納矽利在氯化聚乙烯橡膠膠料中的補強效果研究

徐明球，周健濤

（廣東華聲電器實業有限公司，廣東 佛山 528306）

橡膠補強填料具有補強和擴容作用，可以顯著提高膠料的力學性能和耐老化性能，常見的補強填料有炭黑、白炭黑、硅酸鹽、陶土、碳酸鈣、滑石粉、硅鋁等。在膠料配方設計時，要根據膠料的性能要求選擇合適的補強填料[1-19]。

納矽利是應用于橡塑工業的淺色環保無機補強填料，為半化學合成的層狀結晶硅酸鹽，是以天然含硅礦物材料為基礎，經礦石粉碎、選礦、化學分解、晶體可控生長、膜分離、噴霧干燥處理而制得的納米級粉末狀材料。納矽利具有微觀結構規整、粒徑分布窄、穩定性和分散性好、有一定的協同助燃作用等特點，其補強膠料的門尼粘度低，易擠出，且外表細膩光滑，有一定絕緣性，因此納矽利廣泛應用于電線電纜、膠管、密封條、膠帶、輪胎等膠料中。

本工作研究納矽利在氯化聚乙烯橡膠（CM）膠料中的補強效果，并與其他補強填料（炭黑N330、炭黑N550、白炭黑、高嶺土、滑石粉和碳酸鈣）進行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

CM8000，杭州科利化工股份有限公司產品；納矽利，上海予諾化工有限公司產品；炭黑N330和N550，廣州克郎化工科技有限公司產品；白炭黑ZQ-602，湖南株洲興隆新材料有限公司產品；鍛燒高嶺土AT-01，茂名凡士高高嶺土有限公司產品；超細滑石粉CMS777，合山化工（遼寧）有限公司產品；重質碳酸鈣CC-2500，江西廣源化工有限責任公司產品；輕質活性氧化鎂，艾弗爾化工有限公司產品；對苯二甲酸二辛酯（DOTP），珠海聯成化學工業有限公司產品；雙叔丁基過氧化二異丙基苯（BIPB）96，廣州科爾森化工有限公司產品；三烯丙基異三聚氰酸酯（TAIC），瀏陽市有機化工有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

75 L密煉機，大連華韓橡塑機械有限公司產品；SK-160B型開煉機，上海橡膠機械一廠有限公司產品；25型平板硫化儀，上海華雄機械有限公司產品；M200E型橡膠門尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產品；401B型熱老化箱，南通宏大實驗儀器有限公司產品；JSL-2500N型電子拉力試驗機，江都市精藝試驗機械有限公司產品；YH-8802A型電線屈撓試驗機，遼寧科瑞德電纜有限公司產品。

1.3 試樣制備

膠料分2段混煉。一段混煉在密煉機中進行，先加入CM、小料和80%補強填料，80 ℃時加入硫化體系，100 ℃時排膠。二段混煉在開煉機上進行，取7份相同質量的一段混煉膠在開煉機上返煉，輥溫為75 ℃時加入剩余20%補強填料，2 min加完后再混煉5 min，下片。

膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為160℃×8 min。

1.4 性能測試

膠料性能按相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 不同用量納矽利補強CM膠料

不同用量納矽利補強CM膠料的配方見表1。

表1 不同用量納矽利補強CM膠料的配方 份Tab.1 Formulas of CM compounds reinforced with different dosages of Nasili phr

不同用量納矽利補強CM膠料的性能見表2。

從表2可以看出：隨著納矽利用量的增大，膠料的邵爾A型硬度和100%定伸應力逐漸增大，拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度先增大后減小；當納矽利用量為60份時，膠料的綜合性能較好。

表2 不同用量納矽利補強CM膠料的性能Tab.2 Properties of CM compounds reinforced with different dosages of Nasili

2.2 不同補強填料補強CM膠料

不同補強填料補強CM膠料的配方見表3。

表3 不同補強填料補強CM膠料配方 份Tab.3 Formulas of CM compounds reinforced with different reinforcing fillers phr

不同補強填料補強CM膠料的性能見表4。

從表4可以看出，炭黑N330、炭黑N550和白炭黑補強膠料的綜合性能較好，納矽利補強膠料的拉伸強度與滑石粉補強膠料相近，大于高嶺土和碳酸鈣補強膠料，而拉斷伸長率較大。

表4 不同補強填料補強CM膠料的性能Tab.4 Properties of CM compounds reinforced with different reinforcing fillers

2.3 納矽利在電纜護套膠料中的應用

采用輻照硫化工藝代替傳統連續硫化工藝生產YZW型電纜護套（規格為YZW 4×1.0 mm2）。納矽利用于電纜護套的膠料配方如表5所示，電纜護套的性能如表6所示。

表5 納矽利用于電纜護套的膠料配方 份Tab.5 Formulas of cable jacket compounds using Nasili phr

從表6可以看出，用部分納矽利代替炭黑后，可以增大電纜護套的拉斷伸長率，且熱空氣老化電纜護套仍保持較高的拉斷伸長率。

表6 電纜護套的性能Tab.6 Properties of cable jacket

電纜護套膠料混煉時，炭黑N550作為補強填料，其易飛揚，導致車間工作環境差，用納矽利部分代替炭黑N550，車間工作環境明顯改善，且納矽利單價較炭黑N550低，可以降低膠料成本。目前炭黑N550和納矽利以7/5和5/7的兩種并用比用于CPE電纜護套膠料中。

測試得出，采用納矽利部分替代炭黑N550（炭黑N550/納矽利并用比為7/5）制備的YZW型電纜護套的拉伸強度略小，拉斷伸長率明顯增大，綜合性能較好，滿足GB/T 5013—2008要求。

3 結論

（1）納矽利用量為60份時，CM膠料具有較好的綜合性能。

（2）納矽利的補強效果略差于炭黑N330、炭黑N550和白炭黑，好于高嶺土和碳酸鈣，但納矽利補強膠料的拉斷伸長率較大。

（3）采用納矽利部分替代炭黑N550（炭黑N550/納矽利并用比為7/5）制備的YZW型電纜護套各項性能較好（達到國家標準要求），同時改善了煉膠工作環境，降低了膠料的生產成本。