CPE/CO 抗拉伸絕緣電纜護(hù)套材料的研究

杜夢(mèng)緣 孔德忠 于佳源

(無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，宜興，214206)

目前，國(guó)內(nèi)氯丁橡膠常用作電纜護(hù)套的主體，氯丁橡膠阻燃性好，常溫下機(jī)械性能較好，但溫度性能較差，再加上氯丁橡膠價(jià)格相對(duì)比較高，若單獨(dú)以其作為電纜護(hù)套的主體材料，成本相對(duì)比較貴，從而限制了其使用。

氯化聚乙烯（CPE）橡膠是一種飽和的含氯橡膠，具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性、耐化學(xué)藥品性、耐天候老化性和耐臭氧老化性，而且價(jià)格便宜，應(yīng)用前景廣闊[1]。但是CPE在低溫時(shí)材料本身比較硬、彈性降低、抗撕性能變差，將其應(yīng)用在任何情況下都需要柔軟、彈性好煤礦用電纜護(hù)套較為困難。而氯醚橡膠(CO)的耐熱性、耐油性、耐氣候性及耐寒性較好，由于CPE與CO的相容性較好，并能進(jìn)行共硫化，如將兩者共混并用，可獲得具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能（如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率高）的電纜護(hù)套材料，同時(shí)降低成本。

本工作采用CPE與CO并用，制得了抗拉伸性能較好的橡皮護(hù)套材料。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料及生產(chǎn)廠家

CPE，牌號(hào)135B，杭州科利化工有限公司；CO，武漢有機(jī)合成材料廠產(chǎn)品；氧化鎂(MgO)，邢臺(tái)神鎂化工有限公司；氧化鋅(ZnO)，間接法，諸城正大中和化工有限公司產(chǎn)品；二鹽基硫酸鉛，高邑宏森化工有限公司；三鹽基硫酸鉛，海寧化工助劑有限公司；偏苯三酸三辛酯，山東豪耀新材料有限公司；70#氯化石蠟，聚磷酸銨，濟(jì)南英出化工科技有限公司；高耐磨炭黑，青島德瑞鑫環(huán)保技術(shù)有限公司；三氧化二銻，久通冶煉有限公司；水滑石，天堂助劑化工有限公司；沉淀法白炭黑，躍江鈦白化工制品有限公司；改性煅燒納米陶土，昇平礦產(chǎn)品有限公司；其他原料均為市售。

1.2 主要試驗(yàn)儀器和設(shè)備

密煉機(jī)，XSM-1/10～120型，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；開煉機(jī)，JG-3010，江都市金剛機(jī)械廠；壓延機(jī)，XY型，無(wú)錫市合豐機(jī)械設(shè)備廠。

1.3 性能測(cè)試

試樣性能測(cè)試按 GB 7594-1987、GB 5013-2008、GB 2951-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，老化條件：135±2 ℃×168 h，浸油實(shí)驗(yàn)條件：100±2 ℃×24 h。

1.4 試樣制備

首先，將所述氯化聚乙烯和氯醚橡膠在70～80℃密煉機(jī)中塑煉2～3 min。然后依次加入二鹽基硫酸鉛、三鹽基硫酸鉛、N，N-二甲基苯胺、氧化鎂、氧化鋅、N,N-雙（β-羥乙基）-苯并咪唑酮、N-N-苯基對(duì)苯二胺、70#氯化石蠟、聚磷酸銨、三烯丙基異三聚氰酸酯、三氧化二銻，混煉2～3 min。在密煉機(jī)中最后加入偏苯三酸三辛酯、環(huán)氧大豆油、高耐磨炭黑、水滑石、沉淀法白炭黑、改性煅燒納米陶土，混煉3～4 min，形成混煉膠料，該混煉膠料在溫度達(dá)到90～100℃時(shí)從所述密煉機(jī)中排出。排出混煉膠料在開煉機(jī)上薄通，并來(lái)回?cái)[膠4～6次，接著在三輥壓延機(jī)上壓延，不開條出片；壓延后的混煉膠料室溫存放8～16h，然后放入密煉機(jī)混煉，混煉溫度達(dá)到90～120℃時(shí)，加入三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，接著混煉0.5～1.5 min，然后排出混煉膠料；將混煉膠料在開煉機(jī)上薄通3～5次，并來(lái)回?cái)[膠4～6次，接著在三輥壓延機(jī)上開條出片，輸出的橡頁(yè)經(jīng)過冷卻輥冷卻，過滑石粉箱后，即制得成品。

2 結(jié)果與討論

2.1 組分選取

CPE和CO在加工或使用過程中會(huì)受到熱、氧及臭氧作用，發(fā)生降解，并釋放出HCl，加速橡膠的老化[2,3]。所以組分選取時(shí)，選擇MgO作為HCl的吸收劑，起到穩(wěn)定劑作用，同時(shí)與ZnO復(fù)配，考查不同配比時(shí)，對(duì)膠料性能的影響。CPE、CO的配方用量按照CPE/CO為70/30確定，穩(wěn)定劑選擇二鹽基硫酸鉛/三鹽基硫酸鉛為3/2進(jìn)行試驗(yàn)，具體配方見表1。

2.2 物理機(jī)械性能

從拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗撕強(qiáng)度考察了CPE/CO護(hù)套材料的物理機(jī)械性能，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，加入CO的配方要比純的CPE(樣品5)的抗拉強(qiáng)度有明顯提高，原因在于CPE、CO二者均為極性橡膠，相容性好，共混后可以實(shí)現(xiàn)共硫化。對(duì)比樣品2和樣品3發(fā)現(xiàn)，樣品2的拉伸強(qiáng)度明顯高于樣品3，兩者配方的主要不同之處在于，MgO/ZnO的配比不同，數(shù)據(jù)表明，當(dāng)MgO/ZnO配比在3/3時(shí)，樣品的抗拉伸性能更佳。對(duì)比表2中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，樣品1～4的拉伸強(qiáng)度性能普遍高于樣品5～7，特別是樣品3、4的抗撕裂性能較其他樣品有顯著提高，主要原因在于三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三烯丙基異三聚氰酸酯共同使用，配比在3/2～3/3的范圍內(nèi)，可以提高膠料的抗撕強(qiáng)度。其中樣品4的拉伸強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度最高，可以分別達(dá)到17.4MPa和14.1MPa，對(duì)比配方中的組分發(fā)現(xiàn)，樣品4的中的高耐磨炭黑、沉淀法白炭黑、改性煅燒納米陶土份數(shù)更多，這說(shuō)明，補(bǔ)強(qiáng)填充體系的的加入，在一定比例下，可以有效提高膠料的機(jī)械性能，但是樣品4的斷裂伸長(zhǎng)率較低，也說(shuō)明，補(bǔ)強(qiáng)填充體系要控制在一定比例之下，否則會(huì)斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)有所損失，在設(shè)計(jì)配方時(shí)要注意兩者的平衡。

2.3 老化性能

本實(shí)驗(yàn)配方中采用二鹽基硫酸鉛和三鹽基硫酸鉛為主穩(wěn)定劑，固定兩者的用量為3/2，調(diào)節(jié)N，N-二甲基苯胺、偏苯三酸三辛酯、N-N-苯基對(duì)苯二胺的組分，考察共混膠料的老化性能，將樣品經(jīng)過135℃熱空氣老化168 h之后，CPE/CO護(hù)套材料性能如表3所示。

表1 CPE/CO共混膠料的配比Tab.1 Mass ratios of CPE/CO mixed samples(%wt)質(zhì)量份

表3 CPE/CO護(hù)套材料的老化性能對(duì)比Tab.3 Mechanical properties of CPE/CO sheath material samples before and after aging

從表3中數(shù)據(jù)可見，樣品5的純CPE的老化性能最差，老化前后拉伸強(qiáng)度變化率和老化前后斷裂伸長(zhǎng)率變化率分別達(dá)到了-42.6%和-35.2%。而CPE/CO共混體系的老化性能普遍高于樣品5，這主要是因?yàn)镃PE/CO共混后，可以改善膠料的老化性能。另外，樣品1～4的老化性能普遍高于樣品5～7，這主要是因?yàn)?，氧化鎂、氧化鋅與 N,N-雙（β-羥乙基）-苯并咪唑酮配合使用，可以提高膠料的熱穩(wěn)定性，再加上N，N-二甲基苯胺、偏苯三酸三辛酯、N-N-苯基對(duì)苯二胺的復(fù)配與CPE/CO可以協(xié)同作用，從而改善了護(hù)套的老化性能和耐磨性能。其中以樣品4的老化性能最優(yōu)，主要原因在于樣品4中的炭黑與白炭黑對(duì)共混膠料的熱氧老化起到抑制作用，將二者配合使用可以達(dá)到更好的耐老化效果。

2.4 耐油性能

CPE/CO共混膠耐油實(shí)驗(yàn)在IRM903標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)油中進(jìn)行，浸油前后樣品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，測(cè)試結(jié)果如表4所示。 綜合來(lái)看，樣品1～4浸油前后拉伸強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率較低，尤其以樣品2最佳，原因可能在于，氯化聚乙烯和氯醚橡膠并用同時(shí)采用偏苯三酸三辛酯和環(huán)氧大豆油進(jìn)行復(fù)配比例較為適當(dāng)，共混膠料獲得較好的耐油性能。

表4 CPE/CO護(hù)套材料的耐油性能對(duì)比Tab.4 Oil resistant properties of CPE/CO sheath material samples before and after being soaked in oil

2.5 阻燃性能

通過測(cè)試樣品的氧指數(shù)和煙密度 (最小透光率)來(lái)判定膠料的阻燃性能，測(cè)試結(jié)果如表5所示。對(duì)此數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，樣品1～4的氧指數(shù)普遍在43%以上，最小透光率在51%以上，樣品1～4的氧指數(shù)和最小透光率的參數(shù)優(yōu)于樣品5～7，對(duì)比配方組分發(fā)現(xiàn)，樣品1～4中添加了不同比例的水滑石和聚磷酸銨。水滑石、聚磷酸銨配合70#氯化石蠟、炭黑、三氧化二銻，燃燒時(shí)相互作用，降低發(fā)煙量。70#氯化石蠟和三氧化二銻復(fù)配，可以提高氧指數(shù)。

表5 CPE/CO護(hù)套材料的阻燃性能對(duì)比Tab.5 Fire retardant properties of CPE/CO sheath material samples

2.6 絕緣性能

實(shí)驗(yàn)過程中，測(cè)得各樣品的體積電阻率，如表6所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，樣品1～4的體積電阻率普遍高于樣品 5～7， 最高可達(dá) 5.9×1011Ω·m，CPE/CO護(hù)套材料的絕緣性能得到有效的提升。

表6 CPE/CO護(hù)套材料的絕緣性能對(duì)比Tab.6 Insulation performance of CPE/CO sheath material samples

3 結(jié)論

（1）以CPE/CO為基體材料，制得了一種抗拉伸絕緣電纜護(hù)套材料，提高橡膠護(hù)套料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和耐油性能較為優(yōu)異，所得護(hù)套材料的拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)17.4 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)504.9%，改善了護(hù)套的老化性能和耐磨性能，老化溫度可以到達(dá)135℃，具有良好的耐候性能，也提高了自然交聯(lián)速度，大大提高了生產(chǎn)效率和交聯(lián)的均勻性。護(hù)套材料的氧指數(shù)達(dá)45%，最小透光率達(dá)54%，體積電阻率最高可達(dá)5.9×1011Ω·m。

（2）得到了4個(gè)較為優(yōu)良的CPE/CO抗拉伸絕緣電纜護(hù)套材料配方，所得樣品中樣品4的機(jī)械性能、老化性能和絕緣性能最好，樣品1的阻燃性能最好，樣品2的耐油性能最好。