بررسی اثر پایدار کننده حرارتی بر رفتار عایقی آمیزه های پلی وینیل کلراید نرم

بررسی اثر پایدار کننده حرارتی بر رفتار عایقی آمیزه های پلی وینیل کلراید نرم

حضور تیم تحقیق و توسعه آمیزه های پلیمری ابهر در هفتمین همایش ملی پلیمر ایران

علیرضا عالمی¹ ، وحید محسنی² ، مسلم میرزایی³، شاهین جهان یار⁴، ابولفضل حلوائی⁵

^1.3.4 –کارشناس ارشد، واحد تحقیق و توسعه، گروه تولیدی گرانول قزوین، تهران، ایران

² –مدیر، واحد تحقیق و توسعه، گروه تولیدی گرانول قزوین، تهران، ایران

⁵– کنترل کیفیت، شرکت آمیزه‌های پلیمری ابهر، تهران، ایران

چكيده

پلاستیک های مختلفی مانند PVC، PE و…  برای تولید روکش و عایق کابل های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.خواص الکتریکی آمیزه های پلاستیکی یکی از مهم ترین عوامل برای استفاده از پلیمرها جهت روکش و عایق کابل ها در کاربردهای گوناگون می باشند. استفاده از PVC  در صنعت سیم و کابل برای دهه ها مورد توجه بوده است. در آمیزه های برپایه PVC، اجزا فرمولاسیون در تعیین خواص الکتریکی و فیزیکی نقشی کلیدی دارند. در مطالعه انجام شده، اثر پایدار کننده های حرارتی بر مقاومت سطحی اندازه گیری شد. مشخص شد با افزودن مقدار برابر از پایدار کننده های حرارتی پایه سرب، کلسیم-زینک، باریم-کادمیم و قلع؛ پایدار کننده حرارتی سرب توانست مقاومت سطحی را به  Ω 10¹⁵×12/1 افزایش دهد. همچنین پایدار کننده کلسیم-زینک باعث ایجاد بیشترین مقاومت حجمی ( .Cm Ω 10¹⁵×93/3) در نمونه شد.

1.مقدمه

 PVC به علت دارا بودن خواص مکانیکی عالی، مقاومت شیمیایی مناسب و تاخیر ذاتی خود  درگسترش شعله آتش برای استفاده در روکش و عایق کابل ها مورد توجه می باشد. اجزا آمیزه های PVC نقش مهمی بر خواص روکش و عایق کابل (خواصی مانند چگالی، میزان سختی، مقاومت حجمی و …) دارند اما به صورت معمول آمیزه های PVC دارای خواص الکتریکی به شرح جدول 1-1 می باشند [1].

مقاومت سطحی (Ω)	استحکام دی الکتریک (Kv/mm)	ثابت دی الکتریک (1KHz)
1013-109	6/27-7/19	7/11-5/3

استفاده از PVC همراه با پایدار کنند های حرارتی امکان بهره گیری از این پلیمر را در کاربردهای مختلف دمایی را فراهم کرده است [2]. در فرمولاسیون PVC نرم، از انواع مختلف نرم کننده ها (دی اکتیل فتالات، دی اکتیل ترفتالات و … ) در کنار سایر اجزا استفاده می شود. هر یک از اجزای اضافه شده به PVC می توانند خواص گوناگون از جمله خواص الکتریکی آمیزه را تغییر دهند.

در بررسی اثر نرم کننده بر مقاومت عایقی آمیزه های PVC، PAYNE و همکاران اثر همزایی نرم کننده ها را مورد بررسی قرار دادند. مشخص شد استفاده ترکیبی از دو نرم کننده دی-ان، اندرسیل فتالات (DUP) و تری-2، اتیل هگزیل تریم لیتات (TOTM) میزان مقاومت عایقی را می تواند به 6932 مگا اهم افزایش دهد. [3].

ما در این مقاله به بررسی اثر نوع پایدارکننده های حرارتی (در مقدار ثابتی از نرم کننده) برخواص الکتریکی PVC پرداخته ایم.

2. روش­های تجربی یا نظری

2-1. مواد

ما در تحقیق خود، از PVC (با مقدار k-Value برابر 66 و ویسکوزیته ذاتی 85/0 میلی لیتر بر گرم)   بعنوان رزین استفاده نمودیم. نرم کننده دی اکتیل تر فتالات ( با دانسیته98/0  گرم بر سانتی متر مکعب) در کنار کلسیم کربنات (mesh 1200) برای فرمولاسیون استفاده شد. چهار نوع پایدار کننده پایه سرب، کلسیم-زینک، باریم-کادمیم و قلع جهت افزایش پایداری حرارتی آمیزه PVC استفاده گردید.

2-2. اختلاط مواد

ابتدا رزین PVC همراه پایدار کننده حرارتی و کربنات کلسیم به مخلوط کن با سرعت بالا اضافه گردید در دمای 70 درجه سانتی گراد، نرم کننده تر فتالاتی به مخلوط هر آمیزه اضافه گردید. در آخر چهار فرمولاسیون مانند جدول 2-1 تهیه گردید.

نمونه	STAB-01	STAB-02	STAB-03	STAB-04
PVC Resin	100	100	100	100
CaCO3-Filler	80	80	80	80
Plasticizer	44	44	44	44
Ca/Zn-Stabilizer	4	0	0	0
Lead-Stabilizer	0	4	0	0
Ba/Cd-Stabilizer	0	0	4	0
Tin-Stabilizer	0	0	0	4

2-3. آماده سازی نمونه ها

جهت بررسی خواص الکتریکی و مکانیکی، از هر یک از آمیزه های حاصل، نمونه صفحه ای  در ابعادcm 5/17 cm×  5/17 توسط دستگاه پرس گرم تهیه شد. سپس به مدت 16 ساعت در دمای اتاق نمونه ها نگه داری شد و برای انجام آزمون های مختلف مورد استفاده قرار گرفتند.

2-4. آزمون های فیزیکی-مکانیکی و الکتریکی

برای بررسی رفتار مکانیکی نمونه ها، از آزمون سختی(2240 ASTM D) و کشش (1-2-60811 IEC) استفاده گردید. همچنین برای تاثیر پایدار کننده های حرارتی بر خواص الکتریکی، آزمون مقاومت سطحی و حجمی (257 ASTM D) اندازه گیری شد.

3. نتایج و بحث

در جدول 3-1 نتایج مربوط به خواص فیزیکی-مکانیکی آمیزه ها نشان داده شده است. با توجه به فرمولاسیون هر نمونه (مقدار ثابت از نرم کننده و پرکننده در هر 4 نمونه)، رفتار مکانیکی هر 4 آمیزه مشابه یکدیگر به دست آمد.

نمونه	STAB-01	STAB-02	STAB-03	STAB-04
Hardness (Shore A)	89	90	89	91
Tensile (MPa)	5/12	13	12	5/12
Elongation (%)	185	175	173	180

جدول 3-2 بیانگر رفتار مقاومتی نمونه ها می باشد.

نمونه	STAB-01	STAB-02	STAB-03	STAB-04
مقاومت سطحی (Ω)	1014×35/9	1015×12/1	1014×49/4	1014×12/1
مقاومت حجمی (.Cm Ω)	1015×93/3	1014×57/7	1013×83/8	1013×72/8

با توجه به نتایج بررسی مقاومت حجمی و سطحی آمیزه های PVC نرم )جدول3-2(در آمیزه های دارای پایدار کننده پایه سرب و کلسیم-زینک) به ترتیب بیش ترین مقاومت سطحی و حجمی حاصل شد. با توجه به حساسیت مقاومت سطحی به خلوص در سطح مواد، می توان گفت عدم حضور مواد فرار برای پایدار کننده پایه سرب در سطح، سبب افزایش مقاومت سطحی برای نمونه STAB-02 شده است. همچنین از آنجایی که مقاومت حجمی به ویژگی ذاتی مواد ارتباط دارد، افزایش مقاومت در نمونه STAB-01 را می توان به رسانایی  کمتر فلزات موجود در این نمونه نسبت داد.

4. نتیجه‌گیری

در آمیزه‌های PVC نرم، استفاده از پایدار کننده های حرارتی مهم  می باشد. یکی از کاربرد های آمیزه های PVC نرم در روکش سیم و کابل ها است که در این کاربرد خواص الکتریکی اهمیت زیادی دارد. در این پژوهش ما به بررسی اثر نوع پایدار کننده حرارتی بر خواص عایقی پرداختیم. نمونه های دارای پایدار کننده های حرارتی پایه سرب و کلسیم-زینک، به ترتیب بیش ترین مقاومت سطحی و حجمی را از خود نشان دادند.

قدردانی

 با تشکر از مدیر عامل و مدیریت محترم واحد تحقیق و توسعه شرکت تولیدی گرانول قزوین که همواره به بررسی و تحقیقات علمی نگاه ویژه داشته اند.

مرجع­‌ها

[1]	R. B. a. K. D. Srivastava, Characteristics of Cable Materials” in Power and Communication Cables, New York: IEEE Press, 2000.
[2]	C. E. S. J. W. D. C. A. &. B. M. T. Wilkes, “PVC handbook,” Cincinnati, pp. 173-335, 2005.
[3]	M. T. P. a. J. T. RENSHAW, “A Monomeric Plasticizer for High,” VINYL TECHNOLOGY, vol. 8, JUNE 1986.