制备硬质PVC管材的配方及性能优化实例

实例1.阻燃绝缘级聚氯乙烯电缆料

（1）基础配方（质量份）PVC 100；季戊四醇酯类28；偏苯三酸三辛酯10；氯化石蜡5；稳定剂13；稳定剂24.5；阻燃剂5；润滑剂2；抗氧剂0.5；CaCO₃6。

（2）制备方法 生产工艺流程如下：

1）筛分。将PVC树脂粉料通过一定目数的筛网进行筛分，以除去树脂中的机械杂质及“鱼眼”等。

2）混合。将稳定剂、阻燃剂、润滑剂、增塑剂等加入釜中，搅拌均匀，送入砂磨机研磨，控制细度，过滤后送入储槽，在搅拌下储存、备用。

3）色浆研磨。用增塑剂将颜料浸润，搅拌均匀，加入三辊研磨机研磨，使颜料充分分散，以提高其着色力。

4）捏合。将计量好的PVC树脂、色浆、混合制备好的浆料等送入高速混合釜，加温捏合，使各种物料混合均匀。

5）塑炼。将捏合好的物料送入密炼机密炼，再送入塑炼机开炼，使物料完全塑化。

6）切粒、包装。

（3）性能 阻燃剂及碳酸钙对制品氧指数、热稳定性的影响分别见表6-72和表6-73。

表6-72 阻燃剂对氧指数、热稳定性的影响

表6-73 碳酸钙对氧指数的影响

实例2.低烟低卤聚氯乙烯阻燃电缆料

（1）配方（质量份）PVC 100；DOP 20；DOTP 20；氯化石蜡15；三碱式硫酸铅4；二碱式亚磷酸铅3；HSt 0.5；石蜡0.5；CaCO₃30；Sb₂O₃5；Al（OH）360；硼酸锌5。

（2）制备方法

1）工艺流程。

配料→高速混合→塑炼→模压→制样→性能测试

2）工艺条件。炼胶时，应严格控制密炼机的辊温，以防止物料分解而影响性能。在该配方工艺中，前辊温度为150℃，后辊温度为155℃，且应使物料包后辊。在炼胶过程中，注意炼胶时间要相同；压片时，温度不能过高，预热要充分；压片过程中，排气要充分，以确保材料内部无气泡。物料及所受压力受压时间应相同，以免影响性能。预热压力为5MPa，温度为165℃，压片的压力为10MPa。

（3）性能Al（OH）3及Sb₂O₃用量对体系性能的影响分别见表6-74和表6-75。

表6-74 Al（OH）3用量对体系性能的影响

表6-75 Sb₂O₃用量对体系性能的影响

注：配方中Al（OH）3固定用量为60份。

实例3.改性聚氯乙烯电缆护套料

（1）配方（质量份）PVC 100；DOP 30～60；环氧大豆油2～3；TAS-3A 1～1.2；轻质碳酸钙10～20；稳定剂（脂肪酸皂类）3.5～4.5；颜料色浆 适量。

（2）制备方法

1）工艺过程。先将PVC原料、碳酸钙及粉状稳定剂在常温下混合均匀，时间约5min。然后升温到70～85℃加入增塑剂，混合5min，再升温到100℃加入润滑剂TAS-3A，混合5min。最后低速冷却，将混合均匀的物料在挤出机中进行塑化造粒。

2）挤出条件。加料段温度为（150±5）℃，压缩段温度为（160±5）℃，均化段温度为（170±5）℃，机头温度为（200±5）℃。挤出物料经口模切粒通过风冷成型。

（3）性能90℃PVC护套料（黑色）性能指标及实测值见表6-76。

表6-76 90℃PVC护套料（黑色）性能指标及实测值

实例4.程控交换机用PVC电缆绝缘料

（1）配方（见表6-77）

表6-77 程控交换机用PVC电缆绝缘料配方

（2）制备方法

配料→高速混合→塑炼→挤出→造粒→压片→制样

（3）性能 程控交换机用PVC绝缘料的物理性能见表6-78。

表6-78 程控交换机用PVC绝缘料的物理性能

实例5.70℃绝缘级PVC电缆料

（1）配方（质量份）PVC 85.0；增塑剂A 25.0；增塑剂B 8.0；增塑剂C 4.0；稳定剂1 2.0；稳定剂24.0；润滑剂0.7；抗氧剂0.2；取代剂15.0；其他6.0。

（2）制备方法

1）捏合。将称量好的PVC树脂及稳定剂等粉料送入高速捏合机，加温捏合，在80℃下操作10min，加入增塑剂，继续捏合8min出料。

2）塑炼。严格按工艺要求进行双滚筒炼胶机的开机和升温，严格保证一定的升温速度，达到160℃时，开始投料。将捏合粉料0.5～1kg投入炼胶机，在1mm下薄通15遍，1.5mm下薄通5遍，然后出料。混炼完全后出片，规格为宽200～220mm，厚2.5～3mm。

实例6.可耐105℃的软质PVC电缆料

（1）配方（质量份）PVC 100；填料10；稳定剂7；改性剂5；增塑剂45；硬脂酸0.3。

（2）制备方法105℃软聚氯乙烯电缆料工艺条件的控制十分重要，同一配方在不同工艺条件下生产的产品，电性能和力学性能也会出现差异，所以要严格控制生产中的工艺条件。其工艺流程如下：

1）捏合。树脂达50目筛，其他各种助剂经三辊研磨机研磨。蒸气压力为0.2～0.3MPa，捏合时间为10min左右。

2）密炼。蒸气压力为0.4～0.6MPa，空气压力为0.5～0.6MPa，电流为120～130A，时间为6～8min，出料温度为160～165℃。

3）开炼。蒸气压力为0.8～1.0MPa，勤翻炼。

4）出片。蒸气压力为0.8～1.0MPa，出片规格为宽200mm（或稍窄）、厚3mm。

5）切料。料粒规格为4mm×4mm×3mm，在换切其他色泽料时要把各工位清理干净。

实例7.PVC弹性体电缆料

（1）配方（质量份）PVC 100；增塑剂30～70；稳定剂3～7；润滑剂0.5～1.0；改性剂10～30；其他助剂适量。

（2）制备方法 生产工艺流程如下：

（3）性能PVC弹性体与PVC/NBR复合物的性能对比见表6-79。

表6-79 PVC弹性体与PVC/NBR复合物的性能对比

（续）

实例8.阻燃绝缘级聚氯乙烯电缆料

（1）原材料与配方（见表6-80）

表6-80 105℃阻燃绝缘级聚氯乙烯电缆料配方

（2）制备工艺 生产工艺流程如图6-16所示。

图6-16 生产工艺流程

1）筛分。将PVC树脂粉料通过一定目数的筛网进行筛分，以除去树脂中的机械杂质及鱼眼等。

2）混合。将稳定剂、阻燃剂、润滑剂、增塑剂等加入釜中，搅拌均匀，送入砂磨机研磨，控制细度，过滤后送入储槽，在搅拌下储存、备用。

3）色浆研磨。用增塑剂将颜料浸润，搅拌均匀，加入三辊研磨机研磨，使颜料充分分散，以提高其着色力。

4）捏合。将计量好的PVC树脂、色浆、混合制备好的浆料等送入高速混合釜，加温捏合，使各种物料混合均匀。

5）塑炼。将捏合好的物料送入密炼机密炼，再送入辊炼机开炼，使物料完全塑化。

6）切粒、包装。

（3）性能 阻燃剂Ⅰ对氧指数、热稳定性的影响见表6-81，碳酸钙对氧指数的影响见表6-82。

表6-81 阻燃剂Ⅰ对氧指数、热稳定性的影响

表6-82 碳酸钙对氧指数的影响

实例9.聚氯乙烯电缆护套料

（1）原材料与配方（见表6-83）

表6-83 原材料与配方

（2）制备工艺

1）工艺过程。先将PVC原料、碳酸钙及粉状稳定剂在常温下混合均匀，时间约5min。再升温到70～85℃加入增塑剂，混合5min。继续升温到100℃加入润滑剂TAS-3A，混合5mim。最后低速冷却，将混合均匀的物料在挤出机中进行塑化造粒。

2）挤出条件。加料段温度为150℃±5℃，压缩段温度为160℃±5℃，均化段温度为170℃±5℃，机头温度为200℃±5℃。挤出物料经口模切粒通过风冷成型。

（3）性能90℃护套料（黑色）性能指标见表6-84，70℃护套料（5320-1增白）性能指标见表6-85。

表6-84 90℃护套料（黑色）性能指标

表6-85 70℃护套料（5320-1增白）性能指标

实例10.辐照交联聚氯乙烯电缆绝缘料

（1）原材料与配方（见表6-86）

表6-86 原材料与配方

（2）制备方法

（3）性能 辐照交联聚氯乙烯（90℃）绝缘料性能见表6-87。

表6-87 辐照交联聚氯乙烯（90℃）绝缘料性能

（4）效果 研制成功的辐照交联90℃聚氯乙烯绝缘料性能完全满足标准《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》GB/T 8815—2008中对PVC 90℃绝缘料性能要求，热延伸性能也完全满足相关要求，有着广阔的应用前景和良好的经济效益。

实例11.105℃环保聚氯乙烯护套料

（1）原材料与配方（见表6-88）。

表6-88 原材料与配方

（2）主要设备SHR-10A型高速混合机，平行双阶螺杆挤出机（均为江苏昆山科信橡塑机械公司生产），QLB-D 25t平板硫化压床（上海第一橡胶机械厂）。

（3）制备工艺 将不同组分的原材料在高速混合机上混合6min左右，在挤出温度为130～160℃双螺杆挤出机上塑化造粒，将混好的护套料在165～175℃压床上模压15min制成试片，供试验用。

塑料挤出造粒在ϕ75/180双阶螺杆挤出造粒机上进行，挤出过程中设备负荷正常，塑化好的粒料表面光滑。

电缆护套的挤制在ϕ80挤出机上进行，试验电缆护套为3mm×1.5mm，挤出过程中设备负荷正常，挤出的电缆表面光滑而均匀。

（4）性能与效果（见表6-89～表6-91）。

表6-89 105℃环保聚氯乙烯护套料性能

表6-90 电缆护套性能

表6-91 环保性能

1）以聚氯乙烯（PVC）SG-3为基础树脂、Ca/Zn复合稳定剂为稳定剂、偏苯三酸三苯酯（TOTM）和邻苯二甲酸二异癸酯（DIDP）为增塑剂、重质碳酸钙为填充剂、双酚A为抗氧剂、聚乙烯蜡为润滑剂、高耐磨炭黑为着色剂，通过挤出造粒获得了性能优良的电线电缆用105℃环保聚氯乙烯护套塑料，已用于电缆的实际生产中。

2）105℃环保聚氯乙烯护套料的性能符合GB/T 8815—2008要求。

3）105℃环保聚氯乙烯护套料的环保指标符合相关标准要求。

4）105℃环保聚氯乙烯护套料的工艺性能良好。

实例12.90℃环保聚氯乙烯护套料

（1）原材料与配方（见表6-92）

表6-92 原材料与配方

（2）主要设备SHR-10A型高速混合机，kx20/40平行双阶螺杆挤出机（均为江苏昆山科信橡塑机械公司生产），QLB-D型（25t）平板硫化压床（上海第一橡胶机械厂生产）。

（3）制备工艺 将不同组分的原料置于高速混合机中混合约5min，用双螺杆挤出机在挤出温度为130～160℃下塑化造粒，制备护套料。然后在流化压床上于165～175℃模压15min制成试片，供试验用。

护套料挤出造粒在ϕ65/150双阶螺杆挤出机上进行，挤出过程中设备负荷正常，粒料条表面光滑。

在ϕ70挤出机上生产电缆护套，规格为3mm×1.0mm，挤出过程中设备负荷正常，电缆护套表面光滑。

（4）性能与效果（见表6-93、表6-94）

表6-93 90℃环保PVC护套料性能

表6-94 电缆护套性能

1）以PVC SG-3为基础树脂、Ca/Zn为复合稳定剂、DIDP和DOTP为复合增塑剂、重质Ca-CO₃为填充剂，通过共混设备制备了性能优良的电线电缆用90℃环保PVC护套料。

2）90℃环保PVC护套料的性能符合GB/T 8815—2008的要求。

3）90℃环保PVC护套料不含对人和环境有害的Pb、Cd、Hg、Cr⁶⁺等重金属及多溴联苯及其醚类物质。

4）90℃环保PVC护套料的成型加工性能良好。

实例13.环保型聚氯乙烯电缆料

（1）原材料与配方（见表6-95）

表6-95 原材料与配方

（2）电缆料制备 将原料按一定配比在高速混合机混合5min左右，用双阶螺杆挤出机（挤出温度130～165℃）塑化造粒，将粒料在平板硫化机上按相关标准模压成片，将其裁剪成规定尺寸试样进行性能测试。80℃等级电缆料加工工艺：捏合温度为100℃左右，捏合时间为6min左右，双螺杆挤出加工温度控制在150～160℃。

（3）性能（见表6-96、表6-97）

表6-96 80℃环保型PVC电缆料的环保性能

表6-97 80℃环保型PVC电缆料的性能

（4）效果 该电缆料在拉制电线时无须特制挤出螺杆，只需在普通单螺杆挤出机中拉线（挤出温度控制在170℃左右）即可。制成的电线经性能检测，能够满足美国汽车工程师协会《低压初级电缆》标准和日本汽车工程学会《汽车用薄壁绝缘低压电线》标准对绝缘材料的性能要求。用该电缆料生产的汽车线束，在各个方面均达到标准，特别是在磨刮方面性能十分优越，得到美国独资企业吉林白城德尔福派克电气有限公司（DELPHI）的认可。

实例14.阻燃电线套管

（1）原材料与配方（见表6-98）

表6-98 原材料与配方

（2）制备方法

（3）性能与效果

1）阻燃剂单独使用的阻燃效果远没有两种阻燃剂复配使用的效果好，尤其是硼酸锌与三氧化二锑复配使用效果最佳。

2）阻燃剂的加入都将损害制品的力学性能，加入量越多损害越严重。

实例15.低烟阻燃聚氯乙烯电缆料

（1）原材料与配方（见表6-99）

表6-99 原材料与配方

（2）制备方法

（3）性能（见表6-100）

表6-100 70℃低烟阻燃护套电缆料性能

70℃低烟阻燃PVC护套料制成的电缆已通过IEC 332-3成束燃烧试验。

（4）效果

1）70℃低烟阻燃PVC电缆护套料的各项性能都符合GB/T 8815—2008性能要求，氧指数为32%。烟密度D_m为295，烟密度降低51%。

2）设计配方时，必须综合考虑PVC电缆料的各项因素，通过增塑剂、阻燃剂、抑烟剂、填充剂等综合平衡，才能找到最佳低烟、阻燃效果。采用复合抑烟阻燃剂是一个好的方向。

3）该配方生产工艺与普通PVC电缆料工艺流程相同，所以生产上可行。

4）该电缆料符合放线要求，表面光亮，电缆通过IEC 332-3成束燃烧试验。

实例16.低烟低卤阻燃聚氯乙烯电线电缆绝缘料

（1）原材料与配方

1）原材料。PVC树脂、FR-水合硼酸锌（2ZnO、3B₂O₃·5H₂O）和氢氧化铝、磷酸盐、二茂铁、含钼化合物、CaCO₃、磷酸酯、聚酯类增塑剂、加工助剂等。

2）配方见表6-101。

表6-101 配方

（2）制备方法 挤出时工艺条件与普通电缆料条件基本一样（见表6-102），只是由于加入了较多的阻燃剂，塑化时间比普通PVC电缆料稍长，挤出电缆料的表面比较光滑。因此，该电缆料能满足电线电缆使用要求。

表6-102 挤出工艺条件比较（单位：℃）

（3）性能 电缆料的性能见表6-103。

表6-103 电缆料的性能

（续）

（4）应用 主要用作电线电缆绝缘层或保护层。

实例17.低烟阻燃聚氯乙烯电缆料

（1）原材料与配方

1）原材料。氧指数为45%或氯含量为62%～65%的PVC，增塑剂组合Ⅰ和Ⅱ（DOP、DOTP和氯化石蜡-70），填料体系，氢氧化铝，阻燃剂（Sb₂O₂）和稳定剂等。

2）配方。70℃低烟阻燃PVC电缆料配方见表6-104。

表6-104 70℃低烟阻燃PVC电缆料配方

（2）制备方法 按PVC挤出工艺条件，挤出成型电缆料，工艺流程为：

（3）性能70℃低烟阻燃护套电缆料性能见表6-105。

表6-105 70℃低烟阻燃护套电缆料性能

（4）效果

1）70℃低烟阻燃PVC电缆护套料的各项性能都符合GB/T 8815—2008性能要求，氧指数为32%，烟密度D_m为295，烟密度降低51%。

2）设计配方时，必须综合考虑PVC电缆料的各种因素，通过增塑剂、阻燃剂、抑烟剂、填充剂等综合平衡，才能找到最佳低烟、阻燃效果。采用复合抑烟阻燃剂是一个好的方向。

3）该配方生产工艺与普通PVC电缆料工艺流程相同，所以生产上可行。

4）该电缆料符合放线要求，表面光亮。电缆通过IEC 332-3成束燃烧试验。

5）低烟阻燃PVC电缆料目前尚无国家标准，因此还有待于进一步研究，以提高低烟阻燃性能。

实例18.阻燃、低烟、耐热聚氯乙烯电缆料

（1）原材料与配方

1）原材料。PVC电缆料原材料见表6-106。

2）配方。阻燃、低烟、耐热PVC电缆料配方见表6-107。

表6-107 阻燃、低烟、耐热PVC电缆料配方

（2）制备方法 制备工艺流程如图6-17所示。

（3）性能PVC电缆料的性能见表6-108。

图6-17 制备工艺流程

表6-108 PVC电缆料的性能

（4）效果

1）CaCO₃、ATH单独使用需较大用量时才有显著的阻燃效果，但此时试样力学性能将遭到严重损害；Sb₂O₃阻燃性虽好，但无消烟性；ZB/ATH、Sb₂O₃/CaCO₃、Sb₂O₃/ZB及Sb₂O₃/ZB/CaCO₃复配可对阻燃产生一定协同效应；Sb₂O₃与CaCO₃并用对改善发烟性无明显效果；Sb₂O₃/ZB/CaCO₃复配的消烟效果优于Sb₂O₃/ZB复配，当增塑剂用量同为40份时，两种复配试样的阻燃性接近。

2）增塑剂对PVC阻燃性的影响，PPA优于TOTM，而TOTM优于DOP和DOA，对发烟性的影响，DOA、PPA优于TOTM，DOP最差。试样中加入PPA虽有利于提高阻燃性和发烟性，但会使热老化性下降。TOTM可使试样热老化性达到最佳指标。

实例19.高温阻燃电缆料（内线）

（1）原材料与配方（见表6-109）

表6-109 高温阻燃电缆料配方

（2）制备方法 按配方称取物料，置于高速混合机中混合，待混合均匀后方可卸料。

（3）性能 符合GB/T 8815—2008的相关要求。

（4）应用 主要用于制造煤矿井下用电缆。

实例20.电线电缆用阻燃聚氯乙烯

（1）原材料与配方（见表6-110）

表6-110 电线电缆用阻燃PVC配方

（2）制备方法 按配方称取物料，置于高速混合机中混合2min后经双螺杆挤出机造粒。

（3）性能与应用 该料力学性能较好，阻燃性和消烟性良好，工艺性亦佳，主要用作电线电缆料。

实例21.低烟低卤阻燃聚氯乙烯电线电缆绝缘料

（1）原材料与配方（见表6-111）

表6-111 原材料与配方

（2）制备方法 将PVC、各种助剂及阻燃剂按配比混匀，在双辊塑炼机上于170℃混炼10min，在平板硫化机上于180℃、5MPa下热压2min，于15MPa下热压4min，取出再冷压，按要求制备待测样条。

（3）性能与效果

1）锡酸锌包覆碳酸钙能够部分或全部替代Sb₂O₃对PVC电缆料进行阻燃消烟处理，使PVC电缆料在氧指数仅略有降低的情况下，发烟程度明显降低，并且老化前后的PVC电缆料的力学性能以及老化质量损失均能满足GB/T 8815—2008的要求。

2）锡酸锌包覆碳酸钙的加入有利于PVC第一阶段的降解，降低最大失重速率温度，提高最大失重速率和活化能，延缓了PVC第二阶段的降解，使剩炭的稳定性增强。