氯含量的增加,相应地PVC-C的熔融粘度增加,软化点升高,耐热性能提高,氯含量由56%提高到62%～69%,维卡软化温度由72～82℃,提高到90～125℃,最高使用温度可达110℃,长期使用温度为95℃。通常PVC-C树脂可与普通PVC树脂混合,其维卡软化温度也随着其混合比率的不同而变化。图1为PVC与PVC-C混合比率,其维卡软化温度的变化。从图2看出,要满足埋地式PVC-C高压电力护套管的维卡软化温度≥93℃,在考虑配方经济性及生产加工性的综合因素下,PVC与PVC-C的比值应在45/55最为适宜。从图3中看出,随着PVC-C含量的提高,管材的拉伸强度也随之提高。从图4中看出,随着PVC-C含量的提高,管材的缺口冲击强度随之降低。但PVC-C含量略大于45处,出现拐点冲击强度下降速率呈现先快后慢。2.2维卡软化度的影响将PVC/PVC-C按照40/60、复合稳定剂、润滑剂、CaCO3及其他助剂定量后,加入不同配比的CPE、抗冲改性剂ACR共混,维卡软化温度的变化见图5,体系的力学性能变化见图6。在PVC-C/PVC配比不变的情况下,冲击改性剂CPE或ACR的加入份数的提高,维卡软化温度会降低;从图5中可以看出,要满足埋地式PVC-C高压电力护套管的维卡软化温度≥93℃,CPE用量不宜超过4份。其中ACR对维卡软化温度的降低影响比CPE的小。CPE和ACR均属橡胶弹性体,对PVC-C/PVC维卡软化度都有下降的趋势见图5。但由于抗冲ACR的分子结构为核-壳结构,CPE为线形结构,因此对维卡软化度的影响不像CPE那样明显。所以ACR比CPE对PVC-C/PVC共混体系的维卡软化点降低比较小。在PVC-C/PVC配比不变的情况下,冲击改性剂CPE、ACR的加入份数的提高,管材的抗冲击性能提高;从图6可以看出,要提高埋地式PVC-C高压电力护套管的抗冲击性能,CPE效果不如ACR提高的明显。主要因为CPE颗粒是由上百亿个线形的CPE分子互相缠绕形成的,非常难以均匀地分散在PVC中。在加工过程难以均匀分散到PVC-C/PVC中去,易在PVC基体中产生的堆集现象,不但影响抗冲效果,而且使基体材料不均匀,局部抗拉强度大幅度降低,在管材液压试验或管材使用中极易产生破裂。而且CPE的玻璃化温度较高,其低温抗冲击强度差。而抗冲ACR的颗粒内部没有分子的互相缠绕,粒径为0.1～0.4mm的颗粒极易在高速混合和挤出机的作用下,能均匀地分散为粒径为350nm左右的丙烯酸酯类弹性球,形成以PVC-C/PVC为海相,粒径为350nm的丙烯酸酯类弹性球为岛相的海一岛结构。当受到外力冲击时,这弹性球发生变形、引发银纹和剪切带的产生,吸收冲击能量,同时抗冲ACR的玻璃化温度比CPE要低的很多,达到-45℃以下。3埋地式高压电缆pvc-c共混体系的研究1)通过试验及检测,要满足埋地式PVC-C高压电力护套管的维卡软化温度≥93℃,PVC与PVC-C的比值应在45/55最为适宜;在配方中加入适量的抗冲改性剂ACR和CPE、热稳定剂、润滑剂和加工助剂,经过严格的生产工艺加工,产品完全能够满足埋地式高压电力电缆PVC-C护套管材的性能要求(QB/T2479-2005),并且能获得较好的配方经济性(PVC-C原料价格每吨高于PVC至少4000