تكنولوجيا صياغة الكابلات البلاستيكية وتطبيقاتها

تكنولوجيا صياغة الكابلات البلاستيكية وتطبيقاتها

أنا. مقدمة من كابل PVC

تعتمد مادة الكابلات البلاستيكية على كلوريد البولي فينيل كالراتنج الأساسي، وإضافة المثبتات، وثنائي أوكتيل فثالات، وثنائي إيزوديسيل فثالات، وثنائي أوكتيل تيريفثاليت، وثلاثي أوكتيل تريميليتات وملدنات أخرى، بالإضافة إلى مواد حشو غير عضوية مثل كربونات الكالسيوم والمواد المضافة ومواد التشحيم والمواد المضافة الأخرى، بعد خلط وعجن البثق وتحضير الحبيبات.

ثانيا. صياغة الكابلات البلاستيكية

ثالثا. تحليل النتائج التجريبية

تحتوي مثبتات PVC التقليدية على الرصاص ومعادن ثقيلة أخرى، على الرغم من أن الأداء جيد ولكنه ليس صديقًا للبيئة، لذلك من الضروري استبدال مثبتات المعادن الثقيلة التقليدية بمثبتات صديقة للبيئة، والأبحاث الحالية أكثر والتطبيق الأوسع لمثبتات مركب الكالسيوم / الزنك.

فنيو Yinsu بعد سلسلة من الدراسات، مع مثبتات الكالسيوم / الزنك المحلية، مع مستوى درجة الحرارة المناسب للملدنات، على التوالي، 70،90،105 درجة مئوية لحماية البيئة لمواد التغليف البلاستيكية، والمتطلبات البيئية بما يتماشى مع لوائح RoHS، وأداء يمكن أن يلبي الأداء متطلبات GB/T 8815-2002.

3.1 اختيار راتينج PVC

يعد اختيار راتينج PVC المناسب خطوة حاسمة في تصميم تركيبات المواد العازلة PVC مع أداء معالجة جيد وإنتاج أداء جيد للكابل. كلما زاد الوزن الجزيئي للـ PVC، زادت قوة الشد وقوة التأثير ومعامل مرونة المنتج، ولكن انخفضت سيولة الذوبان واللدونة، وكلما كانت مقاومة الحرارة والبرودة أفضل، زادت درجة حرارة المعالجة. وجدت الاختبارات أن استخدام راتينج كلوريد البولي فينيل بدرجة بلمرة تبلغ حوالي 1300 هو أكثر ملاءمة (أي راتينج من النوع SG-3).

3.2 اختيار الملدنات

يتمثل الدور الرئيسي للملدن في تقليل درجة حرارة الذوبان ولزوجة البوليمر الذائبة، مما يؤدي بدوره إلى تقليل درجة حرارة معالجة البوليمر، مما يمنح منتجات البوليمر النعومة ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة. من خلال اختبار الصياغة، وجد أن المقاومة الحجمية للمواد العازلة 70PVCC الصديقة للبيئة عند 20 ودرجة حرارة العمل من الصعب تلبية المتطلبات القياسية. ولذلك، فإن جعل فقدان الحرارة واستطالة المادة العازلة عند الكسر ومقاومة الحجم في نفس الوقت لتلبية المتطلبات القياسية هو مفتاح تطوير الصياغة.

يتمتع راتينج PVC بخصائص عزل جيدة، كما أن إضافة الملدنات ستقلل من خصائص العزل. اختيار الخصائص الكهربائية الجيدة، الاستقرار الحراري الجيد، التقلب صغير نسبيا، تأثير الملدنات الجيد من أجل جعل المواد العازلة لديها خصائص عزل كهربائي أفضل وخصائص فيزيائية وميكانيكية. المواد العازلة البلاستيكية الصديقة للبيئة في الملدنات الأكثر استخدامًا هي: خل ثنائي أوكتيل فثالات (DOP)، خل فثالات دينونيل (DINP)، خل ثنائي إيزوديسيل فثالات (DIDP)، خل ثنائي إيزوديسيل فثالات (DUP)، مكرر (ترايديسيل) فثالات (DTDP)، خل ثنائي أوكتيل فثالات (DOTP)، ثلاثي أوكتيل ثلاثي (TOTM)، وما إلى ذلك.

توضح الصورة 1 أن تقلب الملدنات ومقاومتها للحرارة بالترتيب التالي: TOTM > DTDP > DUP > DIDP > DINP > DOTP > DOP o. يتمتع DOP بأداء عام ممتاز، وكفاءة تلدين عالية، وتقلب صغير، ومقاومة جيدة للبرد وخصائص كهربائية، وهو الملدن الرئيسي المثالي. لكن DOP وحده يصعب تلبية متطلبات خصائص العزل الكهربائي للمواد العازلة، وأداء DOTP وDOP متشابه، لكن مقاومة البرد والاستقرار الحراري والعزل الكهربائي أفضل من DOP (حوالي 18 مرة أعلى من DOP). لذلك، يجب استخدام الملدنات DOP وDOTP جنبًا إلى جنب للحصول على الأداء المطلوب للمادة العازلة.

الصورة 1 فقدان الوزن الحراري للمواد العازلة التي تحتوي على ملدنات مختلفة

إذا كانت تقلبات البلاستيك صغيرة، فسيكون فقدان الحرارة للمنتج أقل، وسيكون أداء الشيخوخة جيدًا. يرتبط تقلبه بشكل أساسي بالملدنات المستخدمة، ويرتبط تقلب الملدنات بنقطة الوميض، وتقلب نقطة الوميض المنخفضة أكبر.

الجدول 1. تأثير الملدنات على خصائص الشيخوخة الحرارية للمواد

يوضح الجدول 1 أن فقدان الحرارة لـ 13# أكبر من المستحضرات الثلاث الأخرى بسبب زيادة تطاير الملدنات. ويرتبط فقدان الوزن الحراري بتطاير الملدنات، وهروب كلوريد الهيدروجين، وترسيب المواد الجزيئية المنخفضة، وما إلى ذلك؛ سيؤثر فقدان الوزن الحراري على استطالة البلاستيك عند معدل الكسر إلى حد ما.

الجدول 2: تأثير الملدنات على خواص المواد

يوضح الجدول 2 ما يلي: صيغة 10 # عند 20 ومقاومة حجم درجة حرارة العمل من صيغة 5 #، وذلك لأنه على الرغم من أن الصيغتين للكمية الإجمالية للملدنات هي نفسها، إلا أن صيغة 10 # في نسبة DOTP أكثر من 5 # صيغة بسبب؛ 2 # صيغة 20 ومقاومة حجم درجة حرارة العمل أعلى من صيغة 5 # ، وذلك لأنه في نفس المقدار من DOTP ، تضاف صيغة 2 # DOP إلى نفس المقدار من صيغة 5 # أقل ، مقاومة العزل مع زيادة الكمية من الملدنات المضافة والتناقص. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كمية DOP المضافة في تركيبة 2# أقل من تركيبة 5# بنفس الكمية من DOTP، كما أن مقاومة العزل تتناقص مع زيادة إضافة الملدنات. بالإضافة إلى ذلك، من الجدول 2، يمكن أيضًا ملاحظة فشل اختبار تأثير درجة الحرارة المنخفضة للصيغة رقم 2، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن درجة حرارة التزجج للمادة تزداد بسبب انخفاض كمية الملدنات في الصيغة رقم 2 . ولذلك، فإن مقاومة العزل وأداء تأثير درجات الحرارة المنخفضة هما زوجان من التناقضات، من أجل جعلهما يفيان بالمتطلبات القياسية في نفس الوقت، من الضروري اختيار الملدن المناسب والتحكم في إضافته في نطاق مناسب.

تم اختيار ثنائي أوكتيل فثالات (DOP) وثنائي أوكتيل تيريفثاليت (CDOTP} كمواد ملدنة للـ PVC بناءً على عوامل مختلفة. تهدف إضافة DOTP بشكل أساسي إلى تحسين خصائص العزل الكهربائي للبلاستيك، وما إلى ذلك.

3.3 اختيار المثبتات الصديقة للبيئة

لا يمكن أن تحتوي مثبتات المواد العازلة البلاستيكية الصديقة للبيئة على الرصاص الضار (Pb)، والأوعية (Cd)، والزئبق (Hg)، والزرنيخ (As)، والكروم (Cr)، والسيلينيوم (Se)، والأنتيمون (Sb) وغيرها من العناصر المعدنية الثقيلة، وبالتالي اختيار مثبتات مركبات الكالسيوم والزنك غير السامة. إن الثبات الحراري لمثبتات مركب الكالسيوم والزنك قريب من أو يتجاوز بعض مثبتات الباريوم/الوعاء ومثبتات الرصاص، وله مقاومة جيدة للطقس وشفافية جيدة. مثبتات مركب الكالسيوم والزنك على الثبات الحراري للزمن صيغة الجدول 3 في الحشو 25، مادة التشحيم 0.6، مضاد الأكسدة 0.6. مثبتات الكالسيوم والزنك المركبة لإضافة القليل جدًا من أداء شيخوخة المواد غير مؤهلة لإضافة الكثير من التكلفة المرتفعة جدًا، وعمومًا إضافة 5 أو نحو ذلك أكثر ملاءمة.

الجدول 3: تأثير مثبتات مركب الكالسيوم والزنك على وقت تثبيت الحرارة

3.4 تعديل مثبطات اللهب

(1) تأثير كمية الملدنات على خصائص مثبطات اللهب لمواد الكابلات البلاستيكية المضافة إلى الملدنات المختلفة، ستكون مادة الكابل مثبطات اللهب والدخان مختلفة. بالنسبة للملدنات الأربعة الأكثر استخدامًا في مواد الكابلات البلاستيكية: ثنائي أوكتيل فثالات، وثلاثي أوكتيل تريميليتات، وفوسفات تريميليتات، والمواد البلاستيكية القائمة على البوليستر، والتي لها فرق كبير في تثبيط اللهب، فقد أجرى الفنيون لدينا أعمال بحثية ذات صلة. في أجزاء PVC 100 الناعمة المضافة من 30 إلى 60 جزءًا من الملدنات، وجدت الدراسة أنه عندما يزيد محتوى الملدنات، ينخفض ​​مؤشر الأكسجين في PVC. بالنسبة للملدنات المختلفة، كانت درجة الانخفاض هي نفسها بشكل أساسي. والـ PVC الذي يحتوي على فوسفات ثلاثي ميثيل فينيل لديه أعلى مؤشر أكسجين، وهو أعلى بحوالي 5 من الـ PVC الذي يحتوي على ثنائي أوكتيل فثالات. أظهرت دراسة كمية الأبخرة أن كمية أبخرة PVC التي تحتوي على ثنائي أوكتيل فثالات وثلاثي ميثيل فينيل فوسفات تزداد مع زيادة محتوى الملدنات. ومع ذلك، فإن مادة PVC التي تحتوي على ثلاثي أوكتيل ثلاثي الميلليتات والملدنات القائمة على البوليستر كانت لها نتيجة عكسية.

(2) تأثير جرعة مثبطات اللهب على خصائص مثبطات اللهب

آل (يا)₃، بينالي الشارقة₂O₃، تتم إضافة بورات الزنك (ZB) ومثبطات اللهب غير العضوية الأخرى إلى مواد الكابلات البلاستيكية، ولجرعتها تأثير كبير على خصائص مثبطات اللهب للـ PVC، وقد أجرى العلماء في الداخل والخارج الكثير من الأبحاث ذات الصلة. لقد قام الفنيون لدينا بدراسة تأثير Sb₂O₃ و بينالي الشارقة₂O₃/ إضافة مثبطات اللهب ZB على مؤشر الأكسجين الخاص بـ PVC. ووجدوا أنه مع زيادة Sb₂O₃، أظهر مؤشر الأكسجين المحدود لمادة الكابلات PVC اتجاهًا تصاعديًا خطيًا، وعند إضافة nano-Sb₂O₃ كان أكبر من 1.5 جزء، مساهمة نانو-Sb₂O₃ وكان مؤشر الأكسجين للـ PVC أكبر من مؤشر الميكرون Sb₂O₃. كما قاموا بدراسة مؤشر الأكسجين للـ PVC عند نسب كتلة مختلفة لـ Sb₂O₃ و ZB، ووجد أن مؤشر الأكسجين ينخفض ​​مع زيادة نسبة الكتلة. يتناقص. وهذا يعني أنه كلما زاد عدد Sb₂O₃ يضاف، وارتفاع مثبطات اللهب من PVC، ولكن لأن Sb₂O₃ مكلفة، وكمية بينالي الشارقة₂O₃ المضافة ليست عالية جدًا، طالما أنها يمكن أن تضمن درجة معينة من تثبيط اللهب. يمكن استخدام ZB المضاف كمانع للدخان، والاستخدام المركب لـ ZB وSb₂O₃ سيجعل مادة الكابل PVC تحتوي على مؤشر أكسجين مناسب وتحتوي أيضًا على كمية منخفضة من الدخان. الفنيين لدينا، بالإضافة إلى دراسة تأثير إضافة ZB وSb₂O₃ على خصائص مثبطات اللهب، ولكن تم أيضًا دراسة تأثير كمية Al(OH)₃ على خصائص مثبطات اللهب، ككل، للحصول على القانون: مع زيادة كمية مثبطات اللهب، تم تحسين خصائص مثبطات اللهب لمواد الكابلات البلاستيكية بشكل كبير.

(3) إن تأثير كمية الحشو على خصائص مثبطات اللهب في مادة الكابل PVC، عادة ما يحتاج إلى إضافة كمية معينة من الحشو. إذا أضفنا التلك والطين كمواد مالئة، فإن مؤشر الأكسجين يزيد بمقدار 1 إلى 2 مرات، ولكن سرعة احتراق مادة الكابل تتضاعف أيضًا، ويظل معامل الانقراض الأقصى دون تغيير. إذا أضفنا Al(OH)₃ كمادة مالئة، تزيد سرعة الاحتراق بنسبة 50%، ويزداد مؤشر الأكسجين، وينخفض ​​معامل الانقراض الأقصى، لذلك فهو أكثر فعالية في قمع كمية الدخان. تتم أيضًا إضافة حشو CaCO₃ عادةً إلى PVC، وقد وجد الفنيون لدينا أنه مع زيادة إضافة CaCO₃، ينخفض ​​مؤشر الأكسجين لمواد الكابلات البلاستيكية، وينخفض ​​أيضًا معامل الانقراض الأقصى، لذلك لا يمكن أن تكون كمية CaCO₃ المضافة أكثر من اللازم، وإلا فإنه سوف يؤثر على تأثير قمع الدخان المثبط للهب لمادة الكابل. لكن يمكن استخدام CaCO₃ كعامل محاصرة لغاز حمض الهيدروكلوريك بتأثير كبير جدًا.

Bأسيك صيغة

PVC 100%، DOP 30%، بارافين مكلور 10~25%، مثبت 3%، CaCO₃ 10~30%

1% ~ 2% من المواد المضافة الأخرى، مثبطات اللهب متغيرة.

اختبار الأداء

يتم اختبار مؤشر الأكسجين المحدد (L0I) وفقًا للمعيار الوطني GB /T 2406-2006، وحجم العينة 100 مم × 6.5 مم × 3.2 مم.

الخواص الميكانيكية وفقًا للمعايير الوطنية GB / T 1040-2006 للاختبار، العينة للعينة على شكل V، سرعة الشد 250 مم / دقيقة.

النتائج والمناقشة

تُظهر الصورة 3 مؤشر الأكسجين النهائي لمواد الأسلاك والكابلات البلاستيكية بعد إضافة كميات مختلفة من ثالث أكسيد الأنتيمون. وكما يتبين من الشكل، مع زيادة إضافة ثالث أكسيد الأنتيمون، فإن مؤشر الأكسجين النهائي لمواد الكابلات البلاستيكية يكون خطًا مستقيمًا لأعلى الاتجاه، في كمية إضافة ثالث أكسيد الأنتيمون نانو أكبر من 1.5 جزء من ثالث أكسيد الأنتيمون نانو على مؤشر الأكسجين من PVC يساهم في ثالث أكسيد الأنتيمون كبير الصف عشرة ميكرومتر. عندما يكون مؤشر الأكسجين 35%، يمكن أن تكون الكمية المضافة لثالث أكسيد الأنتيمون أقل بنسبة 20% من ثالث أكسيد الأنتيمون ميكرون. وذلك لأن مادة مثبطات اللهب ثالث أكسيد الأنتيمون النانوية من حجم عشرة جسيمات تصبح أصغر مع ليونة خاصة، ويمكن تشتيتها بشكل موحد في عشرة مواد بوليمر، والزيادة في مساحة سطحها المحددة بحيث يمكن أن تكون عملية مثبطات اللهب فعالة في توليد SbX3، استخدام مثبطات اللهب ذات الطور المتماسك وتقليل جذور التفاعل المتسلسل - OH لتحقيق مثبطات اللهب، من حيث أداء مثبطات اللهب مقارنة بثالث أكسيد الأنتيمون ميكرون له زيادة في الحجم 'zo. على الرغم من أن ثالث أكسيد الأنتيمون النانوي يمكن أن يحقق نسبة عالية نسبيًا مؤشر الأكسجين بكمية إضافة منخفضة، ومع ذلك، فإن آلية مثبطات اللهب لثلاثي أكسيد الأنتيمون هي مثبطات اللهب في الطور الغازي ومثبطات اللهب في الطور الصلب في نفس الوقت، وبالتالي فإن كمية الدخان في مادة كابل PVC مثبطات اللهب لثالث أكسيد الأنتيمون النانوي لا تزال نسبيًا كبيرة، مع الأخذ في الاعتبار الآثار الضارة للدخان على الهروب من الحريق، سيكون لدينا تثبيط الدخان من بورات الزنك التي يتم إدخالها في نظام مثبطات اللهب.

تأثير بورات الزنك (ZB) والجسيمات النانوية ثالث أكسيد الأنتيمون كمثبطات للهب على مؤشر الأكسجين للـ PVC.

الصورة 4 توضح مؤشر الأكسجين المحدد (LOI) لمادة الكابلات البلاستيكية مع إضافة 5 أجزاء من بورات الزنك وثالث أكسيد الأنتيمون بنسب مختلفة! من الشكل، يمكن أن نرى أنه مع زيادة ثالث أكسيد الأنتيمون في مثبطات اللهب المركبة، فإن LOI لمواد الكابلات PVC يزيد. كما نعلم جميعًا، يمكن تحقيق التأثير التآزري لثالث أكسيد الأنتيمون ومثبطات اللهب المهلجنة في مثبطات اللهب العامة التي لا يمكن أن تصل إلى الأداء الشامل، ومع ذلك، ارتفع السعر الحالي لثالث أكسيد الأنتيمون مرارًا وتكرارًا، والمواد البلاستيكية المعدلة، وخاصة PVC، مثل هذا السعر المنخفض نسبيًا -كان من الصعب تحمل المواد المعدلة الربح! بورات الزنك غير مكلف، ووفقًا لأبحاث سابقة يمكن استخدامه كعامل تقليل دخان مثبط للهب من مادة PVC. في هذه الدراسة، وجد أن توليد الدخان للمادة انخفض بشكل كبير بعد مضاعفة بورات الزنك مع ثالث أكسيد الأنتيمون، مما جعل مثبطات اللهب لديها توليد دخان منخفض مع تحقيق مؤشر الأكسجين المناسب.

تأثير بورات الزنك (ZB) والجسيمات النانوية ثالث أكسيد الأنتيمون كمثبطات للهب على الخواص الميكانيكية للـ PVC

تظهر في الصورة 5 الخواص الميكانيكية لمواد الكابلات PV C بنسب مختلفة من Sbz03 /ZB. من الشكل، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة نسبة بورات الزنك، تميل قوة الشد لمواد الكابلات PVC إلى الانخفاض ، والاستطالة عند الاستراحة

الأول له اتجاه زيادة طفيف ثم انخفاض، ولكن انخفاض قوة الشد والاستطالة عند الكسر غير واضح، فتقل قوة الشد بحد أقصى 7.5٪، وتنخفض الاستطالة عند الكسر بحد أقصى 9.47%. وذلك لأن بورات الزنك المستخدمة عبارة عن بورات زنك بحجم ميكرون مع توزيع حجم جسيم يبلغ 2 إلى 10 ميكرون، وهو ما لا يختلف كثيرًا عن ثالث أكسيد الأنتيمون النانوي، وبالتالي فإن التأثير على الخواص الميكانيكية ليس واضحًا.

3.5 الاستنتاج

1) يساهم ثالث أكسيد الأنتيمون النانوي في مؤشر الأكسجين لـ PVC بأكثر من عشرة ميكرون من ثالث أكسيد الأنتيمون، عندما يكون مؤشر الأكسجين 35% أ، يمكن أن تكون إضافة ثالث أكسيد الأنتيمون النانوي أقل بنسبة 20% من ثالث أكسيد الأنتيمون ميكرون.

2) تم تخفيض مؤشر الأكسجين للمادة بعد تركيب ثالث أكسيد الأنتيمون النانوي وبورات الزنك مما يدل على أن مساهمة بورات الزنك في مؤشر الأكسجين أقل من عشرة ثالث أكسيد الأنتيمون ولكن كمية الدخان المتولدة من المادة تم تقليله بشكل كبير بعد التركيب، كما تم تقليل التكلفة الإجمالية للمادة.

3) مع زيادة نسبة بورات الزنك في مثبطات اللهب المركبة، أظهرت قوة الشد لمواد الكابلات PVC اتجاهًا تنازليًا، وكان للاستطالة عند الكسر أولاً زيادة صغيرة ثم اتجاه تنازلي، ولكن انخفاض كليهما لم تكن قوة الشد والاستطالة عند الكسر واضحة، حيث بلغ الحد الأقصى لقوة الشد 7.5% والحد الأقصى للاستطالة عند الكسر 9.47%.

VI. خاتمةسيون

مع تعزيز وعي الناس بحماية البيئة وسلامتها، اجتذبت أبحاث وإنتاج مواد الكابلات البلاستيكية المقاومة للهب والدخان اهتمامًا واسع النطاق في جميع أنحاء العالم. لقد كان الناس يبحثون عن طرق لتحسين خصائص مثبطات اللهب لمواد الكابلات البلاستيكية، وحققوا تقدمًا كبيرًا. يمكن التحكم بشكل جيد في كمية الملدنات ومثبطات اللهب والحشوات المضافة إلى مواد الكابلات البلاستيكية، وهو شرط أساسي لتطوير مواد الكابلات ذات الأداء الممتاز. سيؤدي استخدام المزج والأساليب الأخرى إلى تطوير مواد غير سامة وفعالة في إحدى مواد الكابلات البلاستيكية المقاومة للهب الجديدة والصديقة للبيئة.

على الرغم من قوانين حماية البيئة الصارمة بشكل متزايد، إلا أن مادة الكابل PVC بأدائها الممتاز وأسعارها المنخفضة وسهولة معالجتها، لا تزال خصائص مادة الكابل تشغل قدرًا كبيرًا من الوزن، ومن الصعب الحصول على هذا الوضع على المدى القصير تغيير جوهري، وبالتالي فإن تطوير مواد الكابلات البلاستيكية عالية الأداء والصديقة للبيئة في الفترة القادمة لا يزال موضوعًا ساخنًا.

مع زيادة الوعي بحماية البيئة والسلامة، أصبح أداء مثبطات اللهب والدخان لمواد الكابلات البلاستيكية موضوع بحث ساخن. في هذا المجال، سلسلة T من مثبطات اللهب PVC يينسو تتميز شركة Flame Retardant بأدائها الممتاز. تنتمي سلسلة T إلى منتجات الأنتيمون المركبة، والتي يمكن أن تحل محل ثالث أكسيد الأنتيمون التقليدي تمامًا، ويمكن لمنتج T30 أن يحل محل 50 إلى 60٪ من ثالث أكسيد الأنتيمون في صيغة PVC بدون ثالث أكسيد الأنتيمون.، والذي يوفر حلاً جديدًا لحماية البيئة وتحسين أداء مواد الكابلات.