非交联125℃聚氯乙烯电缆料的开发研究

非交联 125℃聚氯乙烯 电缆料的开发研究

熊英 夏星 周忠明 肖红杰 何鑫

广东祥利科技有限公司 广东云浮 527400

摘要：电线电缆绝缘和护套使用的塑料被称为电缆料，电缆料包含较多品类。当前电力设施发展，PVC电线电缆得到广泛应用。常规电线电缆的导体额定温度105℃，现目前105℃材料已能满足要求。但是随着新能源供电系统的普及，新能源充电柜等功率较大的充电电源线对PVC材料提出更高的耐热要求。为了保证电缆应用的稳定性，提高其性能与使用寿命。本文通过采用特殊材料和耐热125℃稳定剂，研制一款非交联125℃PVC电缆线，工艺简单易操作。与传统的电缆料相对比，耐温等级有一大步提升。

关键词：非交联125℃；新能源充电线；开发研究

引言：普通居民使用的电缆料，平均耐热能级在70-90℃之间。除去特殊用途和特殊环境下作业的电缆料以外，多数电缆料都是根据这一要求进行设计。特殊中高压电缆料对于耐热需求更高，一般采取交联的方式。但是交联剂作用下，电缆料造成资源浪费现象，无法保证有效回收，同时多一步交联工艺成本很高。对此，利用特殊材料和耐热125℃稳定剂，开发非交联电缆料，满足其应用需求。

一、研究背景

从当前国内电缆厂发展过程中来看，国内电缆厂对于电缆料的需求和要求都在不断增长。使得电缆料发展出多种类型，推动行业持续发展。但是除了常规使用的电缆料以外，特殊环境下使用的电缆料现有材料无法保证其耐热等级。电缆料制作使用的交联剂，影响电缆料后期回收，造成严重的浪费现象。同时多一步交联工艺成本很高，辐照不均匀导致材料性能不良也时有发生。因此亟待探寻新的材料，提升电缆料的耐热等级。因此，当前市面上采用的开发材料使用不同聚合度的PVC材料，提升电缆料的耐热性能。经过测试单纯从提高PVC树脂聚合度方法上优化，电线材料的耐热程度无法达到125℃耐温等级，需要针对其综合耐热能力和变形能力进行进一步研究，开发非交联125℃的电缆料。

二、开发试验

（一）主要原材料

1.PVC树脂

根据测试能够发现105℃的PVC电缆料，其制作电缆料过程中能够使用的树脂材料，最大聚合度在1300。并具备良好的性能，满足产品焊接与上锡的要求。对其此类电缆料老化测试条件，是在温度高达135℃的温度环境下放置七天。125℃材料的PVC电缆料测试测试条件提高到158℃。因此，优选平均聚合度2500的树脂。但聚合度高达2500的树脂属于特种树脂，其含有的无规分子链间含有较多的缠结点，这就造成交联结构产生，显示出较高的力学性能与耐热能力，其流动性相较于聚合度1300的树脂明显不足，使得电缆料加工温度范围较窄，需要严格控制加工工艺。在使用过程中，聚合度较高的树脂分子链间滑移困难，影响其塑性变形，这也是此类材料耐热且耐变形的重要原因；高分子质量的树脂材料分子结构，还能在一定程度上锁住增塑剂，减少增塑剂挥发。经过对比，两种树脂都各有优势，因此选择两种不同聚合度的PVC树脂材料，按照1:1的方式选取材料混合，将其作为开发电缆料的基础材料^[1]。

2.增塑剂

电缆料制造为了保证耐热性，会选择质量较好的增塑剂作为产品制造材料，其中TOTM作为最高耐温等级的增塑剂，在实际应用过程中满足了电缆料制造的各项性能需求。但是现TOTM无法达到125℃耐热等级要求，需要在此基础上寻找更耐热的材料。经过不断的筛选，选择特种耐热增塑剂，作为非交联125℃电缆料开发的主要增塑剂，经过试验特种聚酯耐热增塑剂各方面的性能指标，都强于TOTM增塑剂性能指标。进一步进行加热减量对比测试。使用不同类型的聚酯增塑剂，按照160℃的参数进行为期一周的测试。将增塑剂各自添加在烧杯中，敞口进行烘烤测试，获取具体测试结果。经过测试，也验证了特种增塑剂耐热性能远超出其他增塑剂。

3.稳定剂

基于环保角度考虑，可选择的稳定剂应从有机锡、稀土等类型中进行选择。当前，电缆料行业常用的稳定剂通常使用复合钙锌稳定剂，钙锌复合稳定剂在吸水、热稳定性等方面发展有极大的进步。根据市面常见的稳定剂进行考察，通过测试考察，发现当前市面存在的稳定剂并不能满足开发电缆料的需求。因此，特制用于开发的环保型稳定剂，保证其刚果红变色时间满足测试需求。

（二）试验部分

选择PVC-1300/2500、TOTM和特种聚酯增塑剂等材料，并在化工厂进行试验。准备不同聚合度的PVC各50份，以及配料进行混料处理。按照配方称重后，将材料加入PE袋中，进行反复摇动，直到摇晃均匀为止。最后加入油类物料，再次反复摇动。为了保证PVC材料有效拉伸，对压延机进行性能测试。根据测试结果取样，选取最终的平均值。

在对材料性能测试的过程中，由于炼制过程较复杂，本次简化操作，使用平板硫化仪将压延机制造的塑炼片放入老化箱中，进行为期一周的测试，并对其变化率进行计算。将配方中的增塑剂更换为TOTM后，使用压延机进行炼制。使用称量使用的电子称测试炼制后的塑炼片，并进行性能测试对比研究。

三、分析与讨论

（一）老化性能

根据电缆料老化性能指标与变化率参数，将125℃电缆料指标设置为与105℃相同的性能指标。根据测试性能结果，能够知晓125℃的电缆料能够与满足指标的实际需求，并且165℃与185℃的性能差异并不大，使用温度较小的一方进行下一步测试即可。

（二）耐迁移性

对125℃电缆料耐迁移性进行对比测试，根据结果获取各项性能得出结论，可以说性能的优越性来源于特种聚酯增塑剂的加入。由于特种聚酯增塑剂自身的分子质量大，保证了树脂材料在耐迁移性方面的稳固性。

（三）电学性能

电缆料试验配方是根据105℃电缆料配方优化而来，通过重新配比部分增塑剂与稳定剂，进一步提升电缆料的稳定性，不会对其应用造成太大影响。因此，本次开发的电缆料性能能够满足国家规定要求，可以将其各项指标作为电缆料电性能指标。

表1 电缆料测试报告

四、挤出试验

在进行一次挤出加工的过程中，挤出加工的电线，需要保证挤出温度在170-175℃之间。与以往的电缆料相比较，本次开发的电缆料生产出来的电线整体较为粗糙。在挤出温度高达190-195℃时，表面开始逐渐变得细腻。结论是挤出速度相同的情况，电缆料表面光亮度会随着挤出温度提高逐渐变好。根据挤出试验，能够说明温度越高其塑化质量越差，这是因为树脂材料有较高的聚合度，影响塑化过程中。并且高耐热的电缆料，其塑化温度本就高出普通电缆料，不会因为常规高温而出现热变形^[2]。可以说后续加工过程中，只要保证挤出温度与速度，能够保证工业化生产的电缆料质量。

结论：综上所述，本文开发的非交联125℃电缆料，是技术方面的一大突破，耐温等级提升一个等级，非交联工艺制造电线电缆方便，成本控制有效。可广泛应用于新能源充电柜等功率较大的设备中，此电缆应用安全稳定性，使用寿命长，有着广阔的应用前景，能够满足电缆、车辆布线等多行业对电缆料的需求，切实提高产品性能。

参考文献：

[1]陈倩影. 废弃PVC电缆料的回收利用新技术与新工艺研究[D].桂林电子科技大学,2020.

[2]李洋. 丙烯酸异辛酯型大分子增塑剂的制备及其对PVC电缆材料的改性[D].浙江理工大学,2019.