快速鉴别聚乙烯护套材料是否使用回收废旧塑料的方法

摘要

快速鉴别聚乙烯护套材料是否使用回收废旧塑料的方法，涉及电缆和光缆护套材料领域，包括：S1.取聚乙烯护套材料的样品，用浸渍法测量该样品密度，判断样品密度是否在0.945-0.955g/cm3内，若是，进入S2；S2.取样品放入材料差热分析仪的样品池，通入0-200ml/min的惰性气体，以5-30℃/min速度升温，加热到150-250℃后，再到达恒温，将惰性气体换成氧气，观察整个过程中热效应图谱，分析是否在100-150℃之间出现多个大小不一的吸收峰或放热峰，若是，进入S3；S3.若样品含金属钛元素，则被测样品中使用回收废旧塑料。本发明可以消除线缆的质量隐患，保证线缆的长期性能稳定和寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及电缆和光缆护套材料领域，具体来讲是一种快速鉴别 聚乙烯护套材料是否使用回收废旧塑料的方法。

背景技术

在电缆和光缆的成本构成中，除铜导体或光纤外，聚乙烯护套材 料是占比较大的材料之一，约占电缆和光缆生产成本的15-25％。护 套材料性能与质量也直接影响线缆(电缆和光缆)运行的长期可靠性， 有关国标和行业标准都对护套材料技术指标作了严格的规定。

聚乙烯护套材料是线缆最外部的保护材料，其作用是保护线缆关 键的传输介质(铜导体或光纤)在使用过程中性能稳定。无论是电缆 还是光缆，其设计寿命均超过20年。这就要求护套材料必须确保在 20年以上不出现性能实质性的劣化，以确保线缆使用过程中长期性 能的稳定性。

理论研究和实践都证明，采用聚乙烯直接生产的护套材料是可保 障线缆在使用寿命期内的品质要求的。但如果为了降低成本，在护套 料生产过程中加入回收的废旧聚乙烯塑料，由于回收废旧塑料性能不 稳定，废塑料与原塑料相比在性能上有明显劣化，虽然通过对回收料 进行改性、加入多种添加剂，做成的护套材料主要性能可以达到标准 要求，但毕竟回收废旧塑料劣化的性能无法从根本上改变，这样会对 线缆的稳定性和长期寿命埋下隐患。

线缆担负着传输能源流或信息流的使命，是供电网络或者通信信 息网络不可或缺的重要组成部分。线缆质量的好坏直接影响工程质量 和消费者日常生活甚至生命财产安全。近几年由于电力电缆质量老化 引发的重大安全事故屡有发生，作为网络组成的重要部件的通信电缆 和光缆因产品性能劣化而造成通信质量问题甚至中断的事件也时常 出现。发生质量事故虽然受直接损失的是电力公司或电信运营商，但 受影响的确是千家万户。

线缆的直接用户如电力公司、电信和网络运营商一般在招标书中 要求严禁在电缆或光缆制造中使用回收废旧塑料，确保线缆产品的质 量。但目前现行标准和试验方法均是针对材料本身性能进行检测，并 没有方法和手段对聚乙烯护套材料中是否含有回收废旧塑料进行鉴 别。因此亟需一种鉴别聚乙烯护套材料是否使用回收废旧塑料的方法 以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供鉴别聚乙烯 护套材料是否使用回收废旧塑料的方法，快速准确的鉴别聚乙烯护套 材料是否含有回收废旧塑料，以消除线缆的质量隐患，保证线缆的长 期性能稳定，提高使用寿命。

为达到以上目的，本发明采取快速鉴别聚乙烯护套材料是否使用 回收废旧塑料的方法，包括如下步骤：

S1.取颗粒状聚乙烯护套材料的样品，采用浸渍法测量该样品密 度，判断样品密度是否在0.945-0.955g/cm³内，若是，进入S2；

S2.取新的样品放入材料差热分析仪的样品池，通入流量 0-200ml/min的惰性气体，以5-30℃/min速度开始升温，加热到 150-250℃温度后，再使样品温度到达恒温，然后将惰性气体换成氧 气，观察整个过程中材料差热分析仪的热效应图谱，分析热效应图谱 中的曲线是否在100-150℃之间出现多个大小不一的吸收峰或放热峰， 若是，进入S3；

S3.取一定质量的样品，分析被测样品中是否含金属钛元素，若 是，则判定被测样品中使用了回收废旧塑料。

在上述技术方案的基础上，所述样品由生产现场或聚乙烯护套材 料成品包装袋直接取样，或者由线缆上取样，样品质量小于100g。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，采用浸渍法测量该样品 密度的具体方式为，在空气中称量样品质量，将该样品由一根直径不 大于0.5mm的金属丝悬挂，将烧杯装满浸渍液放在固定支架上，将 该金属丝悬挂的样品浸入该烧杯内，称量样品在浸渍液中的质量，根 据得到样品密度ρ，其中m_S,A为样品在空气中的质 量，m_s,IL为样品在浸渍液中的质量，ρ_IL为浸渍液的密度。

在上述技术方案的基础上，所述S2中惰性气体为氮气。

在上述技术方案的基础上，样品内是否含有金属钛元素的鉴定方 式为，称取质量为1-5g的样品，直接用X射线荧光光谱仪对样品进 行金属元素定性筛选分析，若被测样品含有TiO₂成分，则样品必然 含有金属钛元素。

在上述技术方案的基础上，样品内是否含有金属钛元素的鉴定方 式为，将1-5g样品放入石英舟内，一起在马弗炉中进行高温灼烧， 灼烧温度300-950℃，得到的残渣采用X射线荧光光谱仪、电感耦合 等离子体原子发射光谱仪或电感耦合等离子体质谱联用仪检测，若残 渣中测得存在TiO₂成分，则样品含有金属钛元素。

本发明的有益效果在于：通过检测被测聚乙烯护层材料的密度、 热分析图谱和微量金属元素，来综合分析进行判断，能够快速准确的 鉴别聚乙烯护层材料是否含有回收废旧塑料，以保证线缆的质量，保 证线缆的长期稳定性和寿命，减少使用者日常维护成本，避免重大安 全事故的发生。

附图说明

图1为不含回收废旧塑料的聚乙烯护套材料的热效应图谱；

图2为含回收废旧塑料的聚乙烯护套材料的热效应图谱。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明快速鉴别聚乙烯护套材料是否使用回收废旧塑料的方法， 具体包括如下步骤：

S1.取颗粒状聚乙烯护套材料的样品，样品可以由生产现场或聚 乙烯护套材料成品包装袋直接取样，也可以由线缆上取样，样品质量 在小于100g。从样品中取适量颗粒样，采用GB/T1033.1-2008标准规 定的浸渍法测量该样品密度，具体方式为：在空气中称量称量样品质 量，将该样品由一根直径不大于0.5mm的金属丝悬挂，将烧杯装满 浸渍液(密度为已知的液体均可)放在固定支架上，将该金属丝悬挂 的样品浸入该烧杯内，称量样品在浸渍液中的质量。样品的密度ρ由 公式(1)计算：

$\rho =\frac{m_{S,A}}{m_{S,A}-m_{s,\mathrm{IL}}}---\left(1\right)$

其中，m_S,A为样品在空气中的质量，m_s,IL为样品在浸渍液中的质 量，ρ_IL为浸渍液的密度。根据计算结果，判断得出的样品密度ρ是 否在0.945-0.955g/cm³(包括端值)内，若是，进入S2；若否，不做处 理。

S2.取新的样品，利用DSC(Differential Scanning Calorimetry， 差热扫描量热法)热分析仪，通过测量材料在考察的温度(升/降/恒 温及其组合)过程中样品与参考物之间的热流差，以分析样品所有与 热效应有关的物理变化和化学变化，观察热效应图谱，得到相关信息。 具体步骤为：放入新的样品至材料差热分析仪的样品池，通入流量 0-200ml/min的惰性气体，本实施例中为氮气，以5-30℃/min速度开 始升温，加热到150-250℃温度后，再使样品温度到达恒温，然后将 惰性气体换成氧气，观察整个过程中材料差热分析仪的热效应图谱， 继续此等温操作，直到热效应图谱的曲线上出现氧化放热后达到的最 大放热峰，分析热效应图谱中的曲线是否在100-150℃之间出现多个 大小不一的吸收峰或放热峰，若是，进入S3；若否，不作处理。

S3.取一定质量的样品，分析被测样品中是否含金属钛(Ti)元素， 若是，则可判定被测聚乙烯护套材料样品中使用了回收废旧塑料。

样品内是否含有金属钛成分的鉴定方式为有两种：

第一种为：称取质量为1-5g(包含1g和5g)的样品，直接用X 射线荧光光谱仪对样品进行金属元素定性筛选分析，若被测样品含有 TiO₂(二氧化钛)成分，则样品必然含有金属钛元素。

第二种为：将1-5g(包含1g和5g)的样品放入石英舟内，一起 在马弗炉中进行高温灼烧，灼烧温度300-950℃。得到的残渣采用X 射线荧光光谱仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES法) 或电感耦合等离子体质谱联用仪(ICP-MS法)等仪表检测，若残渣 中测得存在TiO₂或采用化学方法来鉴别存在TiO₂，则样品含有金属 钛元素。

本发明的判断依据如下：

目前废旧塑料大量稳定回收来源有农用大棚薄膜料、包装袋或箱 以及一些管状材料，这些材料在生产过程中会加入一些助剂，以改善 塑料本身的耐热性、耐紫外光辐射性能等，其中钛白粉是普遍采用的 助剂之一。这些无机助剂会一直残留在回收废旧塑料内，而在新的聚 乙烯护套材料生产过程中，是不会使用这些助剂的。因此采用回收废 旧聚乙烯塑料生产线缆用护套材料，所制造的聚乙烯护套材料中一定 会残留微量金属钛(Ti)元素。

由于回收废旧塑料的来源不稳定，既有低密度聚乙烯材料，也有 高密度的聚乙烯材料，因此所生产的聚乙烯护套材料一般是中密度的， 这是采用回收废旧塑料生产的聚乙烯护套材料的基本特性之一，因此 可以先用聚乙烯护套材料的密度来进行初步判断。

除了废旧聚乙烯塑料来源不稳定外，为了确保护聚乙烯护套材料 通过相关的检测，性能达到标准要求，回收废旧塑料一般需要加入新 的塑料来进行共混改性，典型的有EVA、聚乙烯(高密和低密)等。 由于回收废旧塑料的性能与新加入的塑料性能存在较大差异，如熔点、 粘度等，这种性能差异会在最终生产的聚乙烯护套材料的热效应谱图 上反映出来。如图1所示，是未添加回收废旧塑料的聚乙烯护套材料 的热效应图谱，图谱上只在115-125℃区间出现一个明显的吸热峰。 如图2所示，是添加有回收废旧塑料的聚乙烯护套材料的热效应谱图， 图谱上在100-150℃之间出现多个吸收峰和放热峰，说明聚乙烯护套 材料存在多种不同性能的塑料。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细 描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。