礦用電纜護(hù)套用氯化聚乙烯配方設(shè)計(jì)優(yōu)化與應(yīng)用

蔣 琪， 劉景光

（江蘇中煤電纜有限公司，江蘇宜興214251）

礦用電纜護(hù)套用氯化聚乙烯配方設(shè)計(jì)優(yōu)化與應(yīng)用

蔣 琪， 劉景光

（江蘇中煤電纜有限公司，江蘇宜興214251）

以氯化聚乙烯橡膠為基料，通過對(duì)配方中的過氧化物硫化體系配比、氧化鎂的選擇以及補(bǔ)強(qiáng)填充材料的配合等方面的優(yōu)化，確定了最佳配方體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這種新組合適用于礦用電纜護(hù)套的生產(chǎn)，性能也符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且能大幅度降低材料成本，改善加工性能。

氯化聚乙烯；硫化體系；氧化鎂；補(bǔ)強(qiáng)填充

0 引 言

近年來，橡膠型氯化聚乙烯（CM）憑借其低成本、易著色和良好的加工安全性等優(yōu)點(diǎn)，在橡套電纜上得到廣泛應(yīng)用［1-3］，已經(jīng)取代氯丁橡膠和氯磺化聚乙烯膠成為礦用電纜橡皮護(hù)套的主要原材料。根據(jù)目前電纜行業(yè)中有關(guān)CM配方體系涉及材料的應(yīng)用情況來看，過氧化物硫化體系、酸吸收劑（氧化鎂）和填充補(bǔ)強(qiáng)劑的選擇和用量對(duì)提高產(chǎn)品性能和降低配方成本起關(guān)鍵作用，本文從這三方面對(duì)CM配方的優(yōu)化作進(jìn)一步的探討。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 基本配方

CM135B 100，過氧化二異丙苯（DCP）2.5～3.5，三聚異氰酸三烯酯（TAIC）3.0～5.0，MgO 8，填充補(bǔ)強(qiáng)劑95，增塑劑40，其他配合劑10。

1.2 試樣制備

按配比將稱量好的各組分材料攪拌后在80℃開煉機(jī)上混煉均勻，取樣在180℃下測(cè)定橡皮硫化特性，混煉膠在170℃平板硫化儀上硫化20 min成片。試片室溫下停放24 h后按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測(cè)試。

2 配方體系優(yōu)化

2.1 硫化體系

CM是一種飽和、無規(guī)結(jié)構(gòu)的彈性體，分子主鏈不含雙鍵，與仲碳原子相連的氯原子又不具備高反應(yīng)活性，因此適用的硫化體系很少。目前實(shí)際生產(chǎn)中以過氧化物硫化體系為主，其中又以DCP應(yīng)用最大［4-5］。相比較而言，DCP的市場(chǎng)價(jià)格較低、硫化速度較快，而且能明顯提高硫化膠的耐熱性。在過氧化物硫化體系中，加入適量TAIC可加快硫化速度，提高交聯(lián)效率［6］，原因可能是硫化反應(yīng)至一定階段，橡膠與丙烯基的雙鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成活性劑橋鍵，能夠進(jìn)一步加速硫化反應(yīng)［7］。

表1為過氧化物硫化體系DCP和TAIC不同配比的試驗(yàn)研究，從配方比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DCP含量分別為2.5份和3份時(shí)，TAIC含量從4份增加到5份，正硫化時(shí)間分別縮短18 s和16 s，相應(yīng)的焦燒時(shí)間也略有減少；當(dāng)TAIC含量為5份不變時(shí)，DCP用量從2.5份增加到3.5份，焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間分別縮短7 s和39 s。

表1 不同硫化體系比例對(duì)硫化特性和硫化膠性能影響

從配方1#、2#、3#發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)度呈先增后減的變化趨勢(shì)，而配方4#、5#、6#則出現(xiàn)相反的變化，可見交聯(lián)效率并未由于某一組分的增加而提高；但從配方1#、4#、6#中發(fā)現(xiàn)，若同時(shí)增加DCP和TAIC含量，交聯(lián)度從0.97 N·m提高到1.78 N·m，增加了近一倍。上述判斷可從表1中硫化膠的性能中得到印證，即將DCP的含量從2.5份增加到3.5份，同時(shí)TAIC含量從3.0份增加到5.0份，膠片變硬，抗張強(qiáng)度可提高1.5 MPa，相應(yīng)的，硫化膠的斷裂伸長(zhǎng)率和抗撕強(qiáng)度分別下降了24%、22%?？紤]到本配方應(yīng)用于礦用電纜護(hù)套生產(chǎn)，從硫化速度、物理機(jī)械性能和成本綜合來看，選擇配方2#的硫化體系比例最佳，完全滿足產(chǎn)品性能要求。

2.2 氧化鎂的選擇

氧化鎂不僅影響橡膠的硫化速度，同時(shí)對(duì)改善物理機(jī)械性能起很大的作用［8］。CM在硫化過程中分解產(chǎn)生的氯化氫氣體會(huì)抑制硫化，硫化膠變得類似海綿狀充滿孔隙，致使機(jī)械性能惡化，而氧化鎂的加入能有效解決這一問題，高活性的氧化鎂不僅是極佳的酸吸收劑，而且還能作為硫化促進(jìn)劑和熱穩(wěn)定劑。一般選用輕質(zhì)活性的氧化鎂作為CM硫化助劑，本文在CM配方其他組分比例不變的情況下，選用不同廠家生產(chǎn)的氧化鎂，比較其對(duì)硫化速度和硫化膠機(jī)械性能的影響。

表2為用四種不同輕質(zhì)氧化鎂制得混煉膠的硫化特性和硫化膠性能，表3是表2中四種輕質(zhì)氧化鎂的技術(shù)參數(shù)（其中氧化鎂A為進(jìn)口，氧化鎂B、C、D均為國產(chǎn)），不同混煉膠的焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間基本一致，表明四種輕質(zhì)氧化鎂對(duì)橡膠硫化速度的影響無差異，但硫化膠的物理機(jī)械性能差別明顯。從表2中可以看出，氧化鎂A對(duì)提高硫化膠的抗張強(qiáng)度比其他三種氧化鎂效果好，達(dá)到13.9 MPa，但相應(yīng)的斷裂伸長(zhǎng)率和抗撕強(qiáng)度只有631%和9.3 N/mm2，同時(shí)硫化膠的硬度最大。氧化鎂B、C制得的硫化膠的性能較為均衡，而氧化鎂D對(duì)應(yīng)的硫化膠強(qiáng)度低，硬度大。結(jié)合表2和表3可以判斷氧化鎂對(duì)硫化膠的影響不僅看其含量、活性（碘吸附值），還包括重金屬含量、堆積密度等多方面，應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)值來選擇合適的氧化鎂。因此，從采購成本、橡皮柔軟性等方面考慮，氧化鎂B為最優(yōu)。

表2 四種輕質(zhì)氧化鎂對(duì)硫化特性和硫化膠的影響

表3 四種輕質(zhì)氧化鎂主要性能指標(biāo)

2.3 補(bǔ)強(qiáng)填充材料的配比

CM在礦用電纜上的應(yīng)用促進(jìn)了淺色補(bǔ)強(qiáng)填充材料的發(fā)展，最常用的有白炭黑、陶土、滑石粉和碳酸鈣等。相比之下，白炭黑的粒徑更細(xì)，比表面更大，可使硫化膠具備更高的抗張強(qiáng)度和耐磨性，但是白炭黑的表面極性和親水性降低了與橡膠的相容性，大量添加會(huì)明顯提高門尼粘度，加大螺桿擠出難度［9］，同時(shí)其酸性特征會(huì)消耗過氧化物，不利于橡膠硫化，因此選用適量即可［10］。為進(jìn)一步降低成本，最有效的辦法是填充一定量的陶土等填料，表4比較了不同填料對(duì)硫化膠性能的影響。

表4 不同填料對(duì)硫化膠性能的影響

從表4中各補(bǔ)強(qiáng)填充體系下硫化膠性能測(cè)試結(jié)果來看，碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)性能最差，滑石粉的加入能改善膠料的粘輥現(xiàn)象，硫化膠挺性好，但硬度明顯增加。陶土作為具有一定補(bǔ)強(qiáng)效果的填充材料，配合白炭黑和滑石粉，使硫化膠性能更優(yōu)，而且從表中比較發(fā)現(xiàn)，陶土2#比1#的物理機(jī)械性能好，添加25份陶土2#即可滿足產(chǎn)品性能要求。

3 成品電纜護(hù)套性能

根據(jù)上述配方體系優(yōu)化，確定配方如下：CM135B 100，DCP 2.5，TAIC 4.0，MgO 8，白炭黑20，陶土2#25，滑石粉50，增塑劑40，其他配合劑10。試制型號(hào)MYP-0.66/1.14kV 3×50+1×16電纜外護(hù)套，擠出外徑合格，表面光滑，斷面無氣孔，該電纜護(hù)套性能見表5，完全符合MT818-2009及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品性能的要求。

表5 成品電纜護(hù)套性能

4 結(jié)束語

CM作為一種電纜用材料，憑借其優(yōu)異的綜合性能，在采礦、船舶、風(fēng)能、汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，通過對(duì)配方體系中硫化劑、吸酸劑（氧化鎂）和補(bǔ)強(qiáng)填充材料的選材、配比等進(jìn)行優(yōu)化，降低配方材料成本，改善產(chǎn)品外觀質(zhì)量。同時(shí)生產(chǎn)的成品電纜的護(hù)套性能完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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The Formula Design Optim ization and App lication of the Chlorinated Polyethylene for M ining Industry Cable Sheath

JIANG Qi，LIU Jing-guang
（Jiangsu Zhongmei Cable Co.，Ltd.，Yixing 214251，China）

Using chlorinated polyethylene as the basic polymer，the rubber sheath formula，which was influenced mainly by peroxide curing system，magnesium oxide，and reinforcing filler component，has been optimized.The tests result showed that this formula was applicable tomining industry cable sheath production，not only satisfied the performance and processing requirements，but also greatly reduced the cost ofmaterials.

chlorinated polyethylene；curing system；magnesium oxide；reinforcing filler

TM215.2

A

1672-6901（2014）06-0012-03

2014-05-07

蔣 琪（1986-），男，助理工程師.

作者地址：江蘇宜興市官林工業(yè)園C區(qū)［214251］.