电缆市场数据显示,2000年全球市场的聚合物产量为4500万吨,欧洲、美国和亚洲的产量几乎相等。除了聚氯乙烯(65%)以外,在各种电线电缆中应用量最大的是各种聚烯烃(28%)。
本次研究中,我们观察了聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的稳定性并比较了两种聚合物稳定性方面的要求。PP主要用途是在电话传输的单芯电线上的应用。PP和PE相比,具有更高的热变形温度及更大的硬度等。在过去的工作中,我们研究了交联和非交联聚乙烯的稳定性,一个很小但很有用的用途是可以用做通信线和电力电缆的绝缘、护套层。和PE相比,PP在更高的工作温度方面具有微弱优势。
2. 聚烯烃的稳定性
聚烯烃在生产和使用过程中很容易氧化。通过使用合适的稳定剂能够控制导致物理性质下降的根本原因。生产过程中稳定性的控制通常可以用磷酸或磷酸酯和酚类抗氧剂的复合来完成。经过长时间热老化后(LTHA),经常会消耗大量的酚类抗氧剂。此过程中所有的稳定剂都是抑制氧化过程的抗氧化剂物质。第一种抗氧剂(酚类抑制剂和胺类抑制剂)是捕获氧化过程中所发生的活性基。第二种抗氧剂(含硫增效剂和磷酸酯类)分解氧化中间体。金属抑制剂作为一种双重功效稳定剂,具有收集金属污染物以防止金属物质(铜金属等)加速氧化及充当酚类抗氧剂的功能。
有多种方法可以评估电缆中稳定剂的性能。长时间热老化(LTHA)是一种评估电缆寿命的普通方法。将电缆放入80-120℃的烘箱中一段时间以后可以发现其物理缺陷。通常情况下,低温更容易实现,但需长时间采集数据。高温情况下暴露缺陷的时间很短,但高温的应用显示出在很多由温度上升过程中发生大量化学副作用所带来的问题。氧化诱导时间(OIT)是一种熔融温度下的仪器测量方法。因此,OIT仍然非常迅速(大约30秒),但缺少系统预报性,事先没有表现出来。经常对成品做热试验。生产过程及与UV稳定性相对应的长时间热稳定性也非常重要,经过不同的老化条件后可以测量出诸如颜色、光泽、拉伸性能等物理特性。
图1是聚合物氧化及氧化抑制点的示意图。一开始是产生不希望有的基本成分。除非这些基本成分受到限制或者氧化过程中的过氧化物媒介分解,否则,与氧气反应产生的双倍基本成分而导致缺陷出现。很明显,第一种抗氧化剂可以通过限制聚合物基本成分或过氧化物的分解来抑制氧化过程。在此图的底部,第二种抗氧剂将过氧化物还原成乙醇。
在OIT评估中,一种不稳定的"基本"系统电线电缆用高密度聚乙烯(HDPE)在200℃时的氧化时间为零。总共只有百万分之1000(1000ppm)的抗氧化剂表现出明显的不同。当Anox 20的作用时间为14分钟时,Anox 70的作用时间是12分钟(见图2.)。更高级的Lowinox TBM6的作用时间(30分钟)表明其在这种应用情况下是一种非常高效的抗氧剂。在以前的文章中我们已经很深入地研究了Lowinox TBM6的作用时间很长的原因。图3.显示的是电线电缆中各种抗氧剂的化学结构。