氯丁橡膠電擊穿性能的影響因素研究

吳力佳 袁睿 袁建安

氯丁橡膠電擊穿性能的影響因素研究

吳力佳1袁睿2袁建安1

（1天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）（2天津四十二站檢測(cè)技術(shù)有限公司，天津，300384）

本文以非硫調(diào)型氯丁橡膠為主體材料，研究了不同牌號(hào)炭黑及用量和不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料及用量對(duì)電擊穿性能的影響。通過(guò)對(duì)硫化橡膠擊穿電壓強(qiáng)度的測(cè)試，得出炭黑的不同牌號(hào)對(duì)擊穿電壓強(qiáng)度影響較小，炭黑的用量對(duì)擊穿電壓強(qiáng)度影響較大，且炭黑用量越多擊穿電壓強(qiáng)度越小，無(wú)機(jī)填料的種類(lèi)及用量均對(duì)擊穿電壓強(qiáng)度影響不大。

氯丁橡膠；炭黑；無(wú)機(jī)填料；擊穿電壓強(qiáng)度

前言

氯丁橡膠（CR）是由2-氯-1,3-丁二烯聚合而成的一種高分子合成橡膠，具有良好的物理機(jī)械性能、耐天候老化性能、耐熱、耐臭氧、耐化學(xué)試劑及阻燃性能等。氯丁橡膠分為硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠。非硫調(diào)型氯丁橡膠指在聚合過(guò)程中不用硫磺和秋蘭姆作為調(diào)節(jié)劑，而使用硫醇類(lèi)化合物作調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物，貯存穩(wěn)定性好，混煉膠不易焦燒，加工安全性好。由于氯丁橡膠是極性橡膠，主要用于低壓電纜護(hù)套、電線(xiàn)包皮、換能器插拔件等，具有良好的耐候、耐水、耐燃、耐臭氧、耐屈撓性能，可用于炎炎烈日下，亦可用于深海環(huán)境中[1-3,6]。

炭黑是橡膠工業(yè)的主要補(bǔ)強(qiáng)填充劑，炭黑常見(jiàn)按型號(hào)有N-110、N-115、N-220、N-234、N-330、N-326、N-339、N-375、N-550、N-539、N-660、N-774、N-880、N-990等，其中最常用的有N-330、N-550、N-660、N-774、N-990。無(wú)機(jī)填料是橡膠工業(yè)的常見(jiàn)填充劑，在橡膠中主要用于降低成本和改善工藝性能，主要分為三大類(lèi)，硅酸鹽類(lèi)、碳酸鹽類(lèi)、硫酸鹽類(lèi)，本文主要對(duì)比了高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、白炭黑作為無(wú)機(jī)填料對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響[1-3,5]。

擊穿電壓強(qiáng)度是材料在電場(chǎng)作用下，避免被擊穿所能承受最高的電場(chǎng)強(qiáng)度，通常用擊穿電壓值與試樣厚度的比值表示[4]，單位kV/m。氯丁橡膠在電纜護(hù)套、電線(xiàn)包皮、換能器插拔件應(yīng)用時(shí)，擊穿電壓強(qiáng)度是很重要的一項(xiàng)表征指標(biāo)。

本文主要研究了不同牌號(hào)炭黑及用量和不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料及用量對(duì)電擊穿性能的影響，確定影響氯丁橡膠電擊穿性能的主要因素。

1 試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

氯丁橡膠232，山西霍家長(zhǎng)化合成橡膠有限公司；炭黑N-330、炭黑N-550、炭黑N-660、炭黑N-774，美國(guó)卡博特公司；炭黑N-990，天津正寧新材料科技有限公司；高嶺土，中國(guó)高嶺土有限公司；滑石粉，遼寧海城礦業(yè)有限公司；輕質(zhì)碳酸鈣，唐山天盈化工有限責(zé)任公司；云母粉，天津市燕東礦產(chǎn)加工廠；氧化鋅、氧化鎂、硬脂酸、操作油、防老劑A、促進(jìn)劑ETU等均為市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

6寸開(kāi)煉機(jī)，上海第二機(jī)床修理廠；平板硫化機(jī)，上海西瑪偉利橡塑機(jī)械有限公司；電壓擊穿試驗(yàn)儀，北京中航時(shí)代儀器設(shè)備有限公司；電子分析天平，美國(guó)奧豪斯公司。

1.3 試樣制備

基礎(chǔ)配方1：氯丁橡膠232 100份，氧化鋅 5份，氧化鎂 4份，硬脂酸 1份，防老劑A 2份，炭黑 30份，鄰苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份。

基礎(chǔ)配方2：氯丁橡膠232 100份，氧化鋅 5份，氧化鎂 4份，硬脂酸 1份，防老劑A 2份，炭黑550 變量，鄰苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份。

基礎(chǔ)配方3：氯丁橡膠232 100份，氧化鋅 5份，氧化鎂 4份，硬脂酸 1份，防老劑A 1份，炭黑550 30份，鄰苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份，無(wú)機(jī)填料 30份。

基礎(chǔ)配方4：氯丁橡膠232 100份，氧化鋅 5份，氧化鎂 4份，硬脂酸 1份，防老劑A 1份，炭黑550 30份，鄰苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份，高嶺土變量。

開(kāi)煉機(jī)塑煉氯丁橡膠，薄通3遍；首先加入氧化鎂，再加入硬脂酸、防老劑，再加入填料和操作油，薄通3遍，最后加入氧化鋅，促進(jìn)劑ETU，薄通3遍下片，停放16小時(shí)以上，返煉出片，用平板硫化機(jī)硫化300mm×300mm×1mm試片，硫化條件：140℃×20MPa×25min。

1.4 性能測(cè)試

擊穿電壓強(qiáng)度：按照GB/T 1695-2005進(jìn)行[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同牌號(hào)炭黑對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實(shí)驗(yàn)對(duì)比了炭黑N-330、炭黑N-550、炭黑N-660、炭黑N-774和炭黑N-990對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響，僅改變炭黑牌號(hào)，采用基礎(chǔ)配方1配料混煉，表2-1給出了不同牌號(hào)炭黑對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度，圖2-1是不同牌號(hào)炭黑對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度的柱狀圖。從表2-1和圖2-1可以看到擊穿電壓N-774=N-990＞N-660=N-550=N-330，擊穿電壓強(qiáng)度N-774＞N-990＞N-660＞N-550＞N-330，但總體差別不太，基本屬于同一水平。

表2-1 不同牌號(hào)炭黑對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度

圖2-1 不同牌號(hào)炭黑對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度柱狀圖

2.2 炭黑用量對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實(shí)驗(yàn)采用基礎(chǔ)配方2配料混煉，僅改變炭黑N-550的用量，研究炭黑用量對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響，表2-2給出了炭黑N-550用量分別為10份、20份、30份、40份對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度，圖2-2是炭黑N-550用量分別為10份、20份、30份、40份對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度的柱狀圖。從表2-2和圖2-2可以看到擊穿電壓和擊穿電壓強(qiáng)度隨炭黑N-550用量增大而下降，而且下降較為明顯，因此炭黑的用量，對(duì)擊穿電壓和擊穿電壓強(qiáng)度影響明顯，可以作為影響氯丁橡膠電擊穿性能的主要因素之一。

表2-2 炭黑N-550不同用量對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度

表2-2 炭黑N-550不同用量對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度柱狀圖

2.3 不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實(shí)驗(yàn)對(duì)比了高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、白炭黑對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響，僅改變無(wú)機(jī)填料種類(lèi)，采用基礎(chǔ)配方3配料混煉。表2-3給出了不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度，圖2-3是不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度的柱狀圖。從表2-3和圖2-3可以看到擊穿電壓高嶺土=白炭黑＞輕鈣=滑石粉，擊穿電壓強(qiáng)度高嶺土=白炭黑＞輕鈣＞滑石粉，總體而言，高嶺土和白炭黑的電擊穿性能略?xún)?yōu)于輕鈣和滑石粉，但差別不太，基本屬于同一水平。

表2-3 不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度

表2-3 不同種類(lèi)無(wú)機(jī)填料對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度柱狀圖

2.4 無(wú)機(jī)填料用量對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實(shí)驗(yàn)采用基礎(chǔ)配方4配料混煉，僅改變高嶺土的用量，研究無(wú)機(jī)填料用量對(duì)氯丁橡膠電擊穿性能的影響，表2-4給出了高嶺土用量分別為10份、20份、30份、40份對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度，圖2-4是高嶺土用量分別為10份、20份、30份、40份對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度的柱狀圖。從表2-4和圖2-4可以得出增加無(wú)機(jī)物用量可提高擊穿電壓，但在一定范圍內(nèi)影響不明顯。

表2-4 高嶺土不同用量對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度

表2-4 高嶺土不同用量對(duì)應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強(qiáng)度柱狀圖

3 結(jié)論

（1）不同牌號(hào)炭黑對(duì)氯丁橡膠的電擊穿性能影響不大，炭黑的用量對(duì)氯丁橡膠的電擊穿性能影響較大，且擊穿電壓和擊穿電壓強(qiáng)度隨炭黑用量增大而下降。

（2）無(wú)機(jī)物的種類(lèi)和用量對(duì)氯丁橡膠的電擊穿性能均影響不大。

[1] 謝遂志，劉登祥，周鳴巒. 橡膠工業(yè)手冊(cè)·第一分冊(cè)[M]. 修訂版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.6.

[2] 王夢(mèng)蛟，龔懷耀，薛廣智. 橡膠工業(yè)手冊(cè)·第二分冊(cè)[M]. 修訂版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.6.

[3] 楊清芝，實(shí)用橡膠工藝學(xué)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] GB/T 1695-2005, 硫化橡膠工頻擊穿電壓強(qiáng)度和耐電壓的測(cè)定方法[S].

[5] 林廣義,井源,李天涯,等.不同牌號(hào)炭黑及混煉工藝對(duì)氯丁橡膠性能的影響[J].彈性體,2018,28(06):48-53.

[6] 劉娜,鄒華,趙秀英,等.深海電纜護(hù)套用橡膠材料的性能研究[J].橡膠工業(yè),2020,67(04):267-271.