吳力佳 苗志軍 袁建安

氯丁橡膠電絕緣性能與物理機(jī)械性能的影響因素研究

吳力佳 苗志軍 袁建安

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300252）

本文研究了硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能和物理機(jī)械性能的差異，以及陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉填充對(duì)氯丁橡膠電絕緣性能與物理機(jī)械性能的影響。通過對(duì)硫化橡膠體積電阻率及物理機(jī)械性能的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)非硫調(diào)型氯丁橡膠的電絕緣性能優(yōu)于硫調(diào)型氯丁橡膠的電絕緣性能，硫調(diào)型氯丁橡膠的硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率高于非硫調(diào)型氯丁橡膠，幾種填料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，使用陶土填充氯丁橡膠的電絕緣性能最高，其次依次是滑石粉、輕鈣、云母粉；云母粉填充氯丁橡膠硬度最大，陶土、滑石粉、輕鈣填充氯丁橡膠拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，高于云母粉填充氯丁橡膠拉伸強(qiáng)度；陶土填充氯丁橡膠拉斷伸長(zhǎng)率最高。

氯丁橡膠；陶土；滑石粉；輕鈣；電絕緣性；物理機(jī)械性能

前言

氯丁橡膠（CR）是由2-氯-1,3-丁二烯集合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，缺點(diǎn)是煉膠時(shí)易粘輥，貯存穩(wěn)定性差，電絕緣性差；氯丁橡膠根據(jù)其用途分為通用型（包括硫調(diào)型、非硫調(diào)型和混合調(diào)節(jié)型）、專用型和氯丁膠乳，廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)、家具制造、膠管膠帶、電纜護(hù)套、印刷膠輥、膠板、襯墊及各種墊圈墊片等。由于氯丁橡膠是極性橡膠，電絕緣性能比通用橡膠低，因此僅適于低壓電纜護(hù)套[1,3-6]。

本文主要對(duì)比硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能和物理機(jī)械性能的差異，以及陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉等填充劑對(duì)氯丁橡膠電絕緣性能與物理機(jī)械性能的影響。硫調(diào)型氯丁橡膠即硫磺調(diào)節(jié)型氯丁橡膠，采用硫磺作調(diào)節(jié)劑，用秋蘭姆作穩(wěn)定劑，由乳液聚合制得，對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠CR1**系列。非硫調(diào)型氯丁橡膠即非硫磺調(diào)節(jié)型氯丁橡膠，采用硫醇（或調(diào)節(jié)丁）作調(diào)節(jié)劑，由乳液聚合制得，對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠CR2**系列。陶土由天然陶土經(jīng)風(fēng)選、漂選、溶解沉淀制得，組成為含水硅酸鋁?；塾晒I(yè)原料滑石經(jīng)機(jī)械粉碎研磨制得，組成為含水硅酸鎂。輕鈣由石灰石煅燒后加水、通二氧化碳制得，組成為碳酸鈣。云母粉由天然硅酸鹽礦石制得，組成復(fù)雜，含有不同的金屬鹽，有不同的色澤，組成白云母系鋁硅酸鉀鹽[2,3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

氯丁橡膠121，山西霍家長(zhǎng)化合成橡膠有限公司；氯丁橡膠232，山西霍家長(zhǎng)化合成橡膠有限公司；炭黑，美國(guó)卡博特公司；陶土，焦作市同興化工有限公司；滑石粉，遼寧海城礦業(yè)有限公司；輕鈣，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、操作油等均為市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

6寸開煉機(jī)，上海第二機(jī)床修理廠；平板硫化機(jī)，上海西碼偉利橡膠設(shè)備有限公司；高阻計(jì)，上海安標(biāo)電子有限公司；萬能試驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春科新儀器設(shè)備有限公司；橡膠硬度計(jì)，上海六中量?jī)x廠；電子分析天平，美國(guó)奧豪斯公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

基礎(chǔ)配方1：氯丁橡膠 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N-550 30份，鄰苯二甲酸二辛脂（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 1份，炭黑N-550 30份，鄰苯二甲酸二辛脂（DOP） 5份，無機(jī)填料 50份。

開煉機(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，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)硫化試片，硫化條件：150℃×20MPa×25min。

1.4 性能測(cè)試

邵A硬度測(cè)試：按照GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)》進(jìn)行；

拉伸強(qiáng)度：按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》進(jìn)行；

拉斷伸長(zhǎng)率：按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》進(jìn)行；

體積電阻率：按照GB/T 1692-2008《硫化橡膠絕緣電阻率的測(cè)定》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能和物理機(jī)械性能的差異

2.1.1 硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能的差異

氯丁橡膠按調(diào)節(jié)方式分為硫調(diào)型、非硫調(diào)型和混合調(diào)節(jié)型，混合調(diào)節(jié)型氯丁橡膠性能介于硫調(diào)型和非硫調(diào)型之間，改變氯丁橡膠類型，其他條件不變（采用基礎(chǔ)配方1），對(duì)比硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能差異。

表2-1給出了硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠采用基礎(chǔ)配方1經(jīng)過混煉、停放、硫化后，測(cè)得的體積電阻和體積電阻率的數(shù)據(jù)。從表2-1中可以看到非硫調(diào)型氯丁橡膠體積電阻率比硫調(diào)型氯丁橡膠的體積電阻率高一個(gè)多數(shù)量級(jí)?？赡艿脑蚴橇蛘{(diào)型氯丁橡膠中含有多硫鍵，交聯(lián)反應(yīng)過程會(huì)形成碳硫鍵和碳氧鍵，非硫調(diào)型氯丁橡膠交聯(lián)反應(yīng)過程只會(huì)形成碳氧鍵，碳氧鍵對(duì)極性氯原子的穩(wěn)定性更好，有利于降低氯丁橡膠的極性，因此非硫調(diào)型氯丁橡膠體積電阻率比硫調(diào)型氯丁橡膠的體積電阻率高。

表2-1 硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠的電絕緣性能

性能CR類型體積電阻 （Ω）體積電阻率（Ω·cm） 硫調(diào)型8.7×1088.7×1010 非硫調(diào)型1.7×10101.6×1012

2.1.2 硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠物理機(jī)械性能的差異

改變氯丁橡膠類型，其他條件不變（采用基礎(chǔ)配方1），對(duì)比硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠物理機(jī)械性能的差異，表2-2給出了硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠采用基礎(chǔ)配方1經(jīng)過混煉、停放，硫化，測(cè)試的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)，從表2-2中可以看到硫調(diào)型氯丁橡膠的硬度、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率比非硫調(diào)型氯丁橡膠高?？赡艿脑蚴橇蛘{(diào)型氯丁橡膠比非硫調(diào)型氯丁橡膠結(jié)構(gòu)更規(guī)整，含有多硫鍵，交聯(lián)反應(yīng)更充分，因此硬度、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率硫調(diào)型氯丁橡膠比非硫調(diào)型氯丁橡膠高。

表2-2 硫調(diào)型氯丁橡膠和非硫調(diào)型氯丁橡膠的物理機(jī)械性能

性能CR類型硬度（Shore A）拉伸強(qiáng)度 （MPa）扯斷伸長(zhǎng)率（%） 硫調(diào)型5422.0 744 非硫調(diào)型5218.1578

2.2 陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉等填充劑對(duì)氯丁橡膠電絕緣性能與物理機(jī)械性能的影響

2.2.1 陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉填充對(duì)氯丁橡膠電絕緣性能的影響

氯丁橡膠中可加入大量填充料，填充料一般用于調(diào)節(jié)膠料性能和降低成本，常見的無機(jī)填料有陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉等，改變填料類型，其他條件不變（采用基礎(chǔ)配方2），研究陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉等填充劑對(duì)氯丁橡膠電絕緣性能的影響。表2-3給出了不同無機(jī)填料采用基礎(chǔ)配方2經(jīng)過混煉、停放、硫化后，測(cè)試的體積電阻和體積電阻率的數(shù)據(jù)，從表2-3中可以看到陶土填充氯丁橡膠的體積電阻率最高，由此可以發(fā)現(xiàn)，以上4種常見的填料中，陶土填充氯丁橡膠的電絕緣性能最好。

表2-3 不同無機(jī)填料填充氯丁橡膠的電絕緣性能

性能無機(jī)填料體積電阻 （Ω）體積電阻率（Ω·cm） 陶土5.1×10104.6×1012 滑石粉4.2×10103.9×1012 輕鈣3.9×10103.6×1012 云母粉2.7×10102.4×1012

2.2.2 陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉等填充劑對(duì)氯丁橡膠物理機(jī)械性能的影響

改變填料類型，其他條件不變（采用基礎(chǔ)配方2），研究陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉等填充劑對(duì)氯丁橡膠物理機(jī)械性能的影響，表2-4 給出了不同無機(jī)填料采用基礎(chǔ)配方2經(jīng)過混煉、停放、硫化后，測(cè)得的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)，從表2-4中可以看到云母粉填充氯丁橡膠硬度最大；陶土填充氯丁橡膠拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率最高。

表2-4 不同無機(jī)填料填充氯丁橡膠的物理機(jī)械性能

性能無機(jī)填料硬度（Shore A）拉伸強(qiáng)度（MPa）扯斷伸長(zhǎng)率（%） 陶土5615.4772 滑石粉5614.9728 輕鈣5515.3697 云母粉6412.8656

結(jié)合表2-3，2-4和圖2-1可以看到無機(jī)填料填充氯丁橡膠體積電阻率由高到低依次為陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉；對(duì)氯丁橡膠硬度的影響陶土、滑石粉、輕鈣相當(dāng)，均低于云母粉填充氯丁橡膠的硬度；對(duì)氯丁橡膠拉伸強(qiáng)度的影響陶土、滑石粉、輕鈣相當(dāng)，均高于云母粉填充氯丁橡膠的拉伸強(qiáng)度；無機(jī)填料填充氯丁橡膠扯斷伸長(zhǎng)率高到低依次為陶土、滑石粉、輕鈣、云母粉。

圖2-1 不同無機(jī)填料填充氯丁橡膠體積電阻率和物理機(jī)械性能

3 結(jié)論

（1）非硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能優(yōu)于硫調(diào)型氯丁橡膠電絕緣性能。

（2）硫調(diào)型氯丁橡膠的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率高于非硫調(diào)型氯丁橡膠。

（3）本文提到的幾種常見填料中，陶土填充氯丁橡膠的電絕緣性能最好。

（4）文提到的幾種常見填料中，云母粉填充氯丁橡膠硬度最大；陶土、滑石粉、輕鈣填充氯丁橡膠拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，高于云母粉填充氯丁橡膠拉伸強(qiáng)度；陶土填充氯丁橡膠拉斷伸長(zhǎng)率最高。

[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]李玉芳,伍小明.氯丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及市場(chǎng)分析[J].上?；?2012,37(11):31-37.

[5]崔小明.氯丁橡膠國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)分析[J].中國(guó)橡膠,2012,28(15):25-28.

[6]劉娜. 水密接插件適配水密纜用氯丁橡膠復(fù)合材料的制備及性能研究[D].北京化工大學(xué),2020.

吳力佳，男，1990年1月18日出生于河北滄州，漢族，碩士研究生，畢業(yè)于北京化工大學(xué)，天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司研發(fā)工程師，主要從事橡膠制品研發(fā)工作。Email：wulijia314@163.com