一种环保型pvc电缆套管
阅读说明：本技术 一种环保型pvc电缆套管 (Environment-friendly PVC cable sleeve ) 是由 陈晓梅 彭伏弟 李文权 马鑫 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环保型PVC电缆套管,属于PVC制品技术领域,包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；外管的原料包括氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、轻质碳酸钙、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须、改性二氧化钛、有机锡稳定剂、抗老化剂、抗冲改性剂和润滑剂；内管的原料包括氯化聚氯乙烯、轻质碳酸钙、有机锡稳定剂、改性二氧化硅、抗冲改性剂和润滑剂；改性二氧化钛和改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化钛、二氧化硅分别和ASA颗粒混合研磨。通过设置金属网,以及在内管和外管中加入不同的无机填料,使得热量不会聚集在与电缆直接接触的内管上,有效避免了热量聚集,影响电缆正常工作的问题。(The invention discloses an environment-friendly PVC cable sleeve, which belongs to the technical field of PVC products and comprises an inner pipe, a metal mesh and an outer pipe which are sequentially arranged from inside to outside in a concentric circle; the raw materials of the outer pipe comprise chlorinated polyvinyl chloride, light calcium carbonate, sodium stearate modified basic magnesium sulfate whisker, modified titanium dioxide, an organic tin stabilizer, an anti-aging agent, an impact modifier and a lubricant; the raw materials of the inner pipe comprise chlorinated polyvinyl chloride, light calcium carbonate, an organic tin stabilizer, modified silicon dioxide, an impact modifier and a lubricant; the preparation method of the modified titanium dioxide and the modified silicon dioxide comprises the following steps: titanium dioxide, silicon dioxide and ASA particles are mixed and ground respectively. Through setting up the metal mesh to and add different inorganic fillers in inner tube and outer tube, make the heat can not gather on the inner tube with cable direct contact, effectively avoided the heat gathering, influence the problem of cable normal work.)
技术领域
本发明属于PVC制品技术领域，具体涉及一种环保型PVC电缆套管。
背景技术
PVC是用量最多的通用塑料之一，其制成的管材具有管壁光滑阻力小，水密性佳，抗拉、抗压强度较好，耐腐蚀性、耐药性佳不易受到土壤酸碱度影响，以及价格较低的优点。这些优点使得PVC管广泛的用作给排水管、输送灌溉水管、穿线管等。PVC管作为电缆套管使用时，其内包裹有多条电缆，PVC套管通常具有良好的阻燃、绝缘和耐腐蚀性。为了保证电缆套管具有良好的支撑保护性能，常会加入各种填料对PVC管进行改性以增加PVC管的刚性，但电缆在工作过程中会出现发热的问题，如果热量不能及时导出，会影响电缆的正常工作，导致电缆老化加快，使用寿命降低，而目前市面上常见的单层PVC电缆套管通常在设计时不会考虑其导热性，因而普遍存在导热性不佳的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种提供电缆稳定工作环境的环保型耐老化PVC电缆套管。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、轻质碳酸钙、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须、改性二氧化钛、有机锡稳定剂、抗老化剂、抗冲改性剂和润滑剂；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯、轻质碳酸钙、有机锡稳定剂、改性二氧化硅、抗冲改性剂和润滑剂；
所述改性二氧化钛的制备方法为：将二氧化钛和ASA颗粒混合研磨3-4min；
所述改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化硅和ASA颗粒混合研磨5-6min。
其中，所述外管包括以下重量份的组分：氯化聚氯乙烯和聚氯乙烯100份、轻质碳酸钙10-20份、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须10-15份、有机锡稳定剂3-5份、抗老化剂0.5-1份、改性二氧化钛3-5份、抗冲改性剂6-8份、润滑剂2-3份。
其中，所述内管包括以下重量份的组分：氯化聚氯乙烯100份、轻质碳酸钙25-40份、有机锡稳定剂3-5份、改性二氧化硅4-7份、抗冲改性剂5-8份、润滑剂2-3份。
本发明的有益效果在于：本发明提供的PVC管为电缆套管，使用过程中电缆设置于内管中，内管的组分中加入了改性二氧化硅作为填料，能够有效提升内管的导热性能，将线缆的热量有效传递给金属网，金属网同样具有良好的导热性能，能够进一步将热量传递给外管，外管再逐步将热量与周围的环境进行交换，使得热量不会聚集在与电缆直接接触的内管上，避免了热量聚集在电缆套管无法快速散失，影响电缆正常工作的问题。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明提供一种环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、轻质碳酸钙、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须、改性二氧化钛、有机锡稳定剂、抗老化剂、抗冲改性剂和润滑剂；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯、轻质碳酸钙、有机锡稳定剂、改性二氧化硅、抗冲改性剂和润滑剂；
所述改性二氧化钛的制备方法为：将二氧化钛和ASA颗粒混合研磨3-4min；
所述改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化硅和ASA颗粒混合研磨5-6min。
本发明的有益效果：本发明提供的PVC管为电缆套管，使用过程中电缆设置于内管中，内管的组分中加入了改性二氧化硅作为填料，能够有效提升内管的导热性能，将线缆的热量有效传递给金属网，金属网同样具有良好的导热性能，能够进一步将热量传递给外管，外管再逐步将热量与周围的环境进行交换，使得热量不会聚集在与电缆直接接触的内管上，不同于目前单层的套管结构，有效避免了热量聚集在电缆套管无法快速散失，影响电缆正常工作的问题；
同时，本发明提供的PVC管为电缆套管，内管和外管分别使用不同配方制备得到，赋予不同的性能，外管具有良好的刚性，即使埋地后也能提供良好的支撑作用和阻燃作用，内管则起到良好的包裹、缓冲和导热效果；
同时，本发明提供的PVC管为电缆套管，通过采用ASA颗粒对二氧化钛和二氧化硅进行表面改性，有效克服了无机填料与聚合物相容性差的问题，改性后的二氧化硅和二氧化钛与其他组分具有良好的相容性，使其作为填料加入能够充分发挥提升管材性能的作用；外管中的二氧化钛本身可作为紫外线屏蔽剂使用，二氧化硅粒子能够吸收390nm以下的紫外光，二氧化硅的加入能够提升PVC的抗老化能力，但并不是所有类型的二氧化硅均能起到提升PVC的抗老化能力的效果。锐钛型的二氧化硅本身具有光催化活性，会导致PVC发生氧化降解，加速PVC管的老化，PVC中常用的是金红石型的二氧化硅，但即使是金红石型的二氧化硅也存在光催化缺陷，通常会包覆一层无机膜，如三氧化二铝或二氧化硅，进而屏蔽其晶体结构中的光催化活性点，本发明通过采用ASA颗粒对二氧化钛进行表面改性，有效克服了二氧化硅本身具有光催化活性，会导致PVC发生氧化降解，加速PVC管的老化的问题；使得制备得到的PVC电缆套管，即使在能透过紫外线的环境中使用，仍具有良好的耐老化性，使用寿命长，避免了频繁更换造成各类资源浪费的问题，更为环保；
同时，本发明提供了一种机械改性方法对二氧化硅和二氧化钛进行改性，改性方法简单、易于操作且快速高效，方便企业购买原料后直接进行改性。
进一步的，所述外管包括以下重量份的组分：氯化聚氯乙烯和聚氯乙烯100份、轻质碳酸钙10-20份、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须10-15份、有机锡稳定剂3-5份、抗老化剂0.5-1份、改性二氧化钛3-5份、抗冲改性剂6-8份、润滑剂2-3份。
进一步的，所述内管包括以下重量份的组分：氯化聚氯乙烯100份、轻质碳酸钙25-40份、有机锡稳定剂3-5份、改性二氧化硅4-7份、抗冲改性剂5-8份、润滑剂2-3份。
进一步的，所述二氧化硅和ASA颗粒的质量比为9:1-8:2，所述二氧化钛和ASA颗粒的质量比为8.5:1.5-7.5:2.5。
进一步的，采用球磨机进行研磨，研磨的转速为80-100r/min。
进一步的，所述二氧化硅和二氧化钛的粒径为0.4-0.8μm。
由上述描述可知，二氧化硅、二氧化钛与ASA颗粒的质量比以及研磨的转速会显著影响改性的效果，过高或低于上述质量比的组成，都会影响二氧化硅、二氧化钛和ASA颗粒的结合性，影响ASA在二氧化硅、二氧化钛表面包覆的效果，当二氧化硅、二氧化钛含量过高时易出现颗粒团聚的问题，分散性较差。同时二氧化硅和二氧化钛的粒径不易过小，过细的颗粒在改性过程中容易发生团聚，改性效果一般。研磨时的转速不易过快，会出现颗粒团聚的问题，而转速过低则会出现改性不充分的问题，而单方面在低转速下延长改性时间也不能提升改性效果。
进一步的，所述轻质碳酸钙的粒径为20-200nm。
由上述描述可知，轻质碳酸钙作为填料具有对制品增强的效果，上述粒径的轻质碳酸钙增强效果更佳。
进一步的，所述润滑剂为质量比为6-7:4-3的微晶蜡和硬脂酸钙。
由上述描述可知，微晶蜡和硬脂酸钙可分别在加工的不同时期内起到润滑作用。
进一步的，所述内管的抗冲改性剂为氯化聚乙烯(CPE)，所述外管的抗冲改性剂为ACR。
由上述描述可知，抗冲改性剂的添加能有效提升所得制品的耐冲击性能，根据内外管不同的使用场景，配合使用不同的抗冲改性剂。
进一步的，所述抗老化剂为UV-327、UV-326、UV-P、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或多种。
由上述描述可知，由于外管与外界环境直接接触，抗氧剂和抗紫外线剂的加入能够有效提升所得制品的耐老化性能。
上述的环保型PVC电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备内管母料：将内管的原料依次投入，于110-120℃的条件下搅拌，冷却至65℃以下后搅拌，得到混合料A；将混合料A于160-200℃的条件下塑化挤出和切粒后得到内管母料；
步骤2、制备外管母料：将外管的原料依次投入，于110-120℃的条件下搅拌，冷却至65℃以下后搅拌，得到混合料B；将混合料B于160-200℃的条件下塑化挤出和切粒后得到外管母料；
步骤3、采用内管母料经挤出、真空定径、牵引、定长切割制成内管，然后将金属网包覆在内管的外侧壁上，然后在其外侧注塑混入外管母料熔料形成外管。
进一步的，所述步骤1和步骤2中原料投入的顺序为先投入PVC、CPVC和抗冲改性剂；再投入轻质碳酸钙、改性二氧化硅、改性二氧化钛和硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须，最后再投入有机锡稳定剂、抗老化剂和润滑剂。
进一步的，步骤1中110-120℃下搅拌的时间为20-30min，冷却至65℃以下后搅拌的时间为10-15min。
由上述描述可知，投料的顺序、搅拌的温度和时间都会显著影响原料分散混合的效果，影响所得制品的物性。
本发明的实施例一为：
环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述金属网的材质为铜；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯70kg和聚氯乙烯30kg、轻质碳酸钙20kg、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须10kg、有机锡稳定剂4kg、抗老化剂0.5kg、改性二氧化钛4kg、ACR6kg、润滑剂2.5kg；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯100kg、轻质碳酸钙30kg、有机锡稳定剂3.5kg、改性二氧化硅5kg、CPE6.5kg、润滑剂2kg；
所述改性二氧化钛的制备方法为：将二氧化钛和ASA颗粒混合研磨3min；研磨的转速为80r/min；所述二氧化钛为金红石型的二氧化钛；
所述改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化硅和ASA颗粒混合研磨5min；研磨的转速为80r/min；
所述二氧化硅和ASA颗粒的质量比为9:1，所述二氧化钛和ASA颗粒的质量比为8.5:1.5；
所述二氧化硅的粒径为0.6-0.8μm；所述二氧化钛的粒径为0.4-0.6μm；
所述轻质碳酸钙的粒径为20-200nm；
所述润滑剂为质量比为的7:3的微晶蜡和硬脂酸钙；
所述抗老化剂为质量比为1:1的UV-326和抗氧剂1010。
上述的环保型PVC电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备内管母料：将内管的原料依次投入，于120℃的条件下搅拌20min，冷却至65℃以下后搅拌10-15min，得到混合料A；将混合料A于160-200℃的条件下塑化挤出和切例后得到内管母料；
步骤2、制备外管母料：将外管的原料依次投入，于120℃的条件下搅拌20min，冷却至65℃以下后搅拌10-15min，得到混合料B；将混合料B于160-200℃的条件下塑化挤出和切例后得到外管母料；
其中，步骤1和步骤2中原料投入的顺序为先投入PVC、CPVC和抗冲改性剂；再投入轻质碳酸钙、改性二氧化硅、改性二氧化钛和硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须，最后再投入有机锡稳定剂、抗老化剂和润滑剂；
步骤3、采用内管母料经挤出、真空定径、牵引、定长切割制成内管，然后将金属网包覆在内管的外侧壁上，然后在其外侧注塑混入外管母料熔料形成外管。
本发明的实施例二为：
环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯60kg和聚氯乙烯40kg、轻质碳酸钙10kg、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须15kg、有机锡稳定剂4kg、抗老化剂0.6kg、改性二氧化钛5kg、ACR 7kg、润滑剂2kg；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯100kg、轻质碳酸钙40kg、有机锡稳定剂4kg、改性二氧化硅6kg、CPE 6kg、润滑剂2.2kg；
所述改性二氧化钛的制备方法为：将二氧化钛和ASA颗粒混合研磨4min；研磨的转速为90r/min；所述二氧化钛为锐钛型的二氧化钛；
所述改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化硅和ASA颗粒混合研磨6min；研磨的转速为90r/min；
所述二氧化硅和ASA颗粒的质量比为8:2，所述二氧化钛和ASA颗粒的质量比为8:2.；
所述二氧化硅的粒径为0.6-0.8μm；所述二氧化钛的粒径为0.4-0.6μm；
所述轻质碳酸钙的粒径为20-200nm；
所述润滑剂为质量比为的7:3的微晶蜡和硬脂酸钙；
所述抗老化剂为质量比为1:1的UV-327和抗氧剂1076。
上述的环保型PVC电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备内管母料：将内管的原料依次投入，于110℃的条件下搅拌30min，冷却至65℃以下后搅拌10min，得到混合料A；将混合料A于160-200℃的条件下塑化挤出和切例后得到内管母料；
步骤2、制备外管母料：将外管的原料依次投入，于110℃的条件下搅拌30min，冷却至65℃以下后搅拌10min，得到混合料B；将混合料B于160-200℃的条件下塑化挤出和切例后得到外管母料；
其中，步骤1和步骤2中原料投入的顺序为先投入PVC、CPVC和抗冲改性剂；再投入轻质碳酸钙、改性二氧化硅、改性二氧化钛和硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须，最后再投入有机锡稳定剂、抗老化剂和润滑剂；
步骤3、采用内管母料经挤出、真空定径、牵引、定长切割制成内管，然后将金属网包覆在内管的外侧壁上，然后在其外侧注塑混入外管母料熔料形成外管。
本发明的实施例三为：
环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯70kg和聚氯乙烯30kg、轻质碳酸钙15kg、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须15kg、有机锡稳定剂5kg、抗老化剂1kg、改性二氧化钛3kg、ACR8kg、润滑3kg；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯100kg、轻质碳酸钙40kg、有机锡稳定剂5kg、改性二氧化硅4kg、CPE 8kg、润滑剂2.5kg；
所述改性二氧化钛的制备方法为：将二氧化钛和ASA颗粒混合研磨3min；研磨的转速为100r/min；所述二氧化钛为金红石型的二氧化钛；
所述改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化硅和ASA颗粒混合研磨5min；研磨的转速为100r/min；
所述二氧化硅和ASA颗粒的质量比为9:1，所述二氧化钛和ASA颗粒的质量比为7.5:2.5；
所述二氧化硅的粒径为0.6-0.8μm；所述二氧化钛的粒径为0.4-0.6μm；
所述轻质碳酸钙的粒径为20-200nm；
所述润滑剂为质量比为的6:4的微晶蜡和硬脂酸钙；
所述抗老化剂为质量比为1:1的UV-P和抗氧剂1010。
上述的环保型PVC电缆套管的制备方法与实施例1相同。
本发明的实施例四为：
环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯70kg和聚氯乙烯30kg、轻质碳酸钙18kg、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须12kg、有机锡稳定剂3kg、抗老化剂0.8kg、改性二氧化钛4kg、ACR 6kg、润滑剂2-3kg；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯100kg、轻质碳酸钙25kg、有机锡稳定剂4kg、改性二氧化硅7kg、CPE 7kg、润滑剂3kg；
所述改性二氧化硅、改性二氧化钛、抗老化剂、轻质碳酸钙和润滑剂均与实施例1相同；
上述的环保型PVC电缆套管的制备方法与实施例1相同。
本发明的实施例五为：
环保型PVC电缆套管，包括由内至外呈同心圆依次设置的内管、金属网和外管；
所述外管包括以下组分：氯化聚氯乙烯70kg和聚氯乙烯30kg、轻质碳酸钙16kg、硬脂酸钠改性碱式硫酸镁晶须14kg、有机锡稳定剂3.5kg、抗老化剂0.5kg、改性二氧化钛3kg、ACR 6-8kg、润滑剂2.8kg；
所述内管包括以下组分：氯化聚氯乙烯100kg、轻质碳酸钙26kg、有机锡稳定剂3kg、改性二氧化硅6kg、CPE 5kg、润滑剂2kg；
所述抗老化剂为质量比为1：1：1：1的UV-326、UV-P、抗氧剂1010、抗氧剂1076；
所述改性二氧化硅、改性二氧化钛、润滑剂、轻质碳酸钙均与实施例1相同；
上述的环保型PVC电缆套管的制备方法与实施例1相同。
本发明的对比例一为：
对比例一与实施例一的区别在于，二氧化硅和二氧化钛未经改性直接添加，ASA颗粒则作为助剂同二氧化硅或二氧化钛一同加入混合并制成内管母料和外管母料。
本发明的对比例二为：
对比例二与实施例一的区别在于，二氧化硅和二氧化钛未经改性直接添加，且不添加ASA颗粒。
本发明的对比例三为：
对比例三与实施例一的区别在于，进行二氧化钛改性时，二氧化钛和ASA颗粒的质量比为7:3。
本发明的对比例四为：
对比例四与实施例一的区别在于，二氧化钛和二氧化硅的粒径为20-200nm。
全部实施例和对比例中PVC为PVC-SG5，有机锡稳定剂为有机锡181热稳定剂，全部实施例和对比例中相同名称的原料来源相同。
对实施例1和对比例1-4得到的外管材料进行力学性能和抗老性能的测试，结果见表1、表2和表3所示。表2所示为拉伸强度和老化时间的关系，表3所示为冲击强度和老化时间的关系。抗老化性能试验为将全部试样置于户外，进行平行老化试验，根据天数间隔取样进行测试。对实施例1和对比例1-4得到的内管材料进行力学性能测试，结果见4所示。
表1
拉伸性能(MPa)
弯曲性能(MPa)
冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)
参考标准
GB/T 1040.1-2018
GB/T 9341-2008
GB/T 1043.1-2008
实施例1
63.5
110.5
18.4
对比例1
56.8
104.6
13.2
对比例2
52.3
102.5
12.6
对比例3
59.4
108.3
15.8
对比例4
58.7
107.9
16.0
表2
0天
20天
40天
60天
80天
100天
120天
实施例1
63.5
62.9
61.7
61.3
60.8
60.2
59.8
对比例1
56.8
55.2
54.6
53.3
51.9
51.2
50.7
对比例2
52.3
50.4
48.2
46.7
44.3
42.9
41.8
对比例3
59.4
58.3
57.1
55.9
55.2
54.9
54.3
对比例4
58.7
57.6
56.3
55.8
55.2
54.7
54.2
表3
表4
拉伸性能(MPa)
弯曲性能(MPa)
冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)
参考标准
GB/T 1040.1-2018
GB/T 9341-2008
GB/T 1043.1-2008
实施例1
64.8
112.4
19.6
对比例1
57.1
106.8
14.1
对比例2
54.7
104.3
11.3
对比例3
60.2
109.8
16.2
对比例4
59.5
110.2
16.1
综上所述，本发明提供的PVC管为电缆套管，使用过程中电缆设置于内管中，内管的组分中加入了改性二氧化硅作为填料，能够有效提升内管的导热性能，将线缆的热量有效传递给金属网，金属网同样具有良好的导热性能，能够进一步将热量传递给外管，外管再逐步将热量与周围的环境进行交换，使得热量不会聚集在与电缆直接接触的内管上，不同于目前单层的套管结构，有效避免了热量聚集在电缆套管无法快速散失，影响电缆正常工作的问题；
本发明提供的PVC管为电缆套管，内管和外管分别使用不同配方制备得到，赋予不同的性能，外管具有良好的刚性，即使埋地后也能提供良好的支撑作用和阻燃作用，内管则起到良好的包裹、支撑、缓冲和导热效果；
本发明提供的PVC管为电缆套管，通过采用ASA颗粒对二氧化钛和二氧化硅进行表面改性，有效克服了无机填料与聚合物相容性差的问题，改性后的二氧化硅和二氧化钛与其他组分具有良好的相容性，使其作为填料加入能够充分发挥提升管件性能的作用；通过采用ASA颗粒对二氧化钛进行表面改性，有效克服了二氧化硅本身具有光催化活性，会导致PVC发生氧化降解，加速PVC管的老化的问题；使得制备得到的PVC电缆套管，即使在能透过紫外线的环境中使用，仍具有良好的耐老化性，使用寿命长，避免了频繁更换造成各类资源浪费的问题，更为环保；
本发明提供了一种对二氧化硅和二氧化钛进行机械改性的方法，改性过程中严格控制原料的组成、配比，研磨的转速和时间，使得改性过程活化率高，不易出现团聚，改性方法简单、易于操作且快速高效，方便企业购买原料后直接进行改性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。