電源軟線用熱塑彈性體SEBS的探討

高 峰， 劉永堅(jiān)， 肖望東， 陳清海

(1.廣東日豐電纜股份有限公司，廣東中山528401;2.衡陽(yáng)恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng)421008;3.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳518055)

0 引言

以丁二烯與苯乙烯嵌段而成的共聚物SBS，具有比重輕、耐磨、耐裂等優(yōu)良性能，但耐溫性不佳。隨著科研的突破，日本三菱化學(xué)用SBS氫化改性出SEBS。改性后的SEBS，無(wú)論是在耐候性、耐溫性、阻燃性，還是在機(jī)械性、加工性方面都取得了重大突破。這些突破正好符合了電線材料的性能需要，而且還可重復(fù)回收、循環(huán)利用。既能減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，又可減少原材料的消耗。SEBS材料在電源軟線上的成功運(yùn)用，有利于推動(dòng)和加快新型、安全、環(huán)保電線的升級(jí)。

使用無(wú)鹵SEBS材料制電源軟線時(shí)，常會(huì)遇到外觀、工藝、性能等多方面的問(wèn)題，借此機(jī)會(huì)與大家交流與探討。

1 電源軟線結(jié)構(gòu)

按UL 62標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)電源軟線，以 SVE 18AWG/3C為例，電線結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1及對(duì)應(yīng)的表1。

圖1 SVE 18AWG/3C電線截面示意圖

表1 SVE 18AWG/3C電線結(jié)構(gòu)

2 絕緣材料

選用無(wú)鹵阻燃熱塑性彈性體SEBS材料作為電源軟線SVE 18AWG/3C的絕緣和外被。

2.1 材料的基本要求

電線用熱塑彈性體材料的基本性能要求見(jiàn)表2。

表2 電線用彈性體材料基本性能要求

2.2 性能特性

熱塑彈性體SEBS是新型合成高分子材料，性能介于彈性體與塑料之間。既具有硫化橡膠機(jī)械性能、高彈性、絕緣性，又具有熱塑塑料加工性。不僅具有優(yōu)良的耐候性、抗疲勞性和耐溫性，而且觸感柔軟，不含鹵素、環(huán)保、安全。這正是電線電纜絕緣材料的理想選擇。

熱塑性彈性體SEBS相比熱固性彈性體橡膠而言，在耐熱老化、抗臭氧、抗紫外線方面能與之相媲美，但在耐過(guò)高溫、長(zhǎng)期耐高溫、熱延伸方面存在嚴(yán)重不足，這在電線選材時(shí)需要考慮。

2.3 常見(jiàn)問(wèn)題

用無(wú)鹵阻燃熱塑性彈性體SEBS混合物作電源軟線的絕緣和外被，除了熱延伸外，常見(jiàn)問(wèn)題有外觀、VW-1阻燃、空氣老化、熱變形、絕緣電阻。其中VW-1阻燃、空氣老化、熱變形出現(xiàn)頻率最高，這嚴(yán)重制約了SEBS材料在電線電纜上的廣泛運(yùn)用。

2.3.1 阻燃問(wèn)題

除了眾所周知的材料氧指數(shù)會(huì)影響到電線的燃燒結(jié)果外，色母粒基材的選用與用量及電線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在很大程度上都會(huì)影響到VW-1測(cè)試結(jié)果，這是很容易被人忽略的。

對(duì)于都是加入2%的 PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)和EVA(乙烯-醋酸乙烯)色母粒，VW-1測(cè)試結(jié)果會(huì)有不少差異。電線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)測(cè)試結(jié)果更加明顯，填充材料(如PP網(wǎng)、尼龍繩、棉線等)的阻燃性與用量都會(huì)影響到燃燒后的殘燃時(shí)間。外被的厚度與致密度對(duì)測(cè)試結(jié)果最為明顯，對(duì)于 SVE 18AWG/3C電線而言，適當(dāng)增大外被厚度或提高外被致密度，可起到對(duì)內(nèi)可燃材料隔離火焰的作用，在降低殘燃時(shí)間方面效果明顯。

2.3.2 老化問(wèn)題

空氣老化方面，主要表現(xiàn)在絕緣和外被老化前的伸長(zhǎng)率偏低和老化后的伸長(zhǎng)殘率值偏小，其中最為突出的是外被。

新的UL 62第18版和UL 2556，測(cè)試樣品改原來(lái)的管狀模塊為啞鈴片模塊。在對(duì)SVE外被二種模塊大量測(cè)試數(shù)量對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，啞鈴片模塊伸長(zhǎng)率測(cè)試值約為管狀模塊測(cè)試值的75%～82%。如果測(cè)試的是管狀模塊，伸長(zhǎng)率測(cè)試要求值需從200%提高到250%。為了提高伸長(zhǎng)率，可適當(dāng)提高導(dǎo)體預(yù)熱溫度和擠出設(shè)定溫度，但溫度過(guò)高會(huì)加速材料的降解，特別是螺桿剪切速率的過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致老化殘率值變小。如何調(diào)整擠出工藝溫度與擠出速度，需要根據(jù)材料的特性和生產(chǎn)設(shè)備狀況確定。

3 制作工藝

在綜合考慮無(wú)鹵SEBS材料的性能特點(diǎn)和電線的性能要求后，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，制訂生產(chǎn)工藝。

在設(shè)備方面，選用長(zhǎng)徑比25，壓縮比2.5的 70 mm擠出機(jī)，配置有多觸點(diǎn)敏感溫控裝備，考慮到擠出時(shí)材料的背壓力及生產(chǎn)的連續(xù)性，選用37kW動(dòng)力電機(jī);在材料方面，事先對(duì)材料進(jìn)行防潮和除濕處理，確保使用時(shí)材料含水量少于0.02%，添加2%非吸濕聚烯烴色母粒并混合均勻。

3.1 芯線擠出工藝

選用擠壓式模具，內(nèi)模 1.25 mm，外模 2.1 mm，內(nèi)外模距離在2～4 mm，導(dǎo)體預(yù)熱溫度控制在(65±10)℃。擠出控制溫度:進(jìn)料段170～180℃，輸送段190～200℃，熔融段200～215℃，機(jī)頭區(qū)210～220℃，模具區(qū)215～225℃，擠出速度在35～50 m/min。

3.2 外被擠出工藝

考慮到材料的流動(dòng)性和熔融黏度，選用擠壓式流暢型模具，內(nèi)模 4.65實(shí) mm，外模 6.1 mm，配模距離在3～6 mm，定型長(zhǎng)度在3～4 mm，在蜂窩板前加80～100目過(guò)濾網(wǎng)二層。擠出溫度控制:進(jìn)料段180～185℃，輸送段195～205℃，熔融段205～220℃，機(jī)頭區(qū)215～225℃，模具區(qū)220～225℃，擠出速度在25～36 m/min。電線擠出后進(jìn)行分段冷卻，第一段水溫在(60±10)℃，第二段水溫在(25±10)℃。采用凸字輪進(jìn)行表面熱壓印字處理。

4 檢測(cè)結(jié)果

對(duì)試制的SVE 18AWG/3C電源軟線送第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，部分測(cè)試數(shù)據(jù)如表3。

表3 SVE 18AWG/3C電線部分測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著電子、電器、通訊與汽車行業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了SEBS材料的高速發(fā)展。當(dāng)前已有數(shù)家國(guó)際知名電器公司，正在使用或準(zhǔn)備用這種新型環(huán)保、安全的電源軟線，像 SONY、APPLE、Pansonic、SIEMENS，特別是APPLE公司，已在產(chǎn)品內(nèi)推廣這種新型的電源軟線。相信在不久的將來(lái)，SEBS材料會(huì)在電線電纜行業(yè)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

［1］吳 濤，張建耀，張維龍，等.電線電纜用阻燃熱塑彈性體的研究應(yīng)用進(jìn)展［J］.彈性體，2008(5):66－69.

［2］UL 2556—2007 Wire and cable test methods［S］.

［3］UL 62，18th—2010 Edition flexible cord and cables［S］.