一種環(huán)境友好型橡膠電纜護套料的研制

徐明球，周健濤

（華聲電器實業(yè)有限公司，廣東 佛山528306）

自1912 年人們發(fā)現(xiàn)炭黑對橡膠具有補強作用以來,炭黑逐漸成為橡膠工業(yè)不可缺少的原材料。目前世界橡膠工業(yè)原材料耗用量排在第一位的是生膠,第二位就是炭黑，換言之，炭黑是消費量最大的橡膠配合劑。電纜料是炭黑重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，作為傳統(tǒng)的黑色補強劑，炭黑在橡膠電纜料加工時通常采用兩種方法：一是直接以炭黑原粉加入密煉機，與生膠、填充料、防老劑等原料共同混煉；二是在一個相對較小的作業(yè)空間內(nèi)，先把大量炭黑與少量生膠及其他助劑在密煉機中共混，制成高濃度的炭黑母煉膠，再以母煉膠的形式與配方中其他原料共混。這兩種傳統(tǒng)方法均存在著弊端：炭黑添加量大，粒度細(xì)，質(zhì)量輕，飛揚嚴(yán)重，工作環(huán)境極差。近年來，線纜企業(yè)煉膠過程中的粉塵、煙霧、噪音污染已作為國家重點管控對象。本研究擬大幅減少炭黑在護套膠中的用量，直接采購計量的小包裝炭黑，以加工溫度下與CPE橡膠相容性好的EVA薄膜膠袋密封包裝，使用時不用再稱量，未拆封的炭黑連同包裝物直接投入密煉機中，同時配合部分淺色補強劑，在達(dá)到產(chǎn)品性能要求的同時，明顯減少了炭黑對環(huán)境的污染，車間生產(chǎn)環(huán)境明顯改善。

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 主要設(shè)備及儀器

110 L密煉機；Φ550開煉機；Φ90擠橡機；401B熱老化箱，南通宏大實驗儀器廠；JSL-2500N 電子拉力實驗機，江都精藝實驗機械公司；270C 低溫測試箱，常熟環(huán)境測試設(shè)備廠；HY8802A型電線曲撓機，深圳德邁盛機電設(shè)備公司。

1.2 主要原料

CM135B，杭州科利化工；1 500目超細(xì)滑石粉，佛山梅林化工；2 500目超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，東莞立茂化工；TA?IC，杭州科利化工；BIPB，阿克蘇諾貝爾化學(xué)品公司；淺色補強功能填料S20，上海誠懋化學(xué)；DOTP油，珠海聯(lián)成化學(xué)；不同規(guī)格小包裝炭黑，廣州朗克化工；其他，市售。

1.3 測試標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 5013.4-2008 額定電壓450 V/750 V 及以下橡皮絕緣電纜第4部分標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗配方設(shè)計

2.1 炭黑品種的選擇

炭黑粒徑越小，粒子間聚凝力越大，易結(jié)團，導(dǎo)致混煉時分散困難，可塑性下降，壓出性能降低。炭黑的結(jié)構(gòu)性是影響炭黑補強性能的另一個重要因素，即形狀因素。因為結(jié)構(gòu)性高的炭黑，其聚熔體形態(tài)復(fù)雜，枝杈多，內(nèi)部空隙大，當(dāng)與橡膠混合后，形成的包容橡膠多。由于炭黑聚熔體能阻礙被包容的橡膠分子鏈變形，因而對硫化膠的定伸應(yīng)力、硬度等性能的提高有顯著作用，從而體現(xiàn)了補強功能。同時，包容橡膠的形成，對提高炭黑在混煉時的分散性以及改善壓出操作性能等方面也發(fā)揮顯著的作用，使壓出口型膨脹率和半成品收縮率減小，半成品挺性大，且表面光滑。

黑色橡套電纜料采用炭黑母煉膠的工藝生產(chǎn)，炭黑先經(jīng)過一次混煉，然后再與配方中其他組份加入密煉機再次共混。經(jīng)過兩次混煉，炭黑分散均勻，擠出線材外觀光滑，而采用炭黑減量小包裝直投工藝時，因炭黑是以原粉直接共混，所以在考慮補強性的同時，需要選擇分散性好的炭黑品種，否則影響電纜性能及外觀。

選取4種常用的炭黑，采用炭黑未減量時的用量24份的一半，即12 份，其他組份不變，對比其加工性和補強性，試驗配方見表1。

表1 試驗配方一

采用蒸汽連續(xù)硫化用Φ90擠橡機擠出YZW3X1.5 mm2規(guī)格的橡套電纜測試性能見表2。

表2 不同種類炭黑采用以原粉直接投料工藝護套性能（規(guī)格:YZW3X1.5 mm2）

從試驗可以看出，補強炭黑N326分散性差一些,線材外觀較粗糙，易出現(xiàn)未分散的炭黑顆粒。N330外觀稍好，但線材表面也偶有未分散的炭黑顆粒。而采用N550和N660炭黑的配方加工性好,擠出電纜表面光滑，無未分散的炭黑顆粒。兩種都是軟質(zhì)炭黑，前者補強性稍好，相同效果用量可以略少，故本項目選用N550炭黑。

2.2 淺色補強劑的選用

S20 是一種新型的淺色補強劑，其成份是人工合成納米層狀結(jié)晶硅酸鹽，是以天然含硅礦物為基礎(chǔ)材料，經(jīng)粉碎選礦、化學(xué)分解、晶體可控生產(chǎn)、膜分離、表面處理、干燥等半合成納米級淺色無機補強填料。產(chǎn)品在EPDM/CPE 等各種橡膠中具有良好的分散性、相容性、補強性，其補強性能優(yōu)于傳統(tǒng)的無機填料，可顯著提高硫化膠的物理機械性能，同時降低生產(chǎn)成本，能夠輔助提高制品的耐油滲透、耐電絕緣、耐火阻燃、耐老化等性能，用于電線電纜產(chǎn)品，可賦予膠料更好的流動性，提高擠出速度和表面光滑度以及絕緣性能和耐滲透性能。本項目選用S20淺色補強劑部分代替炭黑，降低其用量，見表3。

另外，滑石粉在橡膠中兼具填充和補強雙重作用，是橡膠業(yè)常用的廉價補強填充材料，粒徑越小補強性越好?？紤]成本及補強性，選用1 500 目滑石粉與上述補強劑配合使用。

白炭黑補強性雖好，但其表觀密度小，密煉時易飛揚，生產(chǎn)效率稍低，因此不選用。配方中其他材料，如CPE生膠、軟化劑、穩(wěn)定體系、交聯(lián)體系均與原炭黑未減量時相同。

2.3 炭黑與S20淺色補強劑共混比例確定

表3 試驗配方二

采用蒸汽連續(xù)硫化用Φ90 擠橡機擠出YZW3X1.5 mm2規(guī)格的橡套電纜測試性能見表4。

表4 N550炭黑與/S20淺色補強劑不同配比生產(chǎn)YZW線材護套性能（規(guī)格:YZW3X1.5 mm2）

續(xù)表4

由表4 可見，隨著炭黑用量的減少，電纜護套的抗張強度變小，伸長率增大，耐油性稍降低，熱延伸性能稍變差，耐低溫性能變差，電纜外觀質(zhì)量也呈下降趨勢，在N550炭黑與S20配比為7∶5時，電纜性能較好。

3 混煉膠的加工工藝

加料順序：先加CPE和小料，再投入小包裝N550炭黑，接著投放滑石粉、碳酸鈣大料，最后加油料，煉膠不掃料時密閉倉門,以免粉料漏出,密煉溫度90℃～100℃加硫化劑,90℃～105℃放料。

4 結(jié)論

（1）幾種炭黑相比，N550、N660比N330、N326分散性好，電纜產(chǎn)品外觀光滑。

（2）炭黑減量，采用EVA 小膠袋密封包裝，按調(diào)整后的混煉膠工藝生產(chǎn)橡膠護套料，有效地減少了炭黑飛揚,明顯改善了工作環(huán)境。

（3）N550 炭黑配合S20 補強劑,共混比例7∶5 時,電纜外觀光滑，性能可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。