低成本高強(qiáng)度氯丁橡膠護(hù)套的研制

夏明慧， 冷 靜， 甘胤嗣

（寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225800）

低成本高強(qiáng)度氯丁橡膠護(hù)套的研制

夏明慧， 冷 靜， 甘胤嗣

（寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225800）

研制了一種使用國(guó)產(chǎn)氯丁生膠作為主要基體，低成本、高強(qiáng)度的氯丁橡膠護(hù)套配方。通過并用加工工藝優(yōu)良的生膠，選擇合適的補(bǔ)強(qiáng)體系及防焦劑，得到了工藝性能好、操作安全、強(qiáng)度高的護(hù)套配方。

低成本；氯丁橡膠護(hù)套；粘輥；高強(qiáng)度

0 前言

氯丁橡膠被譽(yù)為“多功能橡膠”，這是因?yàn)樗粌H具有良好的力學(xué)性能，還具有耐熱、耐油、耐天候老化、耐燃、耐油及耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良的性能，是通用橡膠中綜合性能較好的膠種［1］。氯丁橡膠在電線電纜行業(yè)中被廣泛用作護(hù)套使用，主要應(yīng)用在煤礦電纜、礦用電纜、耐天候電纜，及使用環(huán)境惡劣、對(duì)護(hù)套材料要求較高的場(chǎng)合。

我國(guó)電纜行業(yè)使用的氯丁橡膠護(hù)套配方大都以進(jìn)口氯丁橡膠為主體，工藝性能好，但價(jià)格較高。國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠價(jià)格低，近幾年逐漸有人開始研究國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠護(hù)套的配方，但是其加工性能及安全性能較差，應(yīng)用得還比較少［2］。

研制了一種使用國(guó)產(chǎn)氯丁生膠作為主要基體，成本低、強(qiáng)度高的氯丁橡膠護(hù)套配方。其性能可以滿足DIN VDE 0207 Teil 21-1993-07《電纜和絕緣導(dǎo)線用的絕緣復(fù)合物和護(hù)套復(fù)合物橡膠》中“5GM5”型號(hào)高強(qiáng)度護(hù)套的要求。配方含膠量在50%左右，相比全使用進(jìn)口氯丁橡膠的配方，成本可降低20%左右。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

氯丁橡膠 CR3221，重慶長(zhǎng)壽化工生產(chǎn)；氯丁橡膠Baypren 116（CR116），朗盛公司生產(chǎn)；活性氧化鎂，邢臺(tái)市鎂神化工生產(chǎn)；氧化鋅，臺(tái)灣實(shí)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)；色料，上海燃料化工十二廠生產(chǎn)；沉淀法白炭黑，三明市豐潤(rùn)化工生產(chǎn)；人工合成層狀硅酸鹽薩博菲Superfi l-503，濟(jì)南環(huán)興高臺(tái)有限公司進(jìn)口；防焦劑DM（2，2'-二硫代二苯并噻唑），華星化學(xué)有限公司生產(chǎn)；防粘劑Afl ux16，德國(guó)萊茵化學(xué)生產(chǎn)。其他配合劑均屬橡膠工業(yè)常用產(chǎn)品。

1.2 基礎(chǔ)配方

膠料基本配方（單位：份）：CR3221/CR116 100.0，活性氧化鎂 4.0，氧化鋅 5.0，硬脂酸 1.0，防粘劑Aflux16 1.5，增塑劑DOS 8.0，滑石粉60.0，促進(jìn)劑Na-22 0.5，偶聯(lián)劑A172 1.5，色料2.0，其他 14.0。

1.3 主要儀器及設(shè)備

XK-160開放式煉膠機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠；平板硫化機(jī) QLB-25型，無錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠；JPL-2500N型微控電子拉力機(jī)，江都市精誠(chéng)測(cè)試儀器廠；MVR2000流變儀，上海埃爾法儀器科技有限公司；MV2000門尼黏度儀，上海埃爾法儀器科技有限公司。

1.4 試樣制備

將膠料在開煉機(jī)上混煉，首先共混兩種氯丁橡膠，然后依次加入小料、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑，最后加入活性氧化鎂及氧化鋅?；鞜捑鶆?，薄通5～8次，下片，停放24 h后再進(jìn)行硫化及其他性能的檢測(cè)。

壓制樣片，將膠料放在1 mm厚長(zhǎng)方形模具中，用平板硫化機(jī)硫化。硫化溫度為150 ℃，時(shí)間30 min，壓力10～15 MPa，壓制結(jié)束后在（23±5）℃下放置16 h。

1.5 性能試驗(yàn)

門尼黏度按GB/T1232—1992測(cè)試；流變?cè)囼?yàn)按照企業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，測(cè)試條件為150 ℃、30 min；力學(xué)性能按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.11測(cè)試；邵氏硬度按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23651—2009測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 氯丁橡膠的選擇

選擇長(zhǎng)壽化工的國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠CR3221。它是以硫磺和二硫化二異丙基黃原酸酯為混合調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物，結(jié)晶速度中等，相對(duì)密度1.23，為米黃色或棕色塊狀物，非污染型，抗撕裂強(qiáng)度高，加工性能優(yōu)于硫磺調(diào)節(jié)型膠，適合護(hù)套配方使用。但它的門尼黏度低，半成品膠片挺性差、易發(fā)硬，容易變形，且在混煉過程中仍然有粘輥及易焦燒的問題。為改善其缺點(diǎn)，需要加入少量防粘劑，且并用一部分進(jìn)口膠。

進(jìn)口氯丁橡膠選自朗盛公司的CR116，XD調(diào)節(jié)型（XD為一種改性調(diào)節(jié)劑），具有極好的加工性能，可以改善粘輥的問題。它的門尼黏度稍高，有助于改善膠片的挺性。此外它的結(jié)晶趨向極輕微，可以改善膠片發(fā)硬的問題［3］。它的高強(qiáng)度也有助于提高配方強(qiáng)度，及適當(dāng)降低含膠量，并降低成本。兩種生膠的具體性能見表1，相關(guān)參數(shù)均來源于廠家提供的質(zhì)檢報(bào)告。

表1 氯丁橡膠性能對(duì)比表

為保證良好的加工性能，對(duì)CR3221與CR116以不同的并用比例進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 氯丁橡膠1）試驗(yàn)

從表2可以看出，當(dāng)并用CR116 30.0份時(shí)，配方的加工性能得到了明顯改善?？梢詫⒒九浞降纳z比例固定為CR3221/CR116質(zhì)量比70：30，此時(shí)配方的加工性能良好，解決了國(guó)產(chǎn)膠的粘輥問題。然后對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，通過增加防焦劑的量，進(jìn)一步改善焦燒安全性。

在研究過程中還對(duì)其他進(jìn)口氯丁生膠也進(jìn)行了并用試驗(yàn)，例如將CR3221與東曹化工B30s并用，當(dāng)B30s使用量達(dá)到70份時(shí)，粘輥問題才有改善。所以改善粘輥問題的關(guān)鍵在于并用加工性能突出的生膠。

2.2 防粘性能

本實(shí)驗(yàn)使用德國(guó)萊茵化學(xué)的Aflux16作為防粘劑，它是天然脂肪酸的鈣鹽與氨酯蠟的混合物，可以有效改善橡膠的黏性，是一種高效分散劑，有助于配合劑的均勻分散。因此它可以改善氯丁橡膠的加工工藝性能，提高混煉的效率及操作性。使用0.5～1.0 份Afl ux 16，即有明顯效果。它價(jià)格較貴，也不宜多加。

2.3 補(bǔ)強(qiáng)體系的選擇

通過以上方法改善了國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠的加工工藝性能，但是拉伸強(qiáng)度仍較低，需要通過改善填充補(bǔ)強(qiáng)體系來提高拉伸強(qiáng)度［4］。配方選用沉淀法白炭黑及薩博菲Superfil-503作為補(bǔ)強(qiáng)劑，并以不同比例進(jìn)行了試驗(yàn)（見表3）。

表3 氯丁橡膠護(hù)套配方1）補(bǔ)強(qiáng)體系變量試驗(yàn)

從表3可以看出，添加白炭黑30.0 份時(shí)，膠料的力學(xué)性能可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但門尼黏度升高了21，而且增加白炭黑后配方在混煉過程中升溫很快，不利于操作安全性。而隨著Superfil-503的增加，可以顯著降低門尼黏度、延長(zhǎng)焦燒時(shí)間，邵爾A硬度也逐漸下降。Superfi l-503比表面積為30～50 m2/g，補(bǔ)強(qiáng)效果比較好。但是減少到一定程度后，膠料的強(qiáng)度會(huì)明顯下降?？紤]到在調(diào)整防焦劑的過程中會(huì)影響力學(xué)性能，經(jīng)綜合考慮，使用白炭黑20.0 份，Superfil-503 10.0 份最為適宜。

氯丁橡膠是自補(bǔ)強(qiáng)性橡膠，力學(xué)性能會(huì)隨填充補(bǔ)強(qiáng)體系的增多而下降。為了獲得高強(qiáng)度，控制填充補(bǔ)強(qiáng)的量是關(guān)鍵。由于并用了超高強(qiáng)度的CR116，可以適當(dāng)?shù)亟档秃z量。在本研究中，含膠量?jī)H為50%依然可以滿足強(qiáng)度要求。相比其他研究者，含膠量下降了5%～10%［5］，大大降低了成本。

2.4 防焦劑的選擇

氯丁橡膠對(duì)溫度敏感，在加工過程中易發(fā)生焦燒。而國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠相比進(jìn)口氯丁橡膠硫化速度快、焦燒時(shí)間短，所以一定要配合使用防焦劑加以彌補(bǔ)。本研究使用DM作為防焦劑，并進(jìn)行了變量試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 氯丁橡膠護(hù)套配方1）防焦劑DM變量試驗(yàn)

從表4中可以看出，增加DM可以明顯增加焦燒時(shí)間。但隨著添加量的增多，延緩焦燒的幅度在逐漸減小，而且拉伸強(qiáng)度也在逐漸減小。設(shè)計(jì)配方時(shí)希望在保證力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，焦燒時(shí)間越長(zhǎng)越好，所以DM的使用以1.5份最為適宜。

最終確定配方為（單位：份）：CR3221 70.0，CR116 30.0，活性氧化鎂 4.0，氧化鋅 5.0，硬脂酸 1.0，防粘劑 1.5，增塑劑 8.0，滑石粉30.0，白炭黑 20.0，Superfi l-503 10.0，Na-22 0.5，偶聯(lián)劑 1.5，色料 2.0，其他 14.0，防焦劑DM 1.5。

3 車間生產(chǎn)

采用GE135型密煉機(jī)進(jìn)行放大生產(chǎn)。由于氯丁橡膠混煉過程升溫快、易焦燒，所以采用二段混煉方法。一段混煉按照生膠、小料、填充劑、油料的順序投料，最高溫度不超過80 ℃；然后經(jīng)過下輔機(jī)打卷冷卻，再進(jìn)行二段混煉，加入氧化鋅及活性氧化鎂，溫度不超過70 ℃。

膠料停放24 h后進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)（表5），各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 氯丁橡膠護(hù)套硫化膠性能表

4 結(jié) 論

（1）通過并用30.0份進(jìn)口CR116（德國(guó)朗盛產(chǎn)），可以顯著改善國(guó)產(chǎn)CR3221的粘輥問題，使配方具有良好的加工性能。使用國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠作為主要基料則大大降低了配方的成本。

（2）通過選用高強(qiáng)度的氯丁生膠，配合使用適量的白炭黑及Superfil-503作為補(bǔ)強(qiáng)劑，可使護(hù)套配方獲得較高的拉伸強(qiáng)度，且含膠量可以減少到50%，降低了成本。

（3）使用DM作為氯丁橡膠護(hù)套配方中的防焦劑，可以有效延長(zhǎng)焦燒時(shí)間。

［1］ 楊清芝.實(shí)用橡膠工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006:38-39.

［2］ 王子生. 國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠生產(chǎn)工藝問題探討［J］.特種橡膠制品，2010，31（5）:58-60.

［3］ 駱瑞靜.氯丁橡膠（Baypren）的性能、加工及其應(yīng)用 ［J］.橡膠參考資料，2009，39（1）:47-55.

［4］ 王作齡.氯丁橡膠配方技術(shù)［J］.世界橡膠工業(yè)，1998，1（1）: 56-62.

［5］ 王長(zhǎng)春.彩色高強(qiáng)度高抗撕氯丁橡膠護(hù)套的研制［J］.特種橡膠制品， 2005， 26（1）:28-29.

［責(zé)任編輯：朱 胤］

Development of Low-Cost CR Sheath with High Tensile Strength

Xia Minghui， Leng Jing， Gan Yinsi
（ Baosheng Science & Technology Innovation Co.， Ltd.， Yangzhou 225800， China ）

This paper introduced a low-cost chloroprene sheath with high tensile strength using domestic raw chloroprene rubber. By blending import raw chloroprene rubber with excellent processing property， and selecting appropriate reinforcement system and scorch retarder， a sheath formulation with good process performance， safe operation performance and high tensile strength was developed.

Low-Cost； Chloroprene Rubber Sheath； Roller Sticking； High Tensile Strength

TQ 336.4+2

B

1671-8232（2015）11-0018-04

2015-05-29

修回日期：2015-07-22

夏明慧（1986— ），吉林長(zhǎng)春人，哈爾濱理工大學(xué)碩士。主要從事塑料及橡膠配方的研發(fā)工作。