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)過一系列研究，用國產(chǎn)鈣/鋅穩(wěn)定劑，配合適當溫度等級的增塑劑，分別制得了70,90,105℃的環(huán)保PVC護套料，環(huán)保要求符合RoHS規(guī)定，性能可滿足GB/T 8815-2002的要求。

4 .1PVC樹脂的選用

  選用合適的PVC樹脂是設(shè)計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，制品的拉伸強度、沖擊強度、彈性模量越高，但熔體的流動性與可塑性下降，耐熱耐寒性越好，加工溫度越高。試驗發(fā)現(xiàn)，采用聚合度為1300左右的聚氯乙烯樹脂較適合(即SG-3型樹脂)。

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。通過配方試驗發(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到標準要求。因此使絕緣料的熱失重和斷裂伸長率及體積電阻率同時滿足標準要求是配方研制的關(guān)鍵所在。

  PVC樹脂有良好的絕緣性能，增塑劑的加入會使絕緣性能降低。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)性及耐熱性優(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單獨使用難滿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)性與其閃點有關(guān)，閃點低的揮發(fā)性較大。

由表1可知:13#的熱失重比其他三個配方大，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);熱失重會在一定程度上影響塑料的斷裂伸長變化率。

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，這是因為雖然兩個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，這是因為在DOTP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#配方的低溫沖擊實驗不合格，這是因為2#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矛盾，要使他們同時滿足標準要求，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)定性接近或超過某些鋇/鍋穩(wěn)定劑、鉛類穩(wěn)定劑，并且耐候性好、透明性良好。鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑對熱穩(wěn)定時間的影響見表3配方中填充劑25份，潤滑劑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)煙性將會有所不同。對于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)當增塑劑含量增加時，PVC的氧指數(shù)降低。對于不同的增塑劑，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）等無機阻燃劑，它們的用量對PVC的阻燃性能影響很大，國內(nèi)外學(xué)者對此作了很多相關(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，在納米Sb2O3的添加量大于1.5份時，納米Sb2O3對PVC的氧指數(shù)貢獻大于微米級Sb2O3。他們還研究了PVC在Sb2O3與ZB的質(zhì)量比不同的時候的氧指數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量比的增加，氧指數(shù)下降。這就是說，加入Sb2O3越多，PVC的阻燃性能越高，但是由于Sb2O3價格比較昂貴，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的添加量對阻燃性能的影響，還研究了Al（OH）3用量對阻燃性能的影響，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氧指數(shù)提高1到2倍，但是電纜料的燃燒速度也會加倍，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。

性能測試

    極限氧指數(shù)(L01)按國標GB /T 2406-2006標準進行測試，試樣尺寸100 mmx6.5 mmx3.2 mm.

    力學(xué)性能按國標GB /T 1040-2006標準進行測試，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電纜料的拉伸強度呈下降趨勢，斷裂伸長

率先有一個微小的升高后降低的趨勢，但拉伸強度與斷裂伸長率的降低均不明顯，拉伸強度最大降低7. 5 %，斷裂伸長率最大降低9. 47%。這是因為使用的硼酸鋅為微米級的硼酸鋅，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PVC的氧指數(shù)貢獻大十微米級三氧化二銻，當氧指數(shù)為35%時一，納米三氧化二銻的添加量可以比微米級三氧化二銻少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，這說明硼酸鋅對氧指數(shù)的貢獻小十三氧化二銻，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電纜料的拉伸強度呈下降趨勢，斷裂伸長率先有一個微小的升高后降低的趨勢，但拉伸強度與斷裂伸長率的降低均不明顯，拉伸強度最大降低7. 5 %，斷裂伸長率最大降低9. 47 %。

(五) 結(jié)束語

隨著人們環(huán)保意識和安全意識的增強，阻燃抑煙的PVC電纜料的研究和生產(chǎn)引起了世界各國的普遍關(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展。對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開發(fā)出更多的集無毒、高效于一體的新型環(huán)保阻燃的PVC電纜材料。

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