耐油條件對交聯(lián)聚烯烴型電纜材料性能的影響

2021-12-21 05:54:54李孟哲姜青松石亞梅高銘晶

電線電纜 2021年6期

李孟哲，姜青松，石亞梅，高銘晶

（中天科技裝備電纜有限公司，南通226010）

0 引言

電線電纜的機械性能一直是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點，其決定電線電纜的安全使用壽命。有研究表明，電纜材料的低溫機械性能與輻照交聯(lián)程度關(guān)聯(lián)性較大［1-2］。文獻［3］介紹了不同熱老化條件（熱老化溫度和熱老化時間）對交聯(lián)聚烯烴機車電纜料機械性能的影響，研究表明：相比135 ℃、168 h 熱老化條件，120 ℃、240 h 熱老化條件對交聯(lián)聚烯烴機車電纜料的機械性能影響明顯；120 ℃、240 h 熱老化條件對交聯(lián)聚烯烴機車電纜料的C—H 鍵破壞性更大，使材料緊密度下降，同時多處出現(xiàn)不規(guī)則孔洞。馬芝森等［4］研究了不同抗氧化體系對輻照交聯(lián)聚烯烴電纜料低溫性能的影響，研究表明：采用防老劑2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體（RD）／4，4′-二辛基二苯胺（ODA）復配防老劑相比［4，4′-雙（ α，α -二甲基芐基）二苯胺］（445）／2-硫醇基苯駢咪唑鋅鹽（MBZ）復配防老劑配方電纜料輻照后低溫性能更好，同時主要與445／MBZ 抗氧劑體系中存在MBZ 團聚點相關(guān)，同時該類型聚烯烴材料交聯(lián)度越大低溫性能越差。孔令蜜［5］研究了不同抗氧劑對該體系熱穩(wěn)定性及電線電纜熱壽命的影響，結(jié)果表明：硫代酚類抗氧劑300 明顯優(yōu)于其他抗氧劑，可以有效抑制聚乙烯（PE）／聚烯烴彈性體（POE）共聚材料的老化，延長電線電纜的使用壽命。本工作考察了不同耐油條件對電纜性能的影響，并從微觀結(jié)構(gòu)上進一步研究耐油條件對電纜材料微觀形貌的影響，并且通過比對發(fā)現(xiàn)，不同耐油條件對交聯(lián)聚烯烴型電纜材料機械性能的影響存在明顯差異。

1 試驗部分

1.1 儀器與設(shè)備

AL-7000S 型拉力機；JN-DWX-70 型熱老化試驗箱；CL-1010 型測厚儀；JC-300 型線纜刨片機；MZ-4102 型沖片機；Is10 型傅里葉變換紅外光譜儀；SU8200 型掃描電鏡。

1.2 樣品的制備

試驗考察了不同油品條件（油品1＃和油品2＃）下對相同電纜樣品進行耐IRM 902 油和IRM 903油后機械性能測試，選取同一根電纜（大截面），按GB／T 2951.11—2008 標準制成圖1 所示的啞鈴片，制取40 個啞鈴試樣，每組10 個試樣品，分別浸泡在（100±2）℃的 IRM 902 油（油品 1＃和油品 2＃）中，72 h后取出樣品（樣品 1＃和樣品 2＃）；分別浸泡在（70±2）℃ 的 IRM 903 油（油品 1＃和油品 2＃）中，168 h后取出樣品（樣品 1＃和樣品 2＃）。輕輕吸掉多余的油，并將試樣懸掛在環(huán)境溫度的空氣中至少16 h，但不超過24 h，這一過程結(jié)束后，再從試樣上輕輕吸去多余的油，并按GB／T 2951.11—2008 進行拉伸試驗。

圖1 按GB／T 2951.11—2008 制成啞鈴片試樣

2 結(jié)果與分析

2.1 耐油機械性能分析

樣品 1＃和樣品 2＃嚴格按 GB／T 2951.11—2008標準要求制備啞鈴狀樣品進行拉伸性能試驗，共計進行10 次測試，其測定結(jié)果分別見下表2 和表3。

表2 不同耐油條件下耐IRM 902 油測試結(jié)果

表3 不同耐油條件下耐IRM 903 油測試結(jié)果

樣品 1＃及樣品 2＃耐 IRM 902、IRM 903 油后拉伸強度及斷裂伸長率變化分析圖如圖2、圖3 所示。

圖2 樣品1＃及樣品2＃耐 IRM 902 油后拉伸強度（a）及斷裂伸長率（b）變化分析圖

圖3 樣品1＃及樣品2＃耐 IRM 903 油后拉伸強度（a）及斷裂伸長率（b）變化分析圖

由圖 2（a）和圖 2（b）可知：樣品 1＃耐 IRM 902油后樣品拉伸強度相比樣品2＃偏大，樣品1＃耐IRM 902 油后拉伸強度最大可達到10.1 MPa，樣品2＃耐IRM 902 油后拉伸強度最大僅達到8.8 MPa。同時對樣品1＃和樣品2＃耐IRM 902 油后斷裂伸長率進行對比研究，樣品1＃耐IRM 902 油后斷裂伸長率較高，在樣品1＃耐IRM 902 油后最小斷裂伸長率相比樣品2＃中最大斷裂伸長率偏大2.2%。樣品1＃和樣品2＃進行耐IRM 903 油后拉伸強度及斷裂伸長率進行對比研究得到類似結(jié)論。經(jīng)分析出現(xiàn)上述可能的原因是樣品1＃和樣品2＃熱老化程度不同從而造成其機械性能差異。

2.2 傅里葉紅外光譜分析

通過傅里葉紅外光譜分析儀（FTIR）從微觀角度對比研究樣品1＃和樣品2＃耐IRM 902 油后光譜差異，對比圖見圖4。

圖4 耐油后材料紅外光譜分析對比圖

由圖4 可以看出：樣品1＃和樣品2＃耐 IRM 902油后紅外光譜圖相比耐油前的樣品在2 925 cm-1和2 853 cm-1處出現(xiàn)兩個明顯烷基特征峰，可能的原因是樣品 1＃和樣品2＃中浸入 IRM 902 油，樣品1＃和樣品2＃中浸入IRM 902 油后膨脹，在2 925 cm-1和2 853 cm-1處—CH2特性峰增強。比對樣品1＃和樣品 2＃在 2 925 cm-1和 2 853 cm-1處—CH2特性峰增強度發(fā)現(xiàn)，樣品1＃中相比較弱，同時在樣品1＃和樣品2＃在1 614 cm-1處峰值相比耐油前樣品明顯降低，這可能的原因是材料中羰基官能團在耐油試驗中存在熱老化過程，從而不飽和官能團含量明顯降低，進而造成機械性能的降低。油侵入樣品1＃相比樣品2＃的能力較弱，從而對樣品1＃材料內(nèi)部鏈間的熱老化影響較小，這也從側(cè)面佐證了樣品1＃機械性能高于樣品2＃。

2.3 掃描電鏡分析

通過掃描電鏡（SEM）從微觀角度對比了相同樣品耐油前、樣品 1＃耐 IRM 902 油后和樣品2＃耐IRM 902 油后微觀形貌，見圖 5。由圖 5（a）、圖5（b）及圖 5（c）可知：耐油前和樣品 1＃耐 IRM 902 油后在微觀形貌上都很粗糙，但樣品2＃耐IRM 902 油后微觀形貌上很光滑，可能原因是樣品2＃IRM 902 油浸入及腐蝕材料能力相比樣品1＃耐IRM 902 油的能力更強，這也從側(cè)面佐證了樣品1＃耐IRM 902 油后機械性能優(yōu)于樣品2＃耐IRM 902 油后的機械性能。