聚氯乙烯助剂的应用与优势

PVC塑料是以PVC树脂为基础的多组分混合材料。聚乙烯塑料中助剂所占的成分较少，一般只有1%～3%，而PVC塑料各种助剂可能所占的成分超过50%。因此，PVC塑料性能不仅与PVC树脂有关，而且与助剂的品种、用量关系很大。

根据各种电线电缆的使用要求，在PVC中配以各种助剂（或称为配合剂）。这些助剂通常包括增塑剂、稳定剂、填充剂、抗氧剂及其他特殊配合剂（如阻燃剂、着色剂）。为了保证PVC塑料具有所要求的性能，对配合剂的品种、数量应认真选用，其基本要求如下：

①效率高；

②与PVC树脂相溶性好；

③不损害PVC的物理力学性能和电性能；

④对光、热稳定，挥发性小，有一定的耐候性；

⑤污染性和变色性小；

⑥迁移性小，分散性大；

⑦协同效果好；

⑧价廉、阻燃、耐寒。

1.增塑剂

PVC树脂由于极性、分子间力大，玻璃化温度T_g约为80℃，高于室温。这使PVC在室温时处于又硬又脆的玻璃态。这不仅使它的成型加工十分困难，而且即使加工出来在电缆上也无法使用。因为作为护层或绝缘使用时首先要有柔软性。聚氯乙烯中加入增塑剂后能大大降低T_g，并使其在室温下具有良好的柔软性，调整其物理力学性能，而且能降低黏流温度T_f，改进了可塑性、加工性能。增塑剂加入量在10～60份之间，增塑剂量的调整，可以制成软硬程度不同的产品。电缆用PVC塑料中，增塑剂量在40～60份之间。

1）增塑机理

增塑剂通过体积效应和极性效应起增塑作用。

①体积效应：增塑剂钻入大分子之间，把大分子之间的距离拉大，从而减弱了大分子链间的相互作用，提高了大分子链的活动性。这一变化，在客观上就反映了T_g的降低。显然，这种增塑作用与增塑剂的体积成正比。

②极性效应：增塑剂的极性基团与大分子的极性基团作用，减弱了大分子链之间的作用力。从而增塑剂对大分子的极性产生了屏蔽效应，故T_g降低。这种增塑作用与增塑剂的摩尔分数成正比。

一般来说，非极性增塑剂对非极性高聚物的增塑作用主要是体积效应。极性增塑剂对极性高聚物的增塑作用主要是极性效应。对PVC增塑主要是极性效应，但也有一定的体积效应。

2）电缆常用增塑剂

大多数增塑剂是有机酯类化合物，见表6-7。随有机酯分子量提高，酯的熔点、沸点提高，增塑的塑料耐热性提高。大多含苯环的酯类（如邻苯二甲酸酯系列）耐热性高；脂肪族二元酸酯系列耐寒性较好；而磷酸酯类还有阻燃作用，环氧化合物有防光老化作用。

表6-7 电缆常用增塑剂

除了上述有机增塑剂外，为了改进聚氯乙烯低温耐冲击性差，有效办法是加入玻璃化温度较低的、在室温下显示高弹性的改进剂，如氯化聚乙烯、丁腈橡胶、EVA以及ACR、MBS、ABS、SBS等。

2.稳定剂

稳定剂是聚氯乙烯必不可少的助剂，能抑制聚氯乙烯树脂在使用和加工过程中由于热、光作用而引起的降解和变色。

1）机理

聚氯乙烯在使用和加工过程中，受光、热的作用，容易脱去HCL，而HCL对PVC继续脱去HCL有催化作用，故必须在形成时尽快除去。稳定剂的稳定作用就是通过吸收HCL来达到目的。例如铅盐、金属皂类、有机锡化合物和环氧化合物等都具有吸收HCL的能力。

2）稳定剂的类型

稳定剂的种类繁多，在电线电缆中常用的是铅系稳定剂和金属皂类稳定剂。

①铅系稳定剂：铅系稳定剂价格低廉、稳定效果好、电绝缘性能优越，与氯化氢反应生成稳定的二氯化铅，吸水性小，适宜于潮湿环境下使用，因此它是电缆料绝缘配方中的主稳定剂。主要缺点是分散性不好，用量大（6～8份），毒性较大。

ⅰ）三盐基性硫酸铅（3PbO·PbSO₄·H₂O）：密度为6.4g/m³，是一种使用最广泛的稳定剂，有很强的吸收氯化氢的能力，长期稳定性好、电气性能好，具有白色颜料特性，耐候性好、不透明，主要用于不透明的软、硬聚氯乙烯及电线电缆料中。

ⅱ）二盐基亚磷酸铅（2PbO·PbHPO₃·1/2H₂O）：密度为6.0g/m³，除了有稳定剂的作用外，对紫外线有良好的屏蔽作用，有抗氧的功效，耐候性优良，还具有增白的特性，适用于不透明的聚氯乙烯电缆料。

此外，还有铅白[2PbCO₃·Pb（OH）2]、二盐基性硬脂酸铅[2PbO·Pb（C₁₇H₃₅COO）2]、二盐基性苯二甲酸铅[2PbO·Pb（OOC）2C₆H₄·1/2H₂O]等。

②金属皂类稳定剂：这类稳定剂常具有热稳定性或光稳定性，同时具有润滑作用，所以还是电缆料配方中常用的润滑剂。常用的品种如下：

ⅰ）硬脂酸铅：热稳定性好，对初期变色有抑制能力；(www.xing528.com)

ⅱ）硬脂酸钡：优良的热稳定性；

ⅲ）硬脂酸钙：兼有适当的热和光稳定性，且热稳定性高于光稳定性。

任何一种稳定剂单独使用时，都各有优缺点。因而都有一定的应用范围和局限性。在实用中，为了适合各种使用场合的要求，往往采用几种稳定剂并用，配合适当时起到协同效果，增强稳定效果。电线电缆用聚氯乙烯料一般采用铅系稳定剂为主稳定剂，再辅以皂类稳定剂。

3.填充剂

使用填充剂的目的，首先是为了增加制品容积，降低产品成本；同时改善某些性能（如电气绝缘性、耐热变形性、耐光热稳定性）。

使用填充剂时，同时会导致塑料拉伸强度、伸长率、耐低温性能、柔软性的不同程度下降，这些在配方设计中应予以考虑。

电线电缆工业中常用的填充剂有碳酸钙、陶土、煅烧陶土、炭黑、滑石粉、白炭黑、钛白粉等。碳酸钙在聚氯乙烯中还有吸酸作用，特别适合聚氯乙烯使用。

4.抗氧剂

抗氧剂在聚氯乙烯塑料中，基本上有双重作用：一是防止聚氯乙烯树脂的氧化裂解；二是保护增塑剂免受氧化作用。防止塑料在使用过程中的老化。如常用的桥式酚：

其中，X为（R₁、R₂为烷基或H），或—S—；R是Cl或烷基。

在聚氯乙烯电缆料中，最宜使用的是双酚A：

5.润滑剂

润滑剂的作用是降低聚合物与加工设备之间和聚合物内部分子之间的相互摩擦，从而改善塑料的加工性能，节约动力消耗，提高生产效率。防止因摩擦过大而引起的树脂降解，并提高了热稳定剂的使用效率。

润滑剂掺和于混合物中，在低温时，润滑剂在聚合物分子表面，使分子表面得到润滑，从而在加工设备的较低温度部位比较容易流动。随着温度的升高，聚合物分子开始软化，润滑剂也随之熔融，并掺入到聚合物粒子之中，提高了聚合物加工流动性。润滑剂按作用机理分为内部润滑剂和外部润滑剂。

内部润滑剂与聚合物都有一定的相容性，常温时相容性较小，而在高温时相容性相应地增大。对聚氯乙烯而言，润滑剂和增塑剂可视为同一类物质，不同的是润滑剂的极性较低，碳链较长，润滑剂同聚氯乙烯的相容性比增塑剂低。正因为如此，只有少数的润滑剂分子像增塑剂一样能穿入聚氯乙烯分子之间，消弱了聚合物分子之间的相互引力。聚合物在变形时分子链之间容易滑动和旋转，同时又不至于过分降低聚合物的玻璃化温度。如硬脂酸钙归类为内部润滑剂，一般用量为0.3～0.5份。

外部润滑剂主要特点是它和聚合物的相容性小甚至不相容，在加工过程中，在压力的作用下，容易从聚合物中挤出，移析到表面或在混合物料和加工机械的界面处。润滑剂分子取向排列极性基团向着金属表面，通过物理吸附或化学键形成一个润滑剂分子层。由于润滑剂分子内聚能低，因此可以降低聚合物与设备表面的摩擦力，防止其黏附在机械表面上。如液体石蜡为外部润滑剂，与聚氯乙烯相容性较差，一般用量为0.3～0.5份，如果过量，会产生压析与发黏的现象。

润滑剂的用量不宜多，一般为0.3～2份，用量过多，会使塑料表面发生喷霜现象，既损害外观，又影响性能。

理想的润滑剂，其分子结构巾应具有长脂肪族烃基（非极性基）和少数极性基。

常用的润滑剂有硬脂酸铅、二盐基性硬脂酸铅、硬脂酸钡、石蜡、硬脂酸和硬脂酸正丁酯。

6．着色剂

凡使制品具有某种颜色的配合剂，称为着色剂。着色的目的在于使电缆的绝缘线芯分色，便于使用和维修检验的方便。这对于通信和控制用的多芯电缆是很重要的。

物质呈现不同颜色的原理是，当一束光线射到物体上时，会发生三种情况：被物体吸收一部分；反射一部分；如果为透明物体还要透过一部分。物体的各种颜色就是因为各种物体的成分不同，而对光的吸收与反射（或透过）具有选择性。如果物体能反射全部入射光，则呈白色，全部吸收则呈黑色，而只反射红色、吸收其余光线的物体则呈红色，以此类推。我们感受到的颜色，就是制品表面上反射到眼睛视网膜光线的颜色。着色有两种办法，不透明的有色制品是在物料中加入具有某种颜色的颜料，透明的有色制品是将有机着色剂溶于物料，而使制品具有各种颜色。

着色剂分为两大类，即有机颜料和无机颜料。无机颜料的分散性、覆盖力差，在聚合物中是以物理分散的同体的悬浮状存在，所以用量大。它的特点是染色牢同性好，对热、光比较稳定。无机颜料有如下几种：

红色：氧化铁红(Fe₂0₃)。

黑色：炭黑。

黄色：铬黄(PbCr0₄)。

白色：钛白粉(Ti0₂)、碳酸钙、锌钡白(ZnS．BaSO₄)。

有机颜料着色力强、密度小、用量少、具有优异而鲜艳的色调和光泽、透明性好：但耐热性稍差，吸收增塑剂也大。有些颜料有迁移倾向，价格较高。电缆中常用的有机颜料用量一般不超0.5份，常用的有如下几种：

红色：立索尔宝红、立索尔大红、大红粉、金光红。

绿色：酚酞绿、颜料绿。

黄色：永固黄、连本胺黄、中铬黄。

蓝色：酚酞蓝。