礦用電纜護套用氯化聚乙烯配方設計優化與應用

蔣 琪， 劉景光

（江蘇中煤電纜有限公司，江蘇宜興214251）

礦用電纜護套用氯化聚乙烯配方設計優化與應用

蔣 琪， 劉景光

（江蘇中煤電纜有限公司，江蘇宜興214251）

以氯化聚乙烯橡膠為基料，通過對配方中的過氧化物硫化體系配比、氧化鎂的選擇以及補強填充材料的配合等方面的優化，確定了最佳配方體系。實驗結果表明：這種新組合適用于礦用電纜護套的生產，性能也符合相關標準要求，且能大幅度降低材料成本，改善加工性能。

氯化聚乙烯；硫化體系；氧化鎂；補強填充

0 引 言

近年來，橡膠型氯化聚乙烯（CM）憑借其低成本、易著色和良好的加工安全性等優點，在橡套電纜上得到廣泛應用［1-3］，已經取代氯丁橡膠和氯磺化聚乙烯膠成為礦用電纜橡皮護套的主要原材料。根據目前電纜行業中有關CM配方體系涉及材料的應用情況來看，過氧化物硫化體系、酸吸收劑（氧化鎂）和填充補強劑的選擇和用量對提高產品性能和降低配方成本起關鍵作用，本文從這三方面對CM配方的優化作進一步的探討。

1 實驗部分

1.1 基本配方

CM135B 100，過氧化二異丙苯（DCP）2.5～3.5，三聚異氰酸三烯酯（TAIC）3.0～5.0，MgO 8，填充補強劑95，增塑劑40，其他配合劑10。

1.2 試樣制備

按配比將稱量好的各組分材料攪拌后在80℃開煉機上混煉均勻，取樣在180℃下測定橡皮硫化特性，混煉膠在170℃平板硫化儀上硫化20 min成片。試片室溫下停放24 h后按相應國家標準進行性能測試。

2 配方體系優化

2.1 硫化體系

CM是一種飽和、無規結構的彈性體，分子主鏈不含雙鍵，與仲碳原子相連的氯原子又不具備高反應活性，因此適用的硫化體系很少。目前實際生產中以過氧化物硫化體系為主，其中又以DCP應用最大［4-5］。相比較而言，DCP的市場價格較低、硫化速度較快，而且能明顯提高硫化膠的耐熱性。在過氧化物硫化體系中，加入適量TAIC可加快硫化速度，提高交聯效率［6］，原因可能是硫化反應至一定階段，橡膠與丙烯基的雙鍵發生交聯反應，形成活性劑橋鍵，能夠進一步加速硫化反應［7］。

表1為過氧化物硫化體系DCP和TAIC不同配比的試驗研究，從配方比較發現，當DCP含量分別為2.5份和3份時，TAIC含量從4份增加到5份，正硫化時間分別縮短18 s和16 s，相應的焦燒時間也略有減少；當TAIC含量為5份不變時，DCP用量從2.5份增加到3.5份，焦燒時間和正硫化時間分別縮短7 s和39 s。

表1 不同硫化體系比例對硫化特性和硫化膠性能影響

從配方1#、2#、3#發現，交聯度呈先增后減的變化趨勢，而配方4#、5#、6#則出現相反的變化，可見交聯效率并未由于某一組分的增加而提高；但從配方1#、4#、6#中發現，若同時增加DCP和TAIC含量，交聯度從0.97 N·m提高到1.78 N·m，增加了近一倍。上述判斷可從表1中硫化膠的性能中得到印證，即將DCP的含量從2.5份增加到3.5份，同時TAIC含量從3.0份增加到5.0份，膠片變硬，抗張強度可提高1.5 MPa，相應的，硫化膠的斷裂伸長率和抗撕強度分別下降了24%、22%。考慮到本配方應用于礦用電纜護套生產，從硫化速度、物理機械性能和成本綜合來看，選擇配方2#的硫化體系比例最佳，完全滿足產品性能要求。

2.2 氧化鎂的選擇

氧化鎂不僅影響橡膠的硫化速度，同時對改善物理機械性能起很大的作用［8］。CM在硫化過程中分解產生的氯化氫氣體會抑制硫化，硫化膠變得類似海綿狀充滿孔隙，致使機械性能惡化，而氧化鎂的加入能有效解決這一問題，高活性的氧化鎂不僅是極佳的酸吸收劑，而且還能作為硫化促進劑和熱穩定劑。一般選用輕質活性的氧化鎂作為CM硫化助劑，本文在CM配方其他組分比例不變的情況下，選用不同廠家生產的氧化鎂，比較其對硫化速度和硫化膠機械性能的影響。

表2為用四種不同輕質氧化鎂制得混煉膠的硫化特性和硫化膠性能，表3是表2中四種輕質氧化鎂的技術參數（其中氧化鎂A為進口，氧化鎂B、C、D均為國產），不同混煉膠的焦燒時間和正硫化時間基本一致，表明四種輕質氧化鎂對橡膠硫化速度的影響無差異，但硫化膠的物理機械性能差別明顯。從表2中可以看出，氧化鎂A對提高硫化膠的抗張強度比其他三種氧化鎂效果好，達到13.9 MPa，但相應的斷裂伸長率和抗撕強度只有631%和9.3 N/mm2，同時硫化膠的硬度最大。氧化鎂B、C制得的硫化膠的性能較為均衡，而氧化鎂D對應的硫化膠強度低，硬度大。結合表2和表3可以判斷氧化鎂對硫化膠的影響不僅看其含量、活性（碘吸附值），還包括重金屬含量、堆積密度等多方面，應結合試驗值來選擇合適的氧化鎂。因此，從采購成本、橡皮柔軟性等方面考慮，氧化鎂B為最優。

表2 四種輕質氧化鎂對硫化特性和硫化膠的影響

表3 四種輕質氧化鎂主要性能指標

2.3 補強填充材料的配比

CM在礦用電纜上的應用促進了淺色補強填充材料的發展，最常用的有白炭黑、陶土、滑石粉和碳酸鈣等。相比之下，白炭黑的粒徑更細，比表面更大，可使硫化膠具備更高的抗張強度和耐磨性，但是白炭黑的表面極性和親水性降低了與橡膠的相容性，大量添加會明顯提高門尼粘度，加大螺桿擠出難度［9］，同時其酸性特征會消耗過氧化物，不利于橡膠硫化，因此選用適量即可［10］。為進一步降低成本，最有效的辦法是填充一定量的陶土等填料，表4比較了不同填料對硫化膠性能的影響。

表4 不同填料對硫化膠性能的影響

從表4中各補強填充體系下硫化膠性能測試結果來看，碳酸鈣的補強性能最差，滑石粉的加入能改善膠料的粘輥現象，硫化膠挺性好，但硬度明顯增加。陶土作為具有一定補強效果的填充材料，配合白炭黑和滑石粉，使硫化膠性能更優，而且從表中比較發現，陶土2#比1#的物理機械性能好，添加25份陶土2#即可滿足產品性能要求。

3 成品電纜護套性能

根據上述配方體系優化，確定配方如下：CM135B 100，DCP 2.5，TAIC 4.0，MgO 8，白炭黑20，陶土2#25，滑石粉50，增塑劑40，其他配合劑10。試制型號MYP-0.66/1.14kV 3×50+1×16電纜外護套，擠出外徑合格，表面光滑，斷面無氣孔，該電纜護套性能見表5，完全符合MT818-2009及相關標準對產品性能的要求。

表5 成品電纜護套性能

4 結束語

CM作為一種電纜用材料，憑借其優異的綜合性能，在采礦、船舶、風能、汽車等領域得到廣泛應用，通過對配方體系中硫化劑、吸酸劑（氧化鎂）和補強填充材料的選材、配比等進行優化，降低配方材料成本，改善產品外觀質量。同時生產的成品電纜的護套性能完全滿足相關標準的要求。

［1］ 木通口秀臣著，林孔勇摘譯.氯化聚乙烯（二）［J］.橡膠譯叢，1996（5）：371-376.

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

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［10］ 山下晉三，金子東助著，紀奎江等，譯.交聯劑手冊［M］.北京：化學工業出版社，1990.23.

The Formula Design Optim ization and App lication of the Chlorinated Polyethylene for M ining Industry Cable Sheath

JIANG Qi，LIU Jing-guang
（Jiangsu Zhongmei Cable Co.，Ltd.，Yixing 214251，China）

Using chlorinated polyethylene as the basic polymer，the rubber sheath formula，which was influenced mainly by peroxide curing system，magnesium oxide，and reinforcing filler component，has been optimized.The tests result showed that this formula was applicable tomining industry cable sheath production，not only satisfied the performance and processing requirements，but also greatly reduced the cost ofmaterials.

chlorinated polyethylene；curing system；magnesium oxide；reinforcing filler

TM215.2

A

1672-6901（2014）06-0012-03

2014-05-07

蔣 琪（1986-），男，助理工程師.

作者地址：江蘇宜興市官林工業園C區［214251］.