劉懷現(xiàn)，呂玉鈴，劉元順，編譯

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氯化聚乙烯 (CPE) 是由杜邦公司在20世紀(jì)50年代后期用溶劑的溶解法工藝對(duì)聚乙烯（PE）簡(jiǎn)單氯化而開發(fā)出來的。1971年，陶氏化學(xué)公司推出了Tyrin CPE，它采用更高效、更具成本效益的水相懸浮氯化法工藝，稱為水相法。原料聚乙烯呈粉末形狀，最終的CPE產(chǎn)品保持粉末形狀。氯化過程可以改性為無定形（非結(jié)晶）產(chǎn)品或含有殘留結(jié)晶度的產(chǎn)品。CPE的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

ASTM D1418將氯化聚乙烯命名為CM，其中C表示氯，M表示CPE生膠中的聚乙烯飽和主鏈，圖1中CPE的飽和主鏈為最終產(chǎn)品提供優(yōu)異的耐臭氧性、耐候性和耐熱性。

在生產(chǎn)過程中，控制變量包括PE分子量、分子量分布、氯含量、殘余結(jié)晶度、氯化速率和溫度。通過有效地控制這些變量和其他工藝參數(shù)，可以生產(chǎn)多種不同的CPE樹脂和彈性體。所有這些因素對(duì)于生膠的最終性能都很重要，即物理性能、加工性能和耐化學(xué)性。

1 氯含量

氯化聚乙烯中的氯含量對(duì)最終產(chǎn)品的性能有著重要的影響。較高的氯含量將有助于提高耐油性，耐化學(xué)性和阻燃性，但會(huì)降低最終產(chǎn)品的低溫性能。

目前商品化的CPE的氯含量為25%~42%（按重量計(jì)）。36%氯含量、低殘余結(jié)晶度的CPE牌號(hào)應(yīng)用于橡膠。25%氯含量、高殘留聚乙烯結(jié)晶度（更高的熔化熱）的CPE牌號(hào)通常應(yīng)用于熱塑性塑料。

2 分子量

聚乙烯的分子量和分子量分布對(duì)最終產(chǎn)品的加工性能和物理性能起著關(guān)鍵作用。配方工程師可以選擇等級(jí)以實(shí)現(xiàn)加工性能和物理性能的最佳平衡。

3 加工性能

CPE作為主要的熱塑性樹脂，可以進(jìn)行壓延、注塑或擠出。成品具有堅(jiān)韌、耐化學(xué)性、耐候性以及抗阻燃性。生膠主鏈上的氯分子具有內(nèi)在的阻燃性。

CPE樹脂具有優(yōu)異的相容性和加工范圍。它們可以與 PE、ABS、EVA、EPDM 和聚烯烴彈性體共混使用，以提高韌性、阻燃性、耐油性和耐化學(xué)性。作為改性劑，CPE被廣泛用于提高PVC制品的抗沖擊性能，用于管道、壁板、門窗型材、圍欄和其他建筑和工業(yè)應(yīng)用。

CPE作為一種基礎(chǔ)彈性體，需要使用除傳統(tǒng)硫磺硫化體系以外的交聯(lián)體系。三種常用的硫化系統(tǒng)是過氧化物、噻二唑和電子輻射。它混煉后可以壓延、注塑或擠出。

CPE還可與其它彈性體共混，如EPDM、CSM和NBR / PVC等。它可以用來改善這些混煉膠的耐油性和阻燃性。

4 應(yīng)用

CPE廣泛用于生產(chǎn)電線電纜、軟管、管材、泡沫和其他建筑和工業(yè)應(yīng)用的擠出產(chǎn)品。

本文將重點(diǎn)介紹電線電纜和軟管橡膠產(chǎn)品，這是CPE在北美兩個(gè)最大應(yīng)用領(lǐng)域。

5 電線電纜

表1列出了電線和電纜應(yīng)用中常見的Keliren CPE牌號(hào)。CPE混煉膠經(jīng)以下指定機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)用于多種電線和電纜的應(yīng)用：UL（Underwriters Laboratories）、CSA（加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）、ICEA（絕緣電纜工程師協(xié)會(huì)）、NEMA（美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)）、ASTM（美國(guó)測(cè)試與材料協(xié)會(huì)）、IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）和MIL（美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)）。

表1 用于電線電纜用Keliren CPE牌號(hào)

表2、3和4中列出符合上述標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范產(chǎn)品的CPE混煉膠配方。需要選擇特定牌號(hào)CPE、填料、穩(wěn)定劑、防老劑和阻燃劑以滿足一些最嚴(yán)格的電線和電纜規(guī)范。

表2 Keliren CPE配方及性能-105 ℃彩色加熱線

對(duì)于絕緣的應(yīng)用，建議最好使用鈉含量低于25 ppm的CPE生膠。CPE混煉膠的防潮性和電性能也可以通過用環(huán)氧樹脂代替氧化鎂作為吸酸劑，并在配方中使用煅燒處理的疏水性黏土代替碳酸鈣、二氧化硅和其他親水性填料來改善。

6 膠管

表5列出了用于軟管的Keliren CPE常用牌號(hào)。

表3 Keliren CPE配方及性能-超重型電纜護(hù)套用

表4 Keliren CPE配方及性能-用于電纜、軟管、管材和型材的熱塑性護(hù)套

表5 膠管用 Keliren CPE牌號(hào)

CPE可被選來替代NBR、CR和CSM作為無磨損的標(biāo)準(zhǔn)軟管外層使用。36%氯含量的CPE混煉膠配方能滿足SAE J 517和ISO 18752標(biāo)準(zhǔn)的體積膨脹要求。由于CPE具有飽和主鏈，因此無需在配方中添加昂貴的防老劑和抗臭氧劑。36%氯含量的CPE混煉膠配方還能滿足-40 ℃冷彎測(cè)試要求。噻二唑硫化體系硫化的外膠的耐磨性能優(yōu)于過氧化物硫化體系硫化的。噻二唑硫化體系硫化的硬度為70度的CPE混煉膠配方及性能如表6所示。

表 6 噻二唑硫化Keliren CPE 混煉膠配方及性能-非污染軟管外膠

對(duì)于耐高溫軟管建議使用過氧化物硫化體系的混煉膠（表7）。對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)向軟管，過氧化物硫化的CPE混煉膠的性能優(yōu)于使用丁腈橡膠和氯丁橡膠的，因?yàn)樗诟邷叵聦?duì)變速器油具有優(yōu)異的抵抗力。為了提高軟管中鋼絲的附著力，建議使用FRS等級(jí)。FRS等級(jí)Keliren CM 352L在加工性、耐焦燒性、保質(zhì)期和產(chǎn)品性能方面達(dá)到最佳平衡。

表7 過氧化物硫化的Keliren CPE混煉膠配方及性能-膠管

2017 年，Arkema推出了一種有機(jī)過氧化物L(fēng)uperox Air XL80，用于在微波/熱空氣烘道和蒸汽硫化罐中連續(xù)擠出硫化EPDM、HNBR和其他彈性體。這種新型過氧化物的使用解決了使用傳統(tǒng)有機(jī)過氧化物在空氣中硫化中氧抑制交聯(lián)反應(yīng)而出現(xiàn)的未硫化、表面發(fā)黏問題。

使用Luperox Air XL80硫化CPE通常還可以解決其用噻二唑硫化體系時(shí)出現(xiàn)的保質(zhì)期、焦燒和加工性問題。另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，與噻二唑硫化劑相比，Luperox XL80 是一種具有更高溫度性能的產(chǎn)品。表8是使用Luperox XL80的空氣或蒸汽的軟管、管道和型材產(chǎn)品的基本配方。原色和有色產(chǎn)品可能需要使用紫外線吸收劑，以滿足嚴(yán)格的戶外耐候性要求。

表8 過氧化物硫化Keliren CPE混煉膠配方及性能-軟管、管材和型材用

7 結(jié)論

氯化聚乙烯是一種用途廣泛且綜合性能優(yōu)良的生膠，可用于橡膠和塑料制品。此外，其與其他聚合物的良好的兼容性使配方工程師能夠開發(fā)出獨(dú)特、專有和經(jīng)濟(jì)高效的混煉膠，這些混煉膠可以滿足電纜、軟管、型材和其他連續(xù)擠出應(yīng)用的廣泛的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。