低成本高强度氯丁橡胶护套的研制

夏明慧， 冷 静， 甘胤嗣

（宝胜科技创新股份有限公司， 江苏 扬州 225800）

低成本高强度氯丁橡胶护套的研制

夏明慧， 冷 静， 甘胤嗣

（宝胜科技创新股份有限公司， 江苏 扬州 225800）

研制了一种使用国产氯丁生胶作为主要基体，低成本、高强度的氯丁橡胶护套配方。通过并用加工工艺优良的生胶，选择合适的补强体系及防焦剂，得到了工艺性能好、操作安全、强度高的护套配方。

低成本；氯丁橡胶护套；粘辊；高强度

0 前言

氯丁橡胶被誉为“多功能橡胶”，这是因为它不仅具有良好的力学性能，还具有耐热、耐油、耐天候老化、耐燃、耐油及耐化学腐蚀等优良的性能，是通用橡胶中综合性能较好的胶种［1］。氯丁橡胶在电线电缆行业中被广泛用作护套使用，主要应用在煤矿电缆、矿用电缆、耐天候电缆，及使用环境恶劣、对护套材料要求较高的场合。

我国电缆行业使用的氯丁橡胶护套配方大都以进口氯丁橡胶为主体，工艺性能好，但价格较高。国产氯丁橡胶价格低，近几年逐渐有人开始研究国产氯丁橡胶护套的配方，但是其加工性能及安全性能较差，应用得还比较少［2］。

研制了一种使用国产氯丁生胶作为主要基体，成本低、强度高的氯丁橡胶护套配方。其性能可以满足DIN VDE 0207 Teil 21-1993-07《电缆和绝缘导线用的绝缘复合物和护套复合物橡胶》中“5GM5”型号高强度护套的要求。配方含胶量在50%左右，相比全使用进口氯丁橡胶的配方，成本可降低20%左右。

1 实验

1.1 主要原材料

氯丁橡胶 CR3221，重庆长寿化工生产；氯丁橡胶Baypren 116（CR116），朗盛公司生产；活性氧化镁，邢台市镁神化工生产；氧化锌，台湾实业股份有限公司生产；色料，上海燃料化工十二厂生产；沉淀法白炭黑，三明市丰润化工生产；人工合成层状硅酸盐萨博菲Superfi l-503，济南环兴高台有限公司进口；防焦剂DM（2，2'-二硫代二苯并噻唑），华星化学有限公司生产；防粘剂Afl ux16，德国莱茵化学生产。其他配合剂均属橡胶工业常用产品。

1.2 基础配方

胶料基本配方（单位：份）：CR3221/CR116 100.0，活性氧化镁 4.0，氧化锌 5.0，硬脂酸 1.0，防粘剂Aflux16 1.5，增塑剂DOS 8.0，滑石粉60.0，促进剂Na-22 0.5，偶联剂A172 1.5，色料2.0，其他 14.0。

1.3 主要仪器及设备

XK-160开放式炼胶机，无锡市第一橡塑机械设备厂；平板硫化机 QLB-25型，无锡市第一橡塑机械设备厂；JPL-2500N型微控电子拉力机，江都市精诚测试仪器厂；MVR2000流变仪，上海埃尔法仪器科技有限公司；MV2000门尼黏度仪，上海埃尔法仪器科技有限公司。

1.4 试样制备

将胶料在开炼机上混炼，首先共混两种氯丁橡胶，然后依次加入小料、填料、增塑剂、偶联剂，最后加入活性氧化镁及氧化锌。混炼均匀，薄通5～8次，下片，停放24 h后再进行硫化及其他性能的检测。

压制样片，将胶料放在1 mm厚长方形模具中，用平板硫化机硫化。硫化温度为150 ℃，时间30 min，压力10～15 MPa，压制结束后在（23±5）℃下放置16 h。

1.5 性能试验

门尼黏度按GB/T1232—1992测试；流变试验按照企业检验标准测试，测试条件为150 ℃、30 min；力学性能按照国家标准GB/T 2951.11测试；邵氏硬度按照国家标准GB/T 23651—2009测试。

2 结果与讨论

2.1 氯丁橡胶的选择

选择长寿化工的国产氯丁橡胶CR3221。它是以硫磺和二硫化二异丙基黄原酸酯为混合调节剂的氯丁二烯聚合物，结晶速度中等，相对密度1.23，为米黄色或棕色块状物，非污染型，抗撕裂强度高，加工性能优于硫磺调节型胶，适合护套配方使用。但它的门尼黏度低，半成品胶片挺性差、易发硬，容易变形，且在混炼过程中仍然有粘辊及易焦烧的问题。为改善其缺点，需要加入少量防粘剂，且并用一部分进口胶。

进口氯丁橡胶选自朗盛公司的CR116，XD调节型（XD为一种改性调节剂），具有极好的加工性能，可以改善粘辊的问题。它的门尼黏度稍高，有助于改善胶片的挺性。此外它的结晶趋向极轻微，可以改善胶片发硬的问题［3］。它的高强度也有助于提高配方强度，及适当降低含胶量，并降低成本。两种生胶的具体性能见表1，相关参数均来源于厂家提供的质检报告。

表1 氯丁橡胶性能对比表

为保证良好的加工性能，对CR3221与CR116以不同的并用比例进行试验，结果见表2。

表2 氯丁橡胶1）试验

从表2可以看出，当并用CR116 30.0份时，配方的加工性能得到了明显改善。可以将基本配方的生胶比例固定为CR3221/CR116质量比70：30，此时配方的加工性能良好，解决了国产胶的粘辊问题。然后对其进行优化，通过增加防焦剂的量，进一步改善焦烧安全性。

在研究过程中还对其他进口氯丁生胶也进行了并用试验，例如将CR3221与东曹化工B30s并用，当B30s使用量达到70份时，粘辊问题才有改善。所以改善粘辊问题的关键在于并用加工性能突出的生胶。

2.2 防粘性能

本实验使用德国莱茵化学的Aflux16作为防粘剂，它是天然脂肪酸的钙盐与氨酯蜡的混合物，可以有效改善橡胶的黏性，是一种高效分散剂，有助于配合剂的均匀分散。因此它可以改善氯丁橡胶的加工工艺性能，提高混炼的效率及操作性。使用0.5～1.0 份Afl ux 16，即有明显效果。它价格较贵，也不宜多加。

2.3 补强体系的选择

通过以上方法改善了国产氯丁橡胶的加工工艺性能，但是拉伸强度仍较低，需要通过改善填充补强体系来提高拉伸强度［4］。配方选用沉淀法白炭黑及萨博菲Superfil-503作为补强剂，并以不同比例进行了试验（见表3）。

表3 氯丁橡胶护套配方1）补强体系变量试验

从表3可以看出，添加白炭黑30.0 份时，胶料的力学性能可以满足标准要求，但门尼黏度升高了21，而且增加白炭黑后配方在混炼过程中升温很快，不利于操作安全性。而随着Superfil-503的增加，可以显著降低门尼黏度、延长焦烧时间，邵尔A硬度也逐渐下降。Superfi l-503比表面积为30～50 m2/g，补强效果比较好。但是减少到一定程度后，胶料的强度会明显下降。考虑到在调整防焦剂的过程中会影响力学性能，经综合考虑，使用白炭黑20.0 份，Superfil-503 10.0 份最为适宜。

氯丁橡胶是自补强性橡胶，力学性能会随填充补强体系的增多而下降。为了获得高强度，控制填充补强的量是关键。由于并用了超高强度的CR116，可以适当地降低含胶量。在本研究中，含胶量仅为50%依然可以满足强度要求。相比其他研究者，含胶量下降了5%～10%［5］，大大降低了成本。

2.4 防焦剂的选择

氯丁橡胶对温度敏感，在加工过程中易发生焦烧。而国产氯丁橡胶相比进口氯丁橡胶硫化速度快、焦烧时间短，所以一定要配合使用防焦剂加以弥补。本研究使用DM作为防焦剂，并进行了变量试验，结果见表4。

表4 氯丁橡胶护套配方1）防焦剂DM变量试验

从表4中可以看出，增加DM可以明显增加焦烧时间。但随着添加量的增多，延缓焦烧的幅度在逐渐减小，而且拉伸强度也在逐渐减小。设计配方时希望在保证力学性能的基础上，焦烧时间越长越好，所以DM的使用以1.5份最为适宜。

最终确定配方为（单位：份）：CR3221 70.0，CR116 30.0，活性氧化镁 4.0，氧化锌 5.0，硬脂酸 1.0，防粘剂 1.5，增塑剂 8.0，滑石粉30.0，白炭黑 20.0，Superfi l-503 10.0，Na-22 0.5，偶联剂 1.5，色料 2.0，其他 14.0，防焦剂DM 1.5。

3 车间生产

采用GE135型密炼机进行放大生产。由于氯丁橡胶混炼过程升温快、易焦烧，所以采用二段混炼方法。一段混炼按照生胶、小料、填充剂、油料的顺序投料，最高温度不超过80 ℃；然后经过下辅机打卷冷却，再进行二段混炼，加入氧化锌及活性氧化镁，温度不超过70 ℃。

胶料停放24 h后进行相关试验（表5），各项指标符合标准要求。

表5 氯丁橡胶护套硫化胶性能表

4 结 论

（1）通过并用30.0份进口CR116（德国朗盛产），可以显著改善国产CR3221的粘辊问题，使配方具有良好的加工性能。使用国产氯丁橡胶作为主要基料则大大降低了配方的成本。

（2）通过选用高强度的氯丁生胶，配合使用适量的白炭黑及Superfil-503作为补强剂，可使护套配方获得较高的拉伸强度，且含胶量可以减少到50%，降低了成本。

（3）使用DM作为氯丁橡胶护套配方中的防焦剂，可以有效延长焦烧时间。

［1］ 杨清芝.实用橡胶工艺学［M］.北京：化学工业出版社，2006:38-39.

［2］ 王子生. 国产氯丁橡胶生产工艺问题探讨［J］.特种橡胶制品，2010，31（5）:58-60.

［3］ 骆瑞静.氯丁橡胶（Baypren）的性能、加工及其应用 ［J］.橡胶参考资料，2009，39（1）:47-55.

［4］ 王作龄.氯丁橡胶配方技术［J］.世界橡胶工业，1998，1（1）: 56-62.

［5］ 王长春.彩色高强度高抗撕氯丁橡胶护套的研制［J］.特种橡胶制品， 2005， 26（1）:28-29.

［责任编辑：朱 胤］

Development of Low-Cost CR Sheath with High Tensile Strength

Xia Minghui， Leng Jing， Gan Yinsi
（ Baosheng Science & Technology Innovation Co.， Ltd.， Yangzhou 225800， China ）

This paper introduced a low-cost chloroprene sheath with high tensile strength using domestic raw chloroprene rubber. By blending import raw chloroprene rubber with excellent processing property， and selecting appropriate reinforcement system and scorch retarder， a sheath formulation with good process performance， safe operation performance and high tensile strength was developed.

Low-Cost； Chloroprene Rubber Sheath； Roller Sticking； High Tensile Strength

TQ 336.4+2

B

1671-8232（2015）11-0018-04

2015-05-29

修回日期：2015-07-22

夏明慧（1986— ），吉林长春人，哈尔滨理工大学硕士。主要从事塑料及橡胶配方的研发工作。