傳統(tǒng)的PVC穩(wěn)定劑含有鉛等重金屬，性能雖好卻不環(huán)保，所以用環(huán)保的穩(wěn)定劑替代傳統(tǒng)的重金屬穩(wěn)定劑是必須的，目前研究較多、應(yīng)用較廣的是鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑。

 蘇朝北^{[3]~ [4]}等經(jīng)過(guò)一系列研究，用國(guó)產(chǎn)鈣/鋅穩(wěn)定劑，配合適當(dāng)溫度等級(jí)的增塑劑，分別制得了70,90,105℃的環(huán)保PVC護(hù)套料，環(huán)保要求符合RoHS規(guī)定，性能可滿(mǎn)足GB/T 8815-2002的要求。

4 .1PVC樹(shù)脂的選用

  選用合適的PVC樹(shù)脂是設(shè)計(jì)具有良好加工工藝性能的PVC絕緣料配方和生產(chǎn)性能良好的電纜的至關(guān)重要的一步。PVC分子量越高，制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彈性模量越高，但熔體的流動(dòng)性與可塑性下降，耐熱耐寒性越好，加工溫度越高。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用聚合度為1300左右的聚氯乙烯樹(shù)脂較適合(即SG-3型樹(shù)脂)。

4.2增塑劑的選擇

  增塑劑的主要作用是降低聚合物的熔融溫度和熔體粘度，進(jìn)而降低聚合物的加工溫度，賦予聚合物制品以柔軟性和耐低溫性能。通過(guò)配方試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，環(huán)保型70PVCC絕緣料在20及工作溫度下體積電阻率較難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此使絕緣料的熱失重和斷裂伸長(zhǎng)率及體積電阻率同時(shí)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求是配方研制的關(guān)鍵所在。

  PVC樹(shù)脂有良好的絕緣性能，增塑劑的加入會(huì)使絕緣性能降低。選擇電性能好、熱穩(wěn)定性好、揮發(fā)性比較小、增塑效果好的增塑劑才能使絕緣料有較好的電絕緣性能和物理機(jī)械性能。環(huán)保型聚氯乙烯絕緣料中較常使用的增塑劑有:鄰苯二甲酸二辛醋(DOP )鄰苯二甲酸二壬醋(DINP），鄰苯二甲酸二異癸醋（DIDP）鄰壓苯二甲酸二十一醋（DUP），鄰苯二甲酸雙十三醇酯（DTDP)，對(duì)苯二甲酸二辛醋（DOTP）偏苯三酸三辛酷（TOTM)等。

由圖1看出，增塑劑的揮發(fā)性及耐熱性?xún)?yōu)劣順序如下:TOTM  > DTDP > DUP > DIDP >DINP > DOTP > DOP o 。DOP具有優(yōu)良的綜合性能，增塑效率高、揮發(fā)性小、耐寒性和電性能等良好，是理想的主增塑劑。但DOP單獨(dú)使用難滿(mǎn)足絕緣料電絕緣能性的要求。DOTP與DOP性能相近，但耐寒性、耐熱穩(wěn)定性和電絕緣性都好于DOP(比DOP高約18倍)。因此，需將DOP與DOTP增塑劑配合使用，可獲得所需性能的絕緣料。

塑料的揮發(fā)性小,則制品的熱失重就少,其老化性能就好。其揮發(fā)性主要與所用增塑劑有關(guān)，增塑劑的揮發(fā)性與其閃點(diǎn)有關(guān)，閃點(diǎn)低的揮發(fā)性較大。

由表1可知:13#的熱失重比其他三個(gè)配方大，原因是增塑劑加入量較多揮發(fā)量增大所致。熱失重與增塑劑的揮發(fā)、氯化氫的逸出、低分子物質(zhì)的析出等有關(guān);熱失重會(huì)在一定程度上影響塑料的斷裂伸長(zhǎng)變化率。

由表2可知:10#配方在20及工作溫度下體積電阻率比5#配方高，這是因?yàn)殡m然兩個(gè)配方的增塑劑總用量相同，但10#配方中DOTP的比例較5#配方多所致;2#配方20及工作溫度下體積電阻率比5#配方高，這是因?yàn)樵贒OTP加入量相同下，2#配方中DOP加入量較5#配方少，絕緣電阻隨著增塑劑加入量增多而下降所致。另外，從表2也可以看出，2#配方的低溫沖擊實(shí)驗(yàn)不合格，這是因?yàn)?#配方的增塑劑用量較少導(dǎo)致材料的玻璃化溫度升高。因此絕緣電阻與低溫沖擊性能是一對(duì)矛盾，要使他們同時(shí)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，必須選擇適合的增塑劑并將其添加量控制在合適的范圍。

綜合多方面的因素選取鄰苯二甲酸二辛酯（DOP)和對(duì)苯二甲酸二辛醋CDOTP}作為PVC的增塑劑。加入DOTP主要是為了提高塑料的電絕緣性能等。

4.3環(huán)保穩(wěn)定劑的選擇

    環(huán)保PVC絕緣料的穩(wěn)定劑不能含對(duì)人體有危害的鉛(Pb),鍋CCd}、汞(Hg)、砷(As)、鉻(Cr)、硒(Se)、銻(Sb)等重金屬元素，因此選用無(wú)毒的鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性接近或超過(guò)某些鋇/鍋穩(wěn)定劑、鉛類(lèi)穩(wěn)定劑，并且耐候性好、透明性良好。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑對(duì)熱穩(wěn)定時(shí)間的影響見(jiàn)表3配方中填充劑25份，潤(rùn)滑劑0.6份，抗氧劑0.6。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的加入量太少材料老化性能不合格，加入量太多成本太高，一般加入5份左右比較合適。

（1）增塑劑用量對(duì)阻燃性能的影響PVC電纜料中加入的增塑劑不同，電纜料的阻燃性和發(fā)煙性將會(huì)有所不同。對(duì)于PVC電纜料中最常用四種增塑劑：鄰苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、磷酸三甲苯酯和聚酯系增塑劑，它們的阻燃性有很大的區(qū)別，科學(xué)家們做了相關(guān)的研究工作。在軟質(zhì)PVC100份中加入了30～60份的增塑劑，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)增塑劑含量增加時(shí)，PVC的氧指數(shù)降低。對(duì)于不同的增塑劑，下降的快慢程度基本一致。并且含磷酸三甲苯酯的PVC具有最高的氧指數(shù)，它比含有鄰苯二甲酸二辛酯的PVC的氧指數(shù)約高5。對(duì)發(fā)煙量的研究顯示，含鄰苯二甲酸二辛酯和磷酸三甲苯酯的PVC的發(fā)煙量隨著增塑劑的含量的增加而增加。但是含偏苯三酸三辛酯和聚酯系增塑劑的PVC具有相反的結(jié)果。

（2）阻燃劑用量對(duì)阻燃性能的影響

PVC電纜料中加入了Al（OH）₃，Sb₂O₃，硼酸鋅（ZB）等無(wú)機(jī)阻燃劑，它們的用量對(duì)PVC的阻燃性能影響很大，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此作了很多相關(guān)的研究。聶紅云等人研究了Sb₂O₃及Sb2O3/ ZB復(fù)配阻燃劑添加量對(duì)PVC氧指數(shù)的影響。他們發(fā)現(xiàn)隨著Sb2O3的增加，PVC電纜料的極限氧指數(shù)呈直線上升趨勢(shì)，在納米Sb2O3的添加量大于1.5份時(shí)，納米Sb2O3對(duì)PVC的氧指數(shù)貢獻(xiàn)大于微米級(jí)Sb2O3。他們還研究了PVC在Sb2O3與ZB的質(zhì)量比不同的時(shí)候的氧指數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量比的增加，氧指數(shù)下降。這就是說(shuō)，加入Sb2O3越多，PVC的阻燃性能越高，但是由于Sb2O3價(jià)格比較昂貴，所以一般加入Sb2O3的量不是很高，只要能保證一定的阻燃性即可。并且加入的ZB可以用作消煙劑，將ZB與Sb2O3復(fù)合使用將使得PVC電纜料在具有合適的氧指數(shù)的同時(shí)還具有低的生煙量。青島科技大學(xué)的黃兆閣[6]除了研究了ZB和Sb2O3的添加量對(duì)阻燃性能的影響，還研究了Al（OH）3用量對(duì)阻燃性能的影響，整體上，得到了這樣的規(guī)律：隨著阻燃劑用量的增加，PVC電纜料的阻燃性能有了明顯的提高。

（3）填充劑用量對(duì)阻燃性能的影響在PVC電纜料中，通常需要加入一定量的填充劑。如果我們加入滑石和陶土作為填充劑時(shí)氧指數(shù)提高1到2倍，但是電纜料的燃燒速度也會(huì)加倍，最大減光系數(shù)不變。如果加入Al（OH）3作為填充劑，燃燒速度增加50%，氧指數(shù)增加，最大減光系數(shù)下降，所以它對(duì)發(fā)煙量抑制的效果較好。在PVC中也通常加入CaCO3填充劑，科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，隨著CaCO3加入量的增加，PVC電纜料的氧指數(shù)下降，且最大減光系數(shù)也下降，所以加入CaCO3的量不能太多，否則會(huì)影響到電纜料的阻燃抑煙效果。但是CaCO3可以作為HCl氣體的捕獲劑，具有非常顯著的效果。

基本配方

  PVC 100份;DOP 30份;氯化石蠟10 } 25份;穩(wěn)定劑3份;CaC03 10一30份;

其他助劑1.2份;阻燃劑為變量。

性能測(cè)試

    極限氧指數(shù)(L01)按國(guó)標(biāo)GB /T 2406-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸100 mmx6.5 mmx3.2 mm.

    力學(xué)性能按國(guó)標(biāo)GB /T 1040-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣為V型試樣，拉伸速度為250 mm / min .

結(jié)果與討論

硼酸鋅 ( ZB) 與納米三氧化二銻復(fù)配阻燃劑對(duì)PVC 氧指數(shù)的影響

硼酸鋅 ( ZB) 與納米三氧化二銻復(fù)配阻燃劑對(duì)PVC力學(xué)性能的影響

    圖5所示為Sbz03 /ZB不同比例下PV C電纜料的力學(xué)性能。從圖中可以看出，隨著硼酸鋅比例的增加，PVC電纜料的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)

率先有一個(gè)微小的升高后降低的趨勢(shì)，但拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的降低均不明顯，拉伸強(qiáng)度最大降低7. 5 %，斷裂伸長(zhǎng)率最大降低9. 47%。這是因?yàn)槭褂玫呐鹚徜\為微米級(jí)的硼酸鋅，其粒徑分布為2一10微米，與納米三氧化二銻相差不大，因此對(duì)力學(xué)性能的影響不明顯。

4.5結(jié)論

 1)納米三氧化二銻對(duì)PVC的氧指數(shù)貢獻(xiàn)大十微米級(jí)三氧化二銻，當(dāng)氧指數(shù)為35%時(shí)一，納米三氧化二銻的添加量可以比微米級(jí)三氧化二銻少20%。

 2)納米三氧化二銻與硼酸鋅復(fù)合后材料的氧指數(shù)降低，這說(shuō)明硼酸鋅對(duì)氧指數(shù)的貢獻(xiàn)小十三氧化二銻，但復(fù)配后材料的生煙量大大降低，材料的整體成本也降低。

 3)隨著復(fù)配阻燃劑中硼酸鋅比例的增加，PVC電纜料的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率先有一個(gè)微小的升高后降低的趨勢(shì)，但拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的降低均不明顯，拉伸強(qiáng)度最大降低7. 5 %，斷裂伸長(zhǎng)率最大降低9. 47 %。

(五) 結(jié)束語(yǔ)

隨著人們環(huán)保意識(shí)和安全意識(shí)的增強(qiáng)，阻燃抑煙的PVC電纜料的研究和生產(chǎn)引起了世界各國(guó)的普遍關(guān)注。人們紛紛尋找能夠提高PVC電纜料的阻燃性能的方法，并取得了突破性的進(jìn)展。對(duì)PVC電纜料中加入的增塑劑、阻燃劑以及填充劑的量能夠做到很好的控制，這是開(kāi)發(fā)優(yōu)異性能的電纜料的前提。并且利用共混等方法將會(huì)開(kāi)發(fā)出更多的集無(wú)毒、高效于一體的新型環(huán)保阻燃的PVC電纜材料。

盡管環(huán)保法令日益嚴(yán)格,但PVC電纜料以其出色的性能、低廉的價(jià)格和容易加工的特點(diǎn)在電纜料中仍占據(jù)相當(dāng)?shù)姆萘?且這一局面在短期內(nèi)很難有根本改變,所以開(kāi)發(fā)環(huán)保、高性能的PVC電纜料在今后一段時(shí)間內(nèi)仍是一個(gè)熱門(mén)課題。