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，研究了不同牌號炭黑及用量和不同種類無機填料及用量對電擊穿性能的影響。通過對硫化橡膠擊穿電壓強度的測試，得出炭黑的不同牌號對擊穿電壓強度影響較小，炭黑的用量對擊穿電壓強度影響較大，且炭黑用量越多擊穿電壓強度越小，無機填料的種類及用量均對擊穿電壓強度影響不大。

氯丁橡膠；炭黑；無機填料；擊穿電壓強度

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程中不用硫磺和秋蘭姆作為調(diào)節(jié)劑，而使用硫醇類化合物作調(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套、電線包皮、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)的主要補強填充劑，炭黑常見按型號有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。無機填料是橡膠工業(yè)的常見填充劑，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，硅酸鹽類、碳酸鹽類、硫酸鹽類，本文主要對比了高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、白炭黑作為無機填料對氯丁橡膠電擊穿性能的影響[1-3,5]。

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

本文主要研究了不同牌號炭黑及用量和不同種類無機填料及用量對電擊穿性能的影響，確定影響氯丁橡膠電擊穿性能的主要因素。

1 試驗部分

1.1 實驗原料

氯丁橡膠232，山西霍家長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、促進劑ETU等均為市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2 實驗設(shè)備

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

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，無機填料 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。

開煉機塑煉氯丁橡膠，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，促進劑ETU，薄通3遍下片，停放16小時以上，返煉出片，用平板硫化機硫化300mm×300mm×1mm試片，硫化條件：140℃×20MPa×25min。

1.4 性能測試

擊穿電壓強度：按照GB/T 1695-2005進行[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同牌號炭黑對氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實驗對比了炭黑N-330、炭黑N-550、炭黑N-660、炭黑N-774和炭黑N-990對氯丁橡膠電擊穿性能的影響，僅改變炭黑牌號，采用基礎(chǔ)配方1配料混煉，表2-1給出了不同牌號炭黑對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度，圖2-1是不同牌號炭黑對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度的柱狀圖。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 不同牌號炭黑對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度

圖2-1 不同牌號炭黑對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度柱狀圖

2.2 炭黑用量對氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實驗采用基礎(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份對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度，圖2-2是炭黑N-550用量分別為10份、20份、30份、40份對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度的柱狀圖。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，對擊穿電壓和擊穿電壓強度影響明顯，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不同用量對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度

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

2.3 不同種類無機填料對氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實驗對比了高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、白炭黑對氯丁橡膠電擊穿性能的影響，僅改變無機填料種類，采用基礎(chǔ)配方3配料混煉。表2-3給出了不同種類無機填料對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度，圖2-3是不同種類無機填料對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度的柱狀圖。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優(yōu)于輕鈣和滑石粉，但差別不太，基本屬于同一水平。

表2-3 不同種類無機填料對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度

表2-3 不同種類無機填料對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度柱狀圖

2.4 無機填料用量對氯丁橡膠電擊穿性能的影響

本實驗采用基礎(chǔ)配方4配料混煉，僅改變高嶺土的用量，研究無機填料用量對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份對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度，圖2-4是高嶺土用量分別為10份、20份、30份、40份對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度的柱狀圖。從表2-4和圖2-4可以得出增加無機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 高嶺土不同用量對應(yīng)混煉膠的擊穿電壓及擊穿電壓強度

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

3 結(jié)論

（1）不同牌號炭黑對氯丁橡膠的電擊穿性能影響不大，炭黑的用量對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度隨炭黑用量增大而下降。

（2）無機物的種類和用量對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·第一分冊[M]. 修訂版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.6.

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

[3] 楊清芝，實用橡膠工藝學(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度和耐電壓的測定方法[S].

[5] 林廣義,井源,李天涯,等.不同牌號炭黑及混煉工藝對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.深海電纜護套用橡膠材料的性能研究[J].橡膠工業(yè),2020,67(04):267-271.