三元乙丙橡膠與乙烯-丁烯彈性體在電線電纜絕緣中的并用

厲春陽， 劉永堅(jiān)， 王曉榮

(湖南衡陽恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽421008)

0 引言

隨著GB/T 5013—2008及JB/T 8735—2011標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布及實(shí)施，電線電纜長期使用天然橡膠/丁苯橡膠作絕緣(XJ-00A型絕緣橡皮)的使命基本上完成了，而與之替代的三元乙丙橡膠(EPDM)被廣泛應(yīng)用在電線電纜絕緣中。由于能滿足電線電纜使用的三元乙丙橡膠牌號(hào)國內(nèi)生產(chǎn)能力有限，需要大量進(jìn)口國外的三元乙丙橡膠，造成三元乙丙膠貨源緊缺，且產(chǎn)品成本較高。另外，三元乙丙橡膠在加工過程中，由于它的自粘性和互粘性差，加工比較困難。

因此，我們根據(jù)目前國內(nèi)這一現(xiàn)況，采用乙烯-丁烯彈性體(EBM)與EPDM并用，很好地解決了EPDM在加工過程中的工藝問題及產(chǎn)品成本問題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)用主要原材料

EPDM，牌號(hào)4045，吉林石化有限公司;EBM，牌號(hào)4060，杜邦公司;硫化劑:過氧化二異丙苯(DCP)，牌號(hào)40，上海高橋化工廠;共硫化劑:三聚異氰酸三烯酯(TAIC)，湖南瀏陽有機(jī)化工廠;其它材料均為市售。

1.2 主要試驗(yàn)儀器和設(shè)備

160×320開放式煉膠機(jī)，上海勤奮機(jī)械廠;QLB-D350×350×2C25T平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠;MZ-4000D型拉力試驗(yàn)機(jī)，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司;140B型熱空氣老化箱，上海試驗(yàn)儀器廠;YDY-1氧彈(空氣彈)老化試驗(yàn)儀，呼和浩特市德塔線纜測試儀器研究所;MDR-2000轉(zhuǎn)子硫化儀，上海德杰儀器設(shè)備有限公司。

1.3 測試方法

試樣性能測試按 GB/T 5013—2008、JB/T 8735—2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 骨架材料的選擇

EBM4060由乙烯-丁烯組成，是一種飽和型橡膠，其分子量分布比較寬，加工性能非常優(yōu)異。同時(shí)，該產(chǎn)品又具有高填充的能力，能有效地降低產(chǎn)品成本和提高物理機(jī)械性能。表1為EBM的典型性能數(shù)據(jù)。

表1 EBM典型性能數(shù)據(jù)

EPDM與EBM橡膠并用后，不僅可以提高混合膠的物理機(jī)械性能，而且具有優(yōu)異的耐熱老化、抗壓縮變形、耐氣候以及良好的電氣性能等。并用膠在混煉及擠出過程中，極大地改善了EPDM混煉時(shí)間及擠出工藝性能。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著EBM用量的增加，并用膠的拉伸強(qiáng)度增加，斷裂伸長率降低，抗壓縮變形增大。綜合考慮并用膠的性能及成本等因素，EPDM/EBM的并用比為(50～60)/(50～40)份較好?；旌夏z并用量對(duì)橡膠性能的影響見表2。

2.2 硫化體系的選擇

從EPDM4045與EBM4060分子結(jié)構(gòu)上分析，它們主鏈上都不含雙鍵，屬于飽和型橡膠，具有共硫化特性，同時(shí)考慮到連續(xù)硫化生產(chǎn)過程中，銅導(dǎo)體不被氧化發(fā)黑，故在實(shí)驗(yàn)中采用以過氧化物DCP作硫化劑，三聚異氰酸三烯酯(TAIC)作為交聯(lián)活性助劑，來提高膠料的交聯(lián)密度和硫化速度，改善膠料的耐溫性能、電性能及減少壓縮永久變形。試驗(yàn)確定，硫化劑DCP的用量為3～3.5份，助交聯(lián)劑TAIC為2～2.5份，綜合性能較好。

2.3 防老劑的選擇

EPDM和EBM都是飽和性高聚物，有良好的耐熱老化性能和耐臭氧老化性能。由于電纜是長期在戶外使用并經(jīng)受熱、氧老化及紫外光的照射，容易引起老化降解，故需要選擇合適的防老劑，延長電纜的使用壽命。經(jīng)試驗(yàn)確定，選用防老劑MB/RD作防老劑，用量為(1～1.5)/(0.5～1)份。

2.4 補(bǔ)強(qiáng)及填充體系的選擇

EPDM/EBM并用膠料的補(bǔ)強(qiáng)及填充劑采用煅燒陶土及超細(xì)滑石粉組成。超細(xì)滑石粉可以提高混煉膠的拉伸強(qiáng)度及壓縮永久變形;而煅燒陶土可以提高并用膠料的粘度、拉伸強(qiáng)度、增大硫化膠的挺性、改善并用膠的擠出工藝性能及硫化膠的電性能，但由于它呈弱酸性，與過氧化物反應(yīng)，延遲自由基的產(chǎn)生，降低硫化效率，所以用量不宜過大。

2.5 軟化劑的選擇

為了保證各種配合劑分散均勻，須加入一定量的軟化劑，以降低膠料的粘度及柔軟性，軟化劑可采用石蠟油及石蠟并用組成，其中石蠟油的用量為15～20份;石蠟的用量為3～6份。

3 優(yōu)化配方與加工工藝

3.1 優(yōu)化配方

經(jīng)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及綜上試驗(yàn)分析，EPDM/EBM絕緣膠料的最優(yōu)配方為:EPDM/EBM［并用比(50～60)/(50～40)］100份;硫化劑DCP為3～3.5份;助交聯(lián)劑TAIC為2～2.5份;防老劑MB/RD為(1～1.5)/(0.5～1)份;補(bǔ)強(qiáng)及填充劑為130～150份;軟化劑石蠟油+石蠟為20～25份;其它3～5份。

表2 混合膠并用量對(duì)橡膠性能的影響

3.2 混煉工藝

EPDM與EBM具有門尼粘度比較低，填充量比較大的特點(diǎn)，所以EPDM/EBM混煉膠的用量比一般混煉膠的用量高10%左右。膠料在加壓式捏煉機(jī)混煉工藝為:先將EPDM與EBM一起塑煉1～2 min，然后加入防老劑、補(bǔ)強(qiáng)劑及軟化劑等配合劑，混煉均勻后在105～110℃排料，濾橡后加入硫化劑及硫化助劑，出片冷卻。混煉好的膠料在常態(tài)(室溫、通風(fēng)、干燥)的環(huán)境中冷卻至少1 d后，方可供橡膠擠出機(jī)使用。

4 成品電纜絕緣性能

試制產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格為60245 IEC66(YCW)450/750 V 3×25橡皮絕緣電纜的絕緣線芯，擠出外表均勻，表面光滑。該成品電纜絕緣線芯性能見表3。

5 結(jié)束語

(1)EPDM/EBM并用可以獲得優(yōu)異的物理機(jī)械性能及工藝加工性能，性能完全滿足GB/T 5013—2008《額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣電纜》及JB/T 8735—2011《額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣軟線和軟電纜》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(2)EPDM/EBM并用，采用過氧化物作硫化劑，TAIC作共硫化劑，綜合性能較好，并有效地降低了生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 成品電纜絕緣線芯的物理機(jī)械性能

［1］謝遂志，劉登祥，周鳴巒.橡膠工業(yè)手冊(cè) 第一分冊(cè)［M］，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

［2］朱 敏.橡膠化學(xué)與物理［M］，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1986.

［3］全大萍.新型乙烯-丁烯共聚彈性體的結(jié)構(gòu)特征及力學(xué)行為［J］，中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(S2):133-137.

［4］GB/T 7594—1987電線電纜橡皮絕緣和橡皮護(hù)套［S］.