PVC电缆料出油的影响因素及测试方法
一、引言
随着PVC电缆料价格的不断压低，供应商不断寻找低成本的原材料，同时对电缆料配方进行调整以保证能满足标准要求的基本性能。对于一些标准未规定的项目，供应商和电缆料应用厂家都无法去及时进行验证，导致电缆料的应用存在一定隐患，也给电缆的正常使用带来风险。
近年来，发生了多起PVC护套电缆在使用过程中表面出现了不同程度的出油现象，作为严重的质量事故对公司造成了较大的损失。针对出油的问题，本文从成分检测判断到原材料使用、加工工艺等方面进行探讨，作为PVC防出油电缆料在材料选择、配方设计和工艺设计时的参考。
二、影响因素
2.1 原材料
2.1.1 PVC树脂
PVC的类型和牌号多达数百种，不同类型和牌号的PVC在性能和结构上的差异，对产品的实际应用影响较大。在PVC树脂性能中，增塑剂的吸收性和粒径大小都直接影响树脂与增塑剂的相容性。PVC树脂的合成方法不同，对树脂颗粒的表面特性、颗粒的孔隙度和分子量分布会有较大影响，与增塑剂的相容性也会有较大差异。相容性较差时，在电缆使用过程中，增塑剂会从PVC大分子空隙间迁移出来，电缆表面会有增塑剂析出形成“出油”的现象。
2.1.2增塑剂
增塑剂主要为了消弱聚合物分子间力，增加分子链的移动性，从而增加了聚合物的塑性，加工性能得到改善，伸长率和柔韧性得到提高。为了避免PVC护套电缆在使用过程中有增塑剂析出，选用增塑剂时要考虑两个控制因素：增塑剂从PVC树脂中的迁移能力，随增塑剂含量增加变化较大；增塑剂与其它物质的相容性或渗入其它物质的倾向，以及这种倾向性与增塑剂和PVC树脂的相容性比较。
增塑剂与PVC的相容性一般通过溶解参数来判断，与PVC的溶解参数9.6越接近的相容性越好。同时增塑剂的选择和使用应从分子结构、化学性能上加以考虑。
增塑剂的种类、分子量和浓度作为配方中可以调节的因素，对相容性、加工性能和PVC制品的性能有着较大的影响。
2.1.3 稳定剂
稳定剂或其它添加剂的化学结构及分解产物的结构，可能在加工过程中发生物理或化学变化。稳定剂可能会成为增塑剂的氧化促进剂，降低了增塑剂的相容性，导致增塑剂的析出。复合铅类是目前应用较多的稳定剂之一，其主要成分为硬脂酸铅，润滑性和相容性都相对较差，用量不能太大。稳定剂选择不当或含量较大时也会造成电缆料的出油。
2.1.4 加工助剂
为了保证PVC的加工性能，配方中往往会加入润滑剂等加工助剂，硬脂酸类润滑剂与PVC增塑剂的相容性较差，用量不能过多。
2.2 加工工艺
2.2.1捏合温度和速度
PVC粉料与增塑剂为了更好的接合在一起，需要通过搅拌捏合作用让增塑剂充分渗入到树脂和其它粉体材料中去，捏合不匀会造成增塑剂吸收效果较差，加工成型后易跑出。
2.2.2造粒工艺
造粒过程中，螺杆对物料的挤压、加工的温度和湿度等因素都会影响到物料混合的均匀性，工艺参数不当都会使PVC电缆料随时间的延长出现不同程度的“出油”。
2.2.3挤出工艺
粒料在挤出到电缆表面时，会在挤出机内形成二次塑化，温度过高会造成小分子的逸出和树脂的分解，都会给增塑剂的析出带来一定的风险。
2.3 储存和使用环境
在存储过程中，PVC粒料也会受环境温度、湿度、堆积压力和微生物等因素的影响直接或间接的导致增塑剂的析出。相容性较差的增塑剂随着环境温度的升高过程中会缓慢析出。湿度增大，增塑剂吸收水分后会发生缓慢的水解，造成析出。
三、问题跟踪
对发生出油现象的电缆，搜集表面的出油物利用红外光谱进行分析，见图1。从红外光谱图可以看出，析出物主要成分为环氧酯类。对照目前生产用PVC护套料配方可以发现，环氧酯类物质主要对应的是环氧类增塑剂。
图1 析出物红外光谱分析图
降低成本且保证加工性能的前提下，现有配方中环氧类增塑剂这种辅助增塑剂逐渐取代了主增塑剂的位置。在常规性能测试和加工过程中，粒料都显示出很好的性能，促进了这种辅助增塑剂的大量使用。辅助增塑剂在使用中有一个相对较低的临界浓度，在没有一个明确界限的前提下，大量使用环氧类增塑剂给电缆表面“出油”带来了很大的风险。
四、检测方法
现有检测标准不能满足电缆出油性能检测的要求，需要寻求一种比较合理的检测方法来进行判定。根据增塑剂迁移定义：含有增塑剂的软质PVC等树脂与其它物质接触时，增塑剂会渗出并能扩散到其它物质的现象。ISO177和ASTM D2199给出了一种吸附法测试增塑剂的迁移损失的方法，ISO176和ASTM D1203规定了通过活性碳吸附法来测试增塑剂的挥发损失，ASTM D2383和2391规定了潮湿条件下和压缩条件下的增塑剂析出测试方法，国内现有的只有GB/T 20499，用于测定食品包装用PVC膜中己二酸二己酯迁移量的测定。这些标准对电线电缆的检测具有较大的局限性，不能很好的评价出出油的风险性大小。
针对析出物成分主要为环氧类增塑剂，通过不断试验，最终确定一种浓硫酸增重的方法可以很快的检测出电缆料中环氧类增塑剂的含量大小，进而判定电缆使用时是否存在出油的风险。
五、改进措施
环氧类增塑剂的性能指标中有2个非常重要的指标：碘值和环氧值，电缆中使用的一般要求环氧值>6.0，碘值<3.0。在此条件下，环氧类增塑剂用量可以达到增塑剂的50%左右（需要根据具体配方进行调整）。在限定环氧类增塑剂用量的前提下，优化加工工艺，保证增塑剂的充分吸收也是避免增塑剂析出的重要手段。
六、结论
根据现有出油情况分析，制定相应的检测标准，对现有配方进行调整。通过严格的原材料控制和工艺优化，保证产品质量的稳定性，能较好的控制电缆使用过程中的出油问题。