硫化體系對(duì)CSM電纜料性能的影響

朱沛然 趙桂英 代青云 智振興 張小萍

(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140)

隨著國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展電力工業(yè)的需要，電纜產(chǎn)品需求量大幅度增加；作為電纜料，除了具有較好的加工工藝性能，力學(xué)性能、耐老化性能之外，還必須提高其阻燃性能才能安全使用，電纜料的阻燃性能與人的生命息息相關(guān)，阻止火災(zāi)發(fā)生以及降低發(fā)生火災(zāi)的傷亡率，已成為電線電纜行業(yè)的發(fā)展方向[1，2]。

氯磺化聚乙烯(CSM)是以聚乙烯為主原料經(jīng)氯化、氯磺化反應(yīng)而制得的具有高飽和化學(xué)結(jié)構(gòu)的含氯、硫元素的特殊彈性體，屬高性能特種橡膠品種；具有優(yōu)異的耐臭氧性、耐候性、耐熱性、難燃性、耐水性、耐化學(xué)藥品性、耐油性、耐磨性等；因此在電線電纜、防水卷材、汽車工業(yè)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[3]。CSM分子結(jié)構(gòu)中的亞磺酰氯基具有反應(yīng)性，它含有不穩(wěn)定的叔碳原子及在亞磺酰氯基a-位置上的活性氯原子，可與金屬氧化物、二元胺、多元醇、硫磺、硫脲及過(guò)氧化物等發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；不同硫化體系與CSM交聯(lián)機(jī)理及交聯(lián)鍵類型不同，在一定程度上影響硫化物的性能[4]。

采用TRA、季戊四醇、硫磺、TAIC及DCP五種硫化配合體系，對(duì)比分析不同硫化體系對(duì)CSM電纜料加工工藝性能、力學(xué)性能、老化性能及阻燃性能的影響，為進(jìn)一步探索和開發(fā)CSM高性能硫化配合體系提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

氯磺化聚乙烯：連云港金泰達(dá)橡膠材料有限公司生產(chǎn)，牌號(hào)CSM3550 ，氯含量為35%，硫含量為1.5%；四硫化雙戊亞甲基秋蘭姆(TRA)、二硫化二苯并噻唑(DM)、1,2-亞乙基硫脲(NA-22)，連云港連連化學(xué)有限公司，工業(yè)級(jí)；季戊四醇、三烯丙基異三聚氰酸酯(TAIC)，上海方銳達(dá)化學(xué)品有限公司；氫氧化鋁：滄州鑫誠(chéng)盛化工有限公司；阻燃劑: 石家莊市茂豐化工有限公司；氧化鎂、硬脂酸、DCP：中國(guó)石化南京化工廠；硫磺、促進(jìn)劑、防老劑、軟化劑類等為市售產(chǎn)品。

1.2 基本配方

CSM 100份，微晶蠟1份，硬脂酸1份，氫氧化鋁55份，阻燃劑6份，軟化劑10份，防老劑2.5份，硫化體系為變量，有5種不同類型，如表1所示。

表1 CSM電纜料的硫化體系Table1 the vulcanization system of CSM cable material

1.3 主要設(shè)備與儀器

開放式煉膠機(jī)XK-160、平板硫化機(jī)QLB-50D/Q均為無(wú)錫市第一橡塑機(jī)械有限公司；無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀GT-M2000-A：臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；高低溫拉力試驗(yàn)機(jī)GT-AI-7000-GD：臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；熱老化實(shí)驗(yàn)箱RLH-225：南京五和試驗(yàn)設(shè)備有限公司；沖片機(jī)CP-25、邵氏硬度計(jì)：江都市試驗(yàn)機(jī)械廠；JF-3氧指數(shù)測(cè)試儀：南京江寧區(qū)分析儀器廠。

1.4 試樣制備

1.4.1混煉膠制備

1.4.2硫化試樣

將混煉膠在室溫停放24 h后，采用平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化試樣的制備；硫化條件為：溫度：170 ℃，時(shí)間：T90，壓力：15 MPa。硫化后的試片在室溫下停放12～36 h，采用沖片機(jī)進(jìn)行沖裁及性能測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試 [5]

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行相關(guān)性能的測(cè)試；其中硫化特性測(cè)試溫度設(shè)定為170 ℃，壓力為0.35～0.6 Mpa；老化性能測(cè)試條件為：溫度為120 ℃，時(shí)間為70 h；阻燃試驗(yàn)采用氧指數(shù)測(cè)試方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化體系對(duì)CSM電纜料硫化特性的影響

硫化體系對(duì)CSM電纜料硫化特性的影響見表2。

表2 硫化體系對(duì)CSM電纜料硫化特性的影響Table 2 Impact of the vulcanization system on the vulcanization characteristics of the CSM cable materials

從表2可以看出，2#硫化體系膠料的T10最小，說(shuō)明該硫化體系膠料焦燒時(shí)間最短，硫化操作安全性較差，不易充滿模腔；4#硫化體系膠料的焦燒時(shí)間T10適中，加工安全性好，不易焦燒；5種硫化體系膠料的T90相差較大，其中2#硫化體系膠料的正硫化時(shí)間最短，為112 s，4#硫化體系膠料的工藝正硫化時(shí)間最長(zhǎng)，達(dá)到336 s；但總體來(lái)看，5種硫化體系膠料的正硫化時(shí)間均較短，有利于節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率。

2.2 硫化體系對(duì)CSM電纜料力學(xué)性能的影響

硫化體系對(duì)CSM電纜料力學(xué)性能的影響見表3。

表3 硫化體系對(duì)CSM電纜料力學(xué)性能的影響Table 3 Impact of the vulcanization system on themechanical properties of the CSM cable materials

從表3可以看出，1#硫化體系膠料的硬度最大，達(dá)到68，5#硫化體系膠料的硬度最小，為63，2#和3#硫化體系膠料的硬度相同；1#硫化體系膠料的拉伸強(qiáng)度最大，2#硫化體系膠料的拉伸強(qiáng)度最小，伸長(zhǎng)率最大的是5#硫化體系膠料，2#硫化體系膠料的伸長(zhǎng)率最小；300%定伸應(yīng)力最大的3#硫化體系膠料；最小的是5#硫化體系膠料。撕裂強(qiáng)度最大的是2#硫化體系膠料，達(dá)到26.39N/mm，5#硫化體系膠料的撕裂強(qiáng)度最小，為23.12 N/mm，其余3種硫化體系膠料的撕裂強(qiáng)度相差不大；說(shuō)明在配方中采用氧化鎂/TRA/季戊四醇共硫化體系能改善膠料的撕裂性能，膠料在老化作用或受到尖銳物的撞擊時(shí)不易產(chǎn)生裂口、破損。

2.3 硫化體系對(duì)CSM電纜料老化性能的影響

硫化體系對(duì)CSM電纜料老化性能的影響見表4。

由表4可知，經(jīng)過(guò)120 ℃，70 h的熱空氣老化后，5種硫化體系膠料的硬度均有所增加，其中5#硫化體系膠料的硬度變化值最大，其余4種硫化體系膠料的硬度變化值相差不大；4#、5#硫化體系膠料老化后拉伸強(qiáng)度大于老化前，其它3種硫化體系老化后拉伸強(qiáng)度均有所下降，其中1#硫化體系膠料的拉伸強(qiáng)度變化百分率最大；5種硫化體系膠料老化后伸長(zhǎng)率均較老化前明顯減少，其中3#硫化體系膠料伸長(zhǎng)率變化百分率最大，為-22%，4#硫化體系膠料伸長(zhǎng)率變化百分率最小，為-11%；老化后5種硫化體系膠料300%定伸應(yīng)力明顯大于老化前。

表4 硫化體系對(duì)CSM電纜料老化性能的影響Table 4 Impact of the vulcanization system on the mechanical properties of the CSM cable materials after aging

2.4 硫化體系對(duì)CSM電纜料阻燃性能的影響

目前測(cè)試橡膠阻燃性的方法有：垂直燃燒法、水平燃燒法和氧指數(shù)法；。氧指數(shù)法就是在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，在氧氮混合氣流中，測(cè)定剛好維持試樣燃燒所需的最低氧濃度；一般氧指數(shù)大于27%的為高難燃材料；氧指數(shù)小于22%的為易燃材料；氧指數(shù)在22%～27%范圍內(nèi)的為難燃材料[6]。硫化體系對(duì)CSM電纜料氧指數(shù)的影響見表5。

表5 硫化體系對(duì)CSM電纜料氧指數(shù)的影響Table 5 Impact of the vulcanization system on the oxygen index of the CSM cable material

從表5可以看出，2#硫化體系膠料的氧指數(shù)最小，電纜料阻燃性較差，而4#硫化體系膠料的氧指數(shù)最大，電纜料阻燃性最好；總體來(lái)講，硫化體系對(duì)CSM電纜料阻燃性的影響不大。

3 結(jié) 論

(1)5種硫化體系膠料正硫化時(shí)間均較短，有利于節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率，其中4#硫化體系膠料的焦燒時(shí)間T10適中，加工安全性好，不易焦燒。

(2)1#硫化體系膠料的硬度、拉伸強(qiáng)度最大；5#硫化體系膠料的伸長(zhǎng)率最大，2#硫化體系膠料的撕裂強(qiáng)度最大，抗裂口擴(kuò)展性能最好。

(3)經(jīng)過(guò)120 ℃，70 h的熱空氣老化試驗(yàn)，5種硫化體系膠料均呈現(xiàn)硬度增加，伸長(zhǎng)率減小的趨勢(shì)，4#、5#硫化體系膠料老化后的拉伸強(qiáng)度大于老化前，4#硫化體系膠料的伸長(zhǎng)率變化百分率最小，膠料的氧指數(shù)最大；總體來(lái)看，4#硫化體系膠料的綜合性能最佳。

[1] 劉玲，葉衛(wèi)哄.無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料的發(fā)展?fàn)顩r[J].石化技術(shù)與應(yīng)用,1999,17(1):40～43.

[2] 楊柳松，馮正祥.淺析阻燃電線電纜的概況與發(fā)展[J].建筑設(shè)備與建筑材料，2007,27(S1):198.

[3] 田維生.SABS認(rèn)證礦纜用RS6型CSM護(hù)套的配方研究[J].安徽化工,2013,39(6):44-46.

[4] 林孔勇摘譯.氯磺化聚乙烯加工技術(shù)[J].橡膠譯叢,1996,01:43-52.

[5] 趙桂英,王忠光.高分子材料性能測(cè)試技術(shù)[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013,08.

[6] 張殿榮,辛振祥.現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002,09．