三元乙丙橡胶与乙烯-丁烯弹性体在电线电缆绝缘中的并用

2013-09-28 11:02厉春阳刘永坚王晓荣
电线电缆 2013年1期
关键词:硫化剂防老剂胶料

厉春阳, 刘永坚, 王晓荣

(湖南衡阳恒飞电缆有限责任公司,湖南衡阳421008)

0 引言

随着GB/T 5013—2008及JB/T 8735—2011标准的发布及实施,电线电缆长期使用天然橡胶/丁苯橡胶作绝缘(XJ-00A型绝缘橡皮)的使命基本上完成了,而与之替代的三元乙丙橡胶(EPDM)被广泛应用在电线电缆绝缘中。由于能满足电线电缆使用的三元乙丙橡胶牌号国内生产能力有限,需要大量进口国外的三元乙丙橡胶,造成三元乙丙胶货源紧缺,且产品成本较高。另外,三元乙丙橡胶在加工过程中,由于它的自粘性和互粘性差,加工比较困难。

因此,我们根据目前国内这一现况,采用乙烯-丁烯弹性体(EBM)与EPDM并用,很好地解决了EPDM在加工过程中的工艺问题及产品成本问题。

1 实验部分

1.1 试验用主要原材料

EPDM,牌号4045,吉林石化有限公司;EBM,牌号4060,杜邦公司;硫化剂:过氧化二异丙苯(DCP),牌号40,上海高桥化工厂;共硫化剂:三聚异氰酸三烯酯(TAIC),湖南浏阳有机化工厂;其它材料均为市售。

1.2 主要试验仪器和设备

160×320开放式炼胶机,上海勤奋机械厂;QLB-D350×350×2C25T平板硫化机,上海第一橡胶机械厂;MZ-4000D型拉力试验机,江苏明珠试验机械有限公司;140B型热空气老化箱,上海试验仪器厂;YDY-1氧弹(空气弹)老化试验仪,呼和浩特市德塔线缆测试仪器研究所;MDR-2000转子硫化仪,上海德杰仪器设备有限公司。

1.3 测试方法

试样性能测试按 GB/T 5013—2008、JB/T 8735—2011标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 骨架材料的选择

EBM4060由乙烯-丁烯组成,是一种饱和型橡胶,其分子量分布比较宽,加工性能非常优异。同时,该产品又具有高填充的能力,能有效地降低产品成本和提高物理机械性能。表1为EBM的典型性能数据。

表1 EBM典型性能数据

EPDM与EBM橡胶并用后,不仅可以提高混合胶的物理机械性能,而且具有优异的耐热老化、抗压缩变形、耐气候以及良好的电气性能等。并用胶在混炼及挤出过程中,极大地改善了EPDM混炼时间及挤出工艺性能。

实验发现,随着EBM用量的增加,并用胶的拉伸强度增加,断裂伸长率降低,抗压缩变形增大。综合考虑并用胶的性能及成本等因素,EPDM/EBM的并用比为(50~60)/(50~40)份较好。混合胶并用量对橡胶性能的影响见表2。

2.2 硫化体系的选择

从EPDM4045与EBM4060分子结构上分析,它们主链上都不含双键,属于饱和型橡胶,具有共硫化特性,同时考虑到连续硫化生产过程中,铜导体不被氧化发黑,故在实验中采用以过氧化物DCP作硫化剂,三聚异氰酸三烯酯(TAIC)作为交联活性助剂,来提高胶料的交联密度和硫化速度,改善胶料的耐温性能、电性能及减少压缩永久变形。试验确定,硫化剂DCP的用量为3~3.5份,助交联剂TAIC为2~2.5份,综合性能较好。

2.3 防老剂的选择

EPDM和EBM都是饱和性高聚物,有良好的耐热老化性能和耐臭氧老化性能。由于电缆是长期在户外使用并经受热、氧老化及紫外光的照射,容易引起老化降解,故需要选择合适的防老剂,延长电缆的使用寿命。经试验确定,选用防老剂MB/RD作防老剂,用量为(1~1.5)/(0.5~1)份。

2.4 补强及填充体系的选择

EPDM/EBM并用胶料的补强及填充剂采用煅烧陶土及超细滑石粉组成。超细滑石粉可以提高混炼胶的拉伸强度及压缩永久变形;而煅烧陶土可以提高并用胶料的粘度、拉伸强度、增大硫化胶的挺性、改善并用胶的挤出工艺性能及硫化胶的电性能,但由于它呈弱酸性,与过氧化物反应,延迟自由基的产生,降低硫化效率,所以用量不宜过大。

2.5 软化剂的选择

为了保证各种配合剂分散均匀,须加入一定量的软化剂,以降低胶料的粘度及柔软性,软化剂可采用石蜡油及石蜡并用组成,其中石蜡油的用量为15~20份;石蜡的用量为3~6份。

3 优化配方与加工工艺

3.1 优化配方

经优化工艺设计及综上试验分析,EPDM/EBM绝缘胶料的最优配方为:EPDM/EBM[并用比(50~60)/(50~40)]100份;硫化剂DCP为3~3.5份;助交联剂TAIC为2~2.5份;防老剂MB/RD为(1~1.5)/(0.5~1)份;补强及填充剂为130~150份;软化剂石蜡油+石蜡为20~25份;其它3~5份。

表2 混合胶并用量对橡胶性能的影响

3.2 混炼工艺

EPDM与EBM具有门尼粘度比较低,填充量比较大的特点,所以EPDM/EBM混炼胶的用量比一般混炼胶的用量高10%左右。胶料在加压式捏炼机混炼工艺为:先将EPDM与EBM一起塑炼1~2 min,然后加入防老剂、补强剂及软化剂等配合剂,混炼均匀后在105~110℃排料,滤橡后加入硫化剂及硫化助剂,出片冷却。混炼好的胶料在常态(室温、通风、干燥)的环境中冷却至少1 d后,方可供橡胶挤出机使用。

4 成品电缆绝缘性能

试制产品型号规格为60245 IEC66(YCW)450/750 V 3×25橡皮绝缘电缆的绝缘线芯,挤出外表均匀,表面光滑。该成品电缆绝缘线芯性能见表3。

5 结束语

(1)EPDM/EBM并用可以获得优异的物理机械性能及工艺加工性能,性能完全满足GB/T 5013—2008《额定电压450/750 V及以下橡皮绝缘电缆》及JB/T 8735—2011《额定电压450/750 V及以下橡皮绝缘软线和软电缆》标准的要求。

(2)EPDM/EBM并用,采用过氧化物作硫化剂,TAIC作共硫化剂,综合性能较好,并有效地降低了生产成本,具有良好的经济效益。

表3 成品电缆绝缘线芯的物理机械性能

[1]谢遂志,刘登祥,周鸣峦.橡胶工业手册 第一分册[M],北京:化学工业出版社,1989.

[2]朱 敏.橡胶化学与物理[M],北京:化学工业出版社,1986.

[3]全大萍.新型乙烯-丁烯共聚弹性体的结构特征及力学行为[J],中山大学学报,2000(S2):133-137.

[4]GB/T 7594—1987电线电缆橡皮绝缘和橡皮护套[S].

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