葉德智， 張 勇， 陳 衛(wèi)， 楊建春

（特變電工股份有限公司新疆線纜廠，新疆昌吉831100）

煤礦電纜用彩色氯化聚乙烯護(hù)套橡皮的性能研究

葉德智， 張 勇， 陳 衛(wèi)， 楊建春

（特變電工股份有限公司新疆線纜廠，新疆昌吉831100）

研究煤礦電纜用彩色護(hù)套橡皮的性能要求，通過(guò)對(duì)橡膠、硫化劑、穩(wěn)定劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、阻燃劑、增塑劑的選擇，確定彩色氯化聚乙烯橡皮的基本配方，同時(shí)介紹了該橡皮的加工工藝。

氯化聚乙烯；配方；阻燃；彩色護(hù)套；加工工藝

0 引 言

氯化聚乙烯（CPE）是含氯量為30%～40%的彈性體，它除了具有原有的天然膠和丁苯膠的特性外，還具有優(yōu)良的耐候性，耐熱、耐臭氧、耐油、耐天然老化、耐電暈、耐化學(xué)溶劑，以及較高的阻燃性等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，石油價(jià)格上升，導(dǎo)致氯丁橡膠價(jià)格居高不下，采用CPE取代氯丁橡膠，成本方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。本文主要對(duì)煤礦電纜用彩色CPE護(hù)套橡皮的配方和性能進(jìn)行研究。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

CPE 135B，杭州科利化工股份有限公司；氯化石蠟，陜西綠邦精細(xì)化工有限公司；環(huán)氧大豆油，青州市建邦化工有限公司；三氧化二銻（Sb2O3），益陽(yáng)市恒昌銻白廠；沉淀法白炭黑，自貢市中皓化工有限公司；過(guò)氧化二異丙苯（DCP），上海高橋石化精細(xì)化工有限公司；異氰尿酸三烯丙酯（TAIC），黃巖浙東橡膠助劑有限公司；超細(xì)滑石粉，布爾津縣喀納斯礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司；復(fù)合阻燃劑，昆山許陽(yáng)環(huán)保材料科技有限公司。

1.2 小樣制備

配方試驗(yàn)：不同配方的原材料在開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，制成試片后，在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化條件為175℃、15 min。

工藝試驗(yàn)：密煉機(jī)混合，開煉機(jī)加硫。護(hù)套擠出在冷喂膠φ90連續(xù)硫化擠橡機(jī)上進(jìn)行。

試樣性能測(cè)試按GB 7594.7-1997和GB 2951-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 配方材料的選擇

2.1 主料

考慮到煤礦電纜使用環(huán)境惡劣，要求護(hù)套必須具有優(yōu)異的機(jī)械性能，抗撕強(qiáng)度和耐磨性能是煤礦電纜考慮的主要因素。我們選用CPE 135B作為橡皮的主料，CPE 135B門尼粘度在70～80之間，強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率也較高，市場(chǎng)采購(gòu)也相對(duì)方便。

2.2 硫化體系

CPE配方硫化體系中硫化劑大體分為硫脲類、胺類和有機(jī)過(guò)氧化物三種。我們選用了硫脲類（NA-22）和過(guò)氧化物（DCP）進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，采用NA-22作硫化劑時(shí)，用氧化鉛比氧化鎂的效果要好。雖然力學(xué)性能好，但是耐熱老化性能不夠理想，使用過(guò)氧化物硫化的CPE具有更好的耐熱老化、抗壓縮永久變形及耐油等特性。有機(jī)過(guò)氧化物硫化的機(jī)理是：首先有機(jī)過(guò)氧化物分解成游離基，奪取CPE分子鏈中的氫，生成CPE游離基，然后耦合交聯(lián)，形成C-C鍵。

表1 硫化劑對(duì)CPE護(hù)套橡皮機(jī)械性能的影響

DCP份數(shù)對(duì)CPE的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、抗撕強(qiáng)度的性能影響見圖1。

從圖1中可以看出，隨著DCP份數(shù)增加，抗拉強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)最高值，隨后開始下降，而伸長(zhǎng)率和抗撕強(qiáng)度則會(huì)出現(xiàn)急劇下降的現(xiàn)象。當(dāng)DCP用量增加時(shí)，體系的交聯(lián)密度增加，形變時(shí)承受負(fù)荷的有效鏈的數(shù)量增加，而斷裂前每一有效鏈能均勻承載，因而抗拉強(qiáng)度增大，并出現(xiàn)一個(gè)極大值，然后隨交聯(lián)密度的進(jìn)一步增加，交聯(lián)點(diǎn)和相對(duì)分子質(zhì)量減小，不利于鏈段的熱運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力傳遞；此外交聯(lián)度過(guò)高時(shí)，有效網(wǎng)鏈數(shù)減小，網(wǎng)鏈不能均勻承載，易集中于局部網(wǎng)鏈上。這種承載的不均勻性，隨交聯(lián)密度的增大而加劇，因此交聯(lián)密度過(guò)大時(shí)抗拉強(qiáng)度下降。

抗撕強(qiáng)度隨著交聯(lián)密度的增加，呈現(xiàn)一個(gè)緩慢的降低趨勢(shì)，當(dāng)抗拉強(qiáng)度超過(guò)最大值（有效鏈數(shù)最大）時(shí)，抗撕強(qiáng)度也會(huì)隨DCP份數(shù)的增加顯著降低。由此可見，欲獲得較高的抗拉強(qiáng)度和抗撕強(qiáng)度，必須使交聯(lián)密度適度，即交聯(lián)劑的用量要適宜。

為了提高和改善CPE的硫化速度和硫化程度，常使用多功能的單體共硫化劑，例如異氰尿酸三烯丙酯（TAIC）、氰尿酸三烯丙酯（TAC）等。加入這些共硫化劑后，硫化膠的抗拉強(qiáng)度會(huì)顯著提高，硫化速度也可以得到提高。一般采用DCP3.5份、TAIC4份，交聯(lián)密度可達(dá)到較為理想的效果。

2.3 穩(wěn)定劑

CPE常用的穩(wěn)定劑主要是氧化鎂、氧化鉛、環(huán)氧酯類以及鉛鹽等材料。

在CPE配方中氧化鎂的用量比較大，用來(lái)吸收加工和硫化過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫氣體。CPE本身沒有雙鍵，也沒有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)，完全靠過(guò)氧化物來(lái)交聯(lián)，硫化時(shí)的高溫使過(guò)氧化物分解產(chǎn)生游離基，奪取CPE長(zhǎng)鏈分子上的氫而產(chǎn)生CPE游離基，在硫化助劑TAIC的幫助下，使兩個(gè)大分子鏈的游離基連接起來(lái)，形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使CPE橡膠硫化。因此，橡膠配方中不宜使用酸性配合劑，防止酸性配合劑對(duì)過(guò)氧化物的破壞而影響CPE橡膠的硫化。氧化鎂本身有堿性，又是CPE橡膠十分重要的熱穩(wěn)定劑，氧化鎂的品質(zhì)將直接影響CPE硫化膠的性能。我們?cè)谥贫–PE配方中選用氧化鎂和硬脂酸鈣作為CPE的穩(wěn)定劑，避免鉛鹽對(duì)人體的傷害。

2.4 補(bǔ)強(qiáng)填充體系

CPE常采用高耐磨炭黑和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑并用作為補(bǔ)強(qiáng)劑，但對(duì)于煤礦電纜用彩色護(hù)套來(lái)講，采用上述兩種炭黑，顯然是不合適的，因而需要選用其他的補(bǔ)強(qiáng)材料。白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用和炭黑相似，可以在彩色護(hù)套中作為補(bǔ)強(qiáng)材料使用。但需要注意的是，氣相法白炭黑呈酸性，沉淀法白炭黑呈弱堿性。在酸性介質(zhì)中，DCP分解產(chǎn)物為丙烯基苯、丙酮、苯酚和水，屬于易揮發(fā)物質(zhì)，不但不能進(jìn)行硫化還嚴(yán)重起泡。另一方面，白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果雖然明顯，但是份數(shù)不宜過(guò)多，通常加入微粒徑的滑石粉可以賦予膠料良好的擠出性能。建議采用沉淀法白炭黑和超細(xì)滑石粉作為CPE的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。

2.5 軟化體系

CPE在加工過(guò)程中，膠料和機(jī)械設(shè)備以及CPE內(nèi)部分子間相互摩擦，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，如果熱量過(guò)大，會(huì)造成膠料粘輥甚至發(fā)生焦燒的現(xiàn)象，所以CPE通常加入一些增塑劑來(lái)降低門尼粘度。通常采用DOP、氯化石蠟、環(huán)氧酯等增塑劑，需要注意的是環(huán)氧酯既是穩(wěn)定劑，也是增塑劑。在CPE中常采用環(huán)氧酯和其他增塑劑配合，其中環(huán)氧酯不超過(guò)5份。

2.6 阻燃劑

CPE本身具有一定的阻燃性能，但在生產(chǎn)過(guò)程中需要添加酯類，其阻燃性能降低了不少，煤礦電纜用護(hù)套需要添加其他阻燃材料來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。有機(jī)阻燃劑往往含有一定的毒性，已逐步被淘汰。常用的無(wú)機(jī)阻燃劑有三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂等材料，目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了多種復(fù)合阻燃劑，基本是上述三種材料的混合或加入硼酸鋅等消煙物質(zhì)，一些化工廠將其制成阻燃母料顆粒使用。本次試驗(yàn)中我們選擇三氧化二銻作為主要阻燃劑，和氯化石蠟協(xié)同阻燃。

3 膠料的物理機(jī)械性能

3.1 物理機(jī)械性能

優(yōu)化后膠料的物理機(jī)械性能見表2。

表2 混煉膠性能

3.2 混煉工藝

首先將粉狀CPE在70～90℃開煉機(jī)上薄通4～5 min，混合成膠片，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到密煉機(jī)投料口，再與粉狀CPE混合，投入氯化石蠟、環(huán)氧酯、氧化鎂，混合2～3 min之后，加入部分補(bǔ)強(qiáng)劑和阻燃劑，繼續(xù)混煉之后加入剩余的配合劑。將物料溫度控在100～108℃為宜，不高于120℃?；鞜挏囟冉咏?15℃之后，混煉2 min排料，然后在開煉機(jī)上加入硫化劑。

4 成品電纜護(hù)套性能

選擇MYPT-6/10 kV 3×25+3×16/3 mm2橡套電纜進(jìn)行試制，用特勒斯特φ60+φ120+φ90連續(xù)硫化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)身溫度控制在70～85℃，?？跍囟瓤刂圃?00～105℃，蒸汽壓力為1.5 MPa。擠出后的成品表面光滑圓整。該電纜性能見表3。

表3 成品電纜護(hù)套性能

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）研制的彩色CPE護(hù)套，性能完全滿足MT 818.7-2009《額定電壓6/10 kV及以下煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽橡套軟電纜》的要求，成品電纜的物理機(jī)械性能滿足GB 7594.7-1987《電線電纜橡皮絕緣和護(hù)套》的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）試制的彩色CPE橡皮可以用于電線電纜護(hù)套使用，達(dá)到了替代氯丁橡膠的目的，且成本低于氯丁橡膠。

［1］ 徐應(yīng)麟主編.電線電纜手冊(cè)（第二冊(cè)）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］ MT 818-2009 煤礦用電纜［S］.

［3］ GB 7594-1987 電線電纜絕緣橡皮和護(hù)套［S］.

［4］ 王文軍，肖 剛.煤礦用電纜氯化聚乙烯護(hù)套抗撕裂性能研究［J］.電線電纜，2009（5）：21-23.

［5］ 蘇朝化，湯 峰，裴海燕.橡皮絕緣用氯化聚乙烯橡皮護(hù)套配方研究［J］.電線電纜，2008（6）：37-39.

［6］ 沈 梅，辛振祥.橡膠型氯化聚乙烯（CM135B）在船用電線電纜中的應(yīng)用［J］.特種橡膠制品，2008（4）：19-22.

Research on the Performance of Color Chlorinated Polyethylene Rubber for M ine Cable

YE De-zhi，ZHANG Yong，CHENWei，YANG Jian-chun
（TBEA Apparatus Co.，Ltd.，Xinjiang Cable Company，Changji831100，China）

This paper aimed to research the performance requirements of color rubber sheathing formine cable.The recipe of color chlorinated polyethylene rubberwas determined based on the choice of rubber，vulcanizing agent，stabilizing agent，reinforcing agent，flame retardant and plasticizer.Meanwhile，this paper described the processing technology of color chlorinated polyethylene rubber.

chlorinated polyethylene；recipe；flame retardant；color sheath；processing technology

TM215.2

A

1672-6901（2014）06-0015-04

2014-03-26

葉德智（1975-），男，工程師.

作者地址：新疆昌吉市延安南路52號(hào)［831100］.