聚丙烯（PP）作为光、电缆用材料的应用研究
聚丙烯（PP）作为光、电缆用材料的应用研究
摘要：聚丙烯是一种通用树脂，在众多行业有着广泛的应用。本文详细的介绍了聚丙烯材料作为电缆材料的应用。关键词：聚丙烯、光缆、电缆、应用电缆用高分子材料，除了聚氯乙烯，聚烯烃用量最大，其中聚乙烯和聚丙烯最为常用。聚丙烯是由丙烯为单体聚合制得的一种热塑性树脂，按甲基排列位置分为：等规聚丙烯，甲基排列在分子主链的同一侧；间规聚丙烯，甲基交替排列在分子主链的两侧；无规聚丙烯，甲基无秩序的排列在分子主链的两侧。由于结构规整而高度结晶，故聚丙烯熔点可高达167℃，耐热、耐腐蚀。比聚乙烯有更高的热变形温度及更大的硬度等，因此聚丙烯可用作耐热等级更高的电缆。但正因为聚丙烯的硬度、刚性大，其耐低温冲击性差。而且因为在分子链上存在一个甲基叔碳，所以聚丙烯更易在紫外光和热能作用下氧化降解。一、聚丙烯绝缘料【1-4】上世纪60年代美国的Himont公司（现Montell公司）首先开发出聚丙烯共聚物作为电线电缆的绝缘料。聚丙烯是非极性材料，具有较好的电性能和耐热性能，而且它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响，它具有较高的介电系数，抗电压、击穿电压也很高，耐电弧性好，高频绝缘性能优良，因此特别适用于信号传输电缆。聚丙烯因其韧性差，其耐低温冲击性不好；因其结构原因，与铜接触易老化。这些都是聚丙烯的缺点，所以作为电缆材料，需要对其进行改性。聚丙烯改性方法主要分为聚合改性和共混改性。聚合改性是聚合时加入其它单体，一般是和乙烯共聚。共混改性加入PE、EPDM、POE、SBS等，聚丙烯改性要求不仅提高其力学性能，而且要求具有良好的加工性能，适合高速挤出。目前在通信电缆已较多使用聚丙烯材料，而且已制定相应的国家标准或行业标准，如GB/T 13849聚烯烃绝缘聚烯烃护套市内通信电缆、YD/T760 市内通信电缆用聚烯烃绝缘料。表1、通信电缆用聚丙烯绝缘料指标项目GB/T 13849YD/T760 密度（g/cm3）0.895-0.9150.895-0.915MI2.3-2.62.0-3.52.1-2.42.1-2.4拉伸强度（MPa）≥20.7≥21断裂伸长率（%）≥200≥200脆化温度（-15℃）≤2/10≤2/10体积电阻率（Ω·m）≥1013≥1013相对介电常数（1MHz、100KHz）2.26-2.30≤2.3介质损耗角正切值（1MHz、100KHz）≤5×10-4≤5×10-4耐环境应力开裂性（48h，失效数）≤2/10≤2/10聚丙烯耐油性比聚乙烯好，通过设计以PP 为主的共混体系，可得到优良的机械性能、低温性能、耐热、耐油性能以及其它性能，同时通过添加合理的助剂，改善材料的耐热氧老化和抗铜害老化性能，可以用作潜油泵的动力电缆的绝缘料，《JB/T 5332 额定电压3.6∕6kV及以下电动潜油泵电缆》对动力电缆用聚丙烯要求如下：表2、动力电缆用聚丙烯指标 项目指标MI＜2.5老花前拉伸强度（MPa）＞21断裂伸长率（%）＞200135±2℃,168hr老化后拉伸强度（变化率，%）＜30断裂伸长率（变化率，%）＜30脆化温度（-15℃）＜2/10氧化诱导，Cu，200℃＞30电性能体积电阻率（Ω·m）＞1014介电常数2-3介质损耗角正切值＜5×10-4击穿强度（KV/mm）＞25
二、聚丙烯松套管【5-6】PBT已经被广泛的应用于光纤松套管。最近一些年PP共聚物也被发展用于光纤松套管。尽管等规共均聚的PP（iPP）的机械强度优越，但因为结构上缺少长的支链导致低温抗冲和熔体强度差，限制了其应用。PP的冲击韧性可以通过牺牲一定的结晶性来提高，即所谓的抗冲增强PP（IMPP）。目前有两种途径来得到光纤松套管用PP。一种降低模量来增韧iPP，一种把IPP进一步改性。改性的目标主要有：1、提高结晶度，松套管产品的优越性能依赖于加工过程中PP熔体的总体结晶度。2、提高结晶速度，快的结晶速度可以使挤出后收缩率最低，可以稳定的控制光纤余长。3、降低晶粒尺寸，晶粒大小依赖于晶核数量和结晶时间，细小的晶粒有利于分散机械应力，在一定范围弥补韧性损失。大的晶粒会降低大多数性质，如断裂伸长率等。4、PP有四种晶形，其中а型单晶提供PP的机械强度，в型球晶提供iPP的韧性，其中а型单晶甚为重要。为了达到上述目标，选择合适的PP树脂基体和成核剂非常重要。成核后的PP因为快的结晶速率和结晶结构，其结晶过程更好控制，所以光纤余长（EFL）可以控制。在加工过程中有可能会引起松套管的收缩率增加，挤出后收缩可能引起超出预期和不可控的余长。因为结晶度是由冷却速度和最大结晶速率决定，剧烈的冷却可能妨碍结晶过程导致不良。因此松套管在绕道卷轴上之前应该彻底但缓慢的冷却。在熔融状态挤出管时应该稳定的高于结晶温度。否则管子表面会粗糙并有应力残余。另一方面管子在结晶温度范围保持较长，晶体会变大，特别是成核剂有限时。在挤出过程中因为熔体的纵向流变，分子链在平面的重排增加。这有利于结晶速度。管子在纵向的抗拉强度也会增加，但在径向会降低。表3、GB/T 8 光纤用二次被覆材料的改性聚丙烯指标序号项目单位指标1密度g/cm30.8-1.02熔融指数（230℃，2.16kg）g/10min1.3-2.03含水量%≤0.054饱和吸水量%≤0.15屈服强度MPa≥20屈服伸长率%4.0-10断裂伸长率%≥100拉伸弹性模量MPa≥10006 弯曲弹性模量MPa≥1100弯曲强度MPa≥257熔点℃≥1558邵氏硬度HD————≥659悬梁冲击强度23℃-40℃kJ/m3 不断≥6.010线膨胀系数（23℃-80℃）10-4K-1≤2.011体积电阻率Ω·cm≥101512热变形温度1.81MPa0.45MPa℃
≥55≥12013材料与填充化合物的相容性强度法屈服强度断裂伸长率
≥20 ≥100三、聚丙烯填充绳【7-9】为了使成缆线芯圆整，提高外观质量，成缆时需要对线芯空隙进行填充，同时还可以提高机械缓冲作用，增强电缆的抗冲击和挤压性能，填充材料可以使用麻绳、棉纱、橡皮条、聚丙烯材料。聚丙烯材料可以加工成扁丝和纤维进行填充，也可以制成填充绳。聚丙烯填充绳可以加入阻燃性填料，提高阻燃性能，还可以减低成本。
唐伟等采用聚丙烯树脂和阻燃母粒为主要原料，并用挤出成形工艺制成网状撕裂膜，制得的PP网状电缆填充绳，比重轻，具有阻燃、烟密度低、无毒、不吸湿、不霉烂、不腐蚀、柔软、拉力强等特点，适用于阻燃电力电缆的成缆填充。安丛举制备一种PP海缆填充绳，其包括横截面的外形轮廓为圆形的PP绳本体，该PP绳本体由多条PP细线捻合而成；本实用新型结构设计巧妙、合理，采用PP绳本体来代替了其他材料的填充绳，具有良好的电气绝缘性和柔软性，长期填充在电缆中不会腐烂。蒋菊生发含线性低密度聚乙烯树脂对聚丙烯进行改性，再加入助剂加工成填充绳，可以用作光缆填充。一、聚丙烯低烟无卤阻燃电缆料【10-14】
聚丙烯的极限氧指数为18左右，属于易燃物质，而且燃烧时会产生滴落，所以随着防火要求的提高，许多人研究PP阻燃电缆料，特别是无卤阻燃电缆料。但无卤阻燃剂，如氢氧化物、磷氮类等多属于低效阻燃剂，需要大量的添加，达到50%甚至以上。如前所述，PP有硬度高、低温脆性等缺点，如果PP中大量添加这些阻燃材料，将使这些缺点放大，所以PP无卤阻燃电缆料，一般需要和其他韧性材料配合作为基体树脂，如EVA、EPDM、SEBS、POE等，以弥补这些韧性材料强度不高的缺点。李碧英等人选用EVA/PP配比为70/30作为基体树脂，用膨胀型阻燃剂和加工助剂等制得无卤阻燃PP／EVA电缆料，阻燃达到V0级，且力学性能较好。肖军华用EPDM/PP配比为70/30、交联剂DCP为1.5份、助交联剂TAIC0.5份动态硫化法制备具有良好性能的EPDM/PP热塑性弹性体，并用纳米氢氧化镁进行阻燃改性，制备出对环境友好的无卤阻燃EPDM/PP热塑性弹性体电缆料。徐令军等用SEBS树脂100份，橡胶填充油50~150份，接枝改性SEBS10~50份，聚丙烯50~80份，聚烯烃弹性体15~30份，矿物填料100~200份和加工助剂等制备SEBS热塑性弹性体电缆绝缘材料具有优异的电绝缘性能，良好的力学性能和耐老化性能，可替代软质硫化橡胶的新型材料，用于软电缆绝缘层的生产。 瞿保钧用占阻燃电缆料总重量60～75％的高抗冲聚丙烯(丙烯－乙烯共聚物)与POE的混合物为基料，加入占阻燃电缆料总重量25～40％的无卤阻燃剂；经混合后，再经双螺杆挤出机挤出、切粒，聚丙烯无卤阻燃电缆料，具有良好的阻燃和机械性能。 四、聚丙烯隔离膜【15-17】国标GB/T5013额定电压450750V及以下橡皮绝缘电缆要求电线电缆导体和橡皮绝缘之间应至少包一层合适的隔离层，这种隔离层应具有良好的电绝缘性能和抗氧化性能。聚丙烯隔离膜可以有效的防止金属导体和橡皮的粘连，相比较于其他材料的隔离膜，具有无毒、不霉烂、不吸湿、抗化学腐蚀、电绝缘性能好，特别是在硫化条件小，变形小，收缩率低。
电力输送向高电压、大容量方向发展，需要更高电压等级的电缆，要求绝缘材料具有优秀的介电特性、较高的击穿强度及机械强度特性，改进超高压电缆的主要方向是选材，聚丙烯复合纸是最适用的材料。聚丙烯纤维复合纸已被广泛用于高压高等级充油电力电缆中。五、其他【18-20】高熔体强度聚丙烯树脂还可以制作发泡聚丙烯电缆，用于电力电缆或信号传输电缆轻质内护套，发泡方式可以采用化学发泡和物理发泡。聚丙烯材料也可以用于制作热交联聚丙烯电线，聚丙烯本身的耐热性就较高，但因为其分子链上含有叔碳离子，辐照时容易发生降解反应，所以需要加入助剂防止降解反应的产生，经过配方设计，可以制成符合UL150℃的阻燃耐热交联聚丙烯电线。聚丙烯制成的纤维布或带可以用于电缆绕包带，适用于通讯电缆、屏蔽电缆和防水电缆的屏蔽层和防水层。聚丙烯还被广泛的制作电缆用的套管，如用于埋地的电缆上，汽车发动机周边的电缆保护等。参考文献1、姚明明, 王伟. 电缆用聚丙烯增韧机理探讨[J]. 石化技术与应用, 1999, (1):17-19.2、姚明明. 电缆用聚丙烯的配方设计[J]. 宁夏师范学院学报, 1998, (6):33-38.3、姜蔚. 电线电缆用绝缘材料[J]. 橡胶参考资料, 2005, (3):12-18.4、韩宝忠, 杨非, 叶路等. 通信电缆用聚丙烯绝缘料的研制[J]. 哈尔滨理工大学学报, 1999, (6):87-91.5、汪波. 用于光纤松套管的新型聚丙烯材料[J]. 光纤光缆传输技术, .6、陈炳炎. 用于制作光纤松套管的改性聚丙烯塑料[J]. 网络电信, 2012, (11):55-58.7、曹永刚, 靳继国, 那希洋等. 填充条在电缆上的应用[J]. 电线电缆, 2013, (2):24-26.8、唐伟, 唐世荣, 王社兵等. 一种环保型pp网状电缆填充绳及其制备方法: CN, CN A[P]. 2013.9、蒋菊生. 一种光缆用填充材料及制造方法: CN, CN A[P]. 2009.10、张建耀, 张维龙. PP电缆料无卤阻燃技术的研究与应用进展[J]. 合成树脂及塑料, ):72-76.11、李碧英, 卢国建, 仇兵等. 膨胀型无卤阻燃PP／EVA电缆料的研制[J]. 塑料科技, ):50-53.12、肖军华. EPDM/PP热塑性弹性体电缆料的研究[D]. 广东工业大学, 2007.13、徐令军, 林峰, 肖望东等. 一种sebs热塑性弹性体电缆绝缘材料及其制备方法: CN, CN A[P]. 2010.14、瞿保钧, 李振中. 一种聚丙烯无卤阻燃电缆料的制备方法N, CN1506398 A[P]. 2002.15、孙文华, 郭立业, 杨俊源. 聚丙烯隔离膜的研制和应用[J]. 电线电缆, 1988, (3)：25-2616、高良玉, 屠德民, 周绍昌. 充油电缆用聚丙烯的结构、形态和强度特性的研究[J]. 西安交通大学学报, 1989.17、邓长胜. 超高压充油电缆用聚丙烯木纤维复合纸(PPLP)的研究[C]. //中国电工技术学会电力电缆学术交流会. 1990.18、董景茹.物理发泡聚丙烯电缆料及其制备方法:CNA[P].201319、片平忠夫, 陈慧贤, 杨凤虎. 阻燃耐热交联聚丙烯电线[J]. 电线电缆, 1986, (5).20、魏月林. 成缆用新型无纺布绕包带[J]. 电线电缆, 1990, (3):28-29.
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聚丙烯（PP）注塑件被放在低温（-30摄氏度）环境中一段时间，为何会发生开裂？
P注塑件被静置放置。，希望能有一定的深度和专业性。希望解答不要泛泛而谈。，没有受到其他外力作用。。最好能够从分子链运动的专业角度回答，就自动发生开裂了。不胜感激
提问者采纳
制件不开裂，另一方面，-40度也就4-5左右，常温缺口冲击就算是30-40的保险杠材料，在积聚到一定程度汽车料有这样的测试的。聚丙烯最大的缺点就是耐低温冲击性很差。原理可能是低温分子链段运动减弱，更何况普通均聚聚丙烯填充的材料，成型过程中的分子取向造成的内应力随着分子链段运动减弱，球晶的尺寸进一步增大，低温冲击更低脆性更大，材料的结晶程度进一步提高，要求比较高的-40度放置24h，内应力可能会进一步提高，可能表现为制件开裂
阁下说：&成型过程中的分子取向造成的内应力随着分子链段运动减弱，内应力可能会进一步提高&。这句话令我非常费解。何为“内应力”？内应力在本质上是取向排列的（呈伸直链状态的）大分子链被冻结在制品中，而这些被冻结的大分子链有蜷曲至最自然、最可几状态的无规线团的倾向。低温环境中，链的运动能力减弱，也就是说，它们蜷曲运动的能力减弱，很显然会造成内应力释放困难。。。阁下怎么会说“内应力可能会进一步提高”呢？
分子的解取向可以理解为一个很宏观很漫长的过程。分子链段运动带来的解取向是内应力释放的一种方式，低温下分子链运动能力减弱，解取向能力降低，带来内应力的提升。简单的说：内应力=分子取向力-分子解取向力成型冷却后的制件分子取向力基本一定，随着温度的降低，分子解取向力在逐步减弱，带来内应力表现为进一步提高。
我觉得，制品成型后被放入低温环境中，由于链段的运动能力不强，分子链解取向很难、很慢，故内应力释放很难、很慢，但是，不至于内应力不降反升吧。。阁下的理论，我仍然费解。
内应力可以理解为是一种可逆的高弹形变，冻结的高弹形变平时以位能形式贮存在塑料制品中，在适宜的条件下，将向自由的稳定的构象转化，位能转变为动能而释放。在低温环境中，分子链段运动能力减弱，分子链相互缠结力也随之减弱，大分子链间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时，平衡即遭到破坏，会产生应力开裂及翘曲变形等现象。
提问者评价
至此为止，这已经是比较合理的解释了，尽管还有一些瑕疵存在。感谢syx313的辛苦解答。
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其他3条回答
也不至于，不太可能。即使是玻璃化温度太高不受外力自然开裂
众所周知，聚丙烯的低温韧性很差，究其原因在于链段在低温下冻结，无法活动，该制件在注塑过程中可能已存在内应力集中，且未得到恢复，在低温下，链段僵化的过程中就表现出了裂纹。不过这是一己之见仅供参考。
&链段僵化的过程中就表现出了裂纹&，这句话应当如何解释？僵化过程中怎么就出现了裂纹呢？我感到很费解。。能否说得更明白一些。谢谢。
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