煤礦電纜用彩色氯化聚乙烯護套橡皮的性能研究

葉德智， 張 勇， 陳 衛， 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套橡皮的性能研究

葉德智， 張 勇， 陳 衛， 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套橡皮的性能要求，通過對橡膠、硫化劑、穩定劑、補強劑、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，同時介紹了該橡皮的加工工藝。

氯化聚乙烯；配方；阻燃；彩色護套；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，還具有優良的耐候性，耐熱、耐臭氧、耐油、耐天然老化、耐電暈、耐化學溶劑，以及較高的阻燃性等諸多優點。另外，石油價格上升，導致氯丁橡膠價格居高不下，采用CPE取代氯丁橡膠，成本方面具有很大的優勢。本文主要對煤礦電纜用彩色CPE護套橡皮的配方和性能進行研究。

1 試 驗

1.1 試驗原料

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

1.2 小樣制備

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

工藝試驗：密煉機混合，開煉機加硫。護套擠出在冷喂膠φ90連續硫化擠橡機上進行。

試樣性能測試按GB 7594.7-1997和GB 2951-2002標準進行。

2 配方材料的選擇

2.1 主料

考慮到煤礦電纜使用環境惡劣，要求護套必須具有優異的機械性能，抗撕強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，強度和伸長率也較高，市場采購也相對方便。

2.2 硫化體系

CPE配方硫化體系中硫化劑大體分為硫脲類、胺類和有機過氧化物三種。我們選用了硫脲類（NA-22）和過氧化物（DCP）進行了對比，結果見表1。

從表1中可以看出，采用NA-22作硫化劑時，用氧化鉛比氧化鎂的效果要好。雖然力學性能好，但是耐熱老化性能不夠理想，使用過氧化物硫化的CPE具有更好的耐熱老化、抗壓縮永久變形及耐油等特性。有機過氧化物硫化的機理是：首先有機過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，形成C-C鍵。

表1 硫化劑對CPE護套橡皮機械性能的影響

DCP份數對CPE的抗拉強度、伸長率、抗撕強度的性能影響見圖1。

從圖1中可以看出，隨著DCP份數增加，抗拉強度達到一個最高值，隨后開始下降，而伸長率和抗撕強度則會出現急劇下降的現象。當DCP用量增加時，體系的交聯密度增加，形變時承受負荷的有效鏈的數量增加，而斷裂前每一有效鏈能均勻承載，因而抗拉強度增大，并出現一個極大值，然后隨交聯密度的進一步增加，交聯點和相對分子質量減小，不利于鏈段的熱運動和應力傳遞；此外交聯度過高時，有效網鏈數減小，網鏈不能均勻承載，易集中于局部網鏈上。這種承載的不均勻性，隨交聯密度的增大而加劇，因此交聯密度過大時抗拉強度下降。

抗撕強度隨著交聯密度的增加，呈現一個緩慢的降低趨勢，當抗拉強度超過最大值（有效鏈數最大）時，抗撕強度也會隨DCP份數的增加顯著降低。由此可見，欲獲得較高的抗拉強度和抗撕強度，必須使交聯密度適度，即交聯劑的用量要適宜。

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，硫化膠的抗拉強度會顯著提高，硫化速度也可以得到提高。一般采用DCP3.5份、TAIC4份，交聯密度可達到較為理想的效果。

2.3 穩定劑

CPE常用的穩定劑主要是氧化鎂、氧化鉛、環氧酯類以及鉛鹽等材料。

在CPE配方中氧化鎂的用量比較大，用來吸收加工和硫化過程中產生的氯化氫氣體。CPE本身沒有雙鍵，也沒有交聯結構的點，完全靠過氧化物來交聯，硫化時的高溫使過氧化物分解產生游離基，奪取CPE長鏈分子上的氫而產生CPE游離基，在硫化助劑TAIC的幫助下，使兩個大分子鏈的游離基連接起來，形成交聯網狀結構，從而使CPE橡膠硫化。因此，橡膠配方中不宜使用酸性配合劑，防止酸性配合劑對過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定劑，氧化鎂的品質將直接影響CPE硫化膠的性能。我們在制定CPE配方中選用氧化鎂和硬脂酸鈣作為CPE的穩定劑，避免鉛鹽對人體的傷害。

2.4 補強填充體系

CPE常采用高耐磨炭黑和半補強炭黑并用作為補強劑，但對于煤礦電纜用彩色護套來講，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強材料。白炭黑的補強作用和炭黑相似，可以在彩色護套中作為補強材料使用。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。在酸性介質中，DCP分解產物為丙烯基苯、丙酮、苯酚和水，屬于易揮發物質，不但不能進行硫化還嚴重起泡。另一方面，白炭黑的補強效果雖然明顯，但是份數不宜過多，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滑石粉作為CPE的補強填充劑。

2.5 軟化體系

CPE在加工過程中，膠料和機械設備以及CPE內部分子間相互摩擦，會產生一定的熱量，如果熱量過大，會造成膠料粘輥甚至發生焦燒的現象，所以CPE通常加入一些增塑劑來降低門尼粘度。通常采用DOP、氯化石蠟、環氧酯等增塑劑，需要注意的是環氧酯既是穩定劑，也是增塑劑。在CPE中常采用環氧酯和其他增塑劑配合，其中環氧酯不超過5份。

2.6 阻燃劑

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

3 膠料的物理機械性能

3.1 物理機械性能

優化后膠料的物理機械性能見表2。

表2 混煉膠性能

3.2 混煉工藝

首先將粉狀CPE在70～90℃開煉機上薄通4～5 min，混合成膠片，然后轉運到密煉機投料口，再與粉狀CPE混合，投入氯化石蠟、環氧酯、氧化鎂，混合2～3 min之后，加入部分補強劑和阻燃劑，繼續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℃。混煉溫度接近115℃之后，混煉2 min排料，然后在開煉機上加入硫化劑。

4 成品電纜護套性能

選擇MYPT-6/10 kV 3×25+3×16/3 mm2橡套電纜進行試制，用特勒斯特φ60+φ120+φ90連續硫化生產設備。機身溫度控制在70～85℃，模口溫度控制在100～105℃，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 成品電纜護套性能

5 結束語

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

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

［1］ 徐應麟主編.電線電纜手冊（第二冊）［M］.北京：機械工業出版社，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套［S］.

［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.

［5］ 蘇朝化，湯 峰，裴海燕.橡皮絕緣用氯化聚乙烯橡皮護套配方研究［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［831100］.