一种环境友好型橡胶电缆护套料的研制

徐明球，周健涛

（华声电器实业有限公司，广东 佛山528306）

自1912 年人们发现炭黑对橡胶具有补强作用以来,炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。目前世界橡胶工业原材料耗用量排在第一位的是生胶,第二位就是炭黑，换言之，炭黑是消费量最大的橡胶配合剂。电缆料是炭黑重要的应用领域之一，作为传统的黑色补强剂，炭黑在橡胶电缆料加工时通常采用两种方法：一是直接以炭黑原粉加入密炼机，与生胶、填充料、防老剂等原料共同混炼；二是在一个相对较小的作业空间内，先把大量炭黑与少量生胶及其他助剂在密炼机中共混，制成高浓度的炭黑母炼胶，再以母炼胶的形式与配方中其他原料共混。这两种传统方法均存在着弊端：炭黑添加量大，粒度细，质量轻，飞扬严重，工作环境极差。近年来，线缆企业炼胶过程中的粉尘、烟雾、噪音污染已作为国家重点管控对象。本研究拟大幅减少炭黑在护套胶中的用量，直接采购计量的小包装炭黑，以加工温度下与CPE橡胶相容性好的EVA薄膜胶袋密封包装，使用时不用再称量，未拆封的炭黑连同包装物直接投入密炼机中，同时配合部分浅色补强剂，在达到产品性能要求的同时，明显减少了炭黑对环境的污染，车间生产环境明显改善。

1 试验准备

1.1 主要设备及仪器

110 L密炼机；Φ550开炼机；Φ90挤橡机；401B热老化箱，南通宏大实验仪器厂；JSL-2500N 电子拉力实验机，江都精艺实验机械公司；270C 低温测试箱，常熟环境测试设备厂；HY8802A型电线曲挠机，深圳德迈盛机电设备公司。

1.2 主要原料

CM135B，杭州科利化工；1 500目超细滑石粉，佛山梅林化工；2 500目超细重质碳酸钙，东莞立茂化工；TA⁃IC，杭州科利化工；BIPB，阿克苏诺贝尔化学品公司；浅色补强功能填料S20，上海诚懋化学；DOTP油，珠海联成化学；不同规格小包装炭黑，广州朗克化工；其他，市售。

1.3 测试标准

GB/T 5013.4-2008 额定电压450 V/750 V 及以下橡皮绝缘电缆第4部分标准。

2 试验配方设计

2.1 炭黑品种的选择

炭黑粒径越小，粒子间聚凝力越大，易结团，导致混炼时分散困难，可塑性下降，压出性能降低。炭黑的结构性是影响炭黑补强性能的另一个重要因素，即形状因素。因为结构性高的炭黑，其聚熔体形态复杂，枝杈多，内部空隙大，当与橡胶混合后，形成的包容橡胶多。由于炭黑聚熔体能阻碍被包容的橡胶分子链变形，因而对硫化胶的定伸应力、硬度等性能的提高有显著作用，从而体现了补强功能。同时，包容橡胶的形成，对提高炭黑在混炼时的分散性以及改善压出操作性能等方面也发挥显著的作用，使压出口型膨胀率和半成品收缩率减小，半成品挺性大，且表面光滑。

黑色橡套电缆料采用炭黑母炼胶的工艺生产，炭黑先经过一次混炼，然后再与配方中其他组份加入密炼机再次共混。经过两次混炼，炭黑分散均匀，挤出线材外观光滑，而采用炭黑减量小包装直投工艺时，因炭黑是以原粉直接共混，所以在考虑补强性的同时，需要选择分散性好的炭黑品种，否则影响电缆性能及外观。

选取4种常用的炭黑，采用炭黑未减量时的用量24份的一半，即12 份，其他组份不变，对比其加工性和补强性，试验配方见表1。

表1 试验配方一

采用蒸汽连续硫化用Φ90挤橡机挤出YZW3X1.5 mm2规格的橡套电缆测试性能见表2。

表2 不同种类炭黑采用以原粉直接投料工艺护套性能（规格:YZW3X1.5 mm2）

从试验可以看出，补强炭黑N326分散性差一些,线材外观较粗糙，易出现未分散的炭黑颗粒。N330外观稍好，但线材表面也偶有未分散的炭黑颗粒。而采用N550和N660炭黑的配方加工性好,挤出电缆表面光滑，无未分散的炭黑颗粒。两种都是软质炭黑，前者补强性稍好，相同效果用量可以略少，故本项目选用N550炭黑。

2.2 浅色补强剂的选用

S20 是一种新型的浅色补强剂，其成份是人工合成纳米层状结晶硅酸盐，是以天然含硅矿物为基础材料，经粉碎选矿、化学分解、晶体可控生产、膜分离、表面处理、干燥等半合成纳米级浅色无机补强填料。产品在EPDM/CPE 等各种橡胶中具有良好的分散性、相容性、补强性，其补强性能优于传统的无机填料，可显著提高硫化胶的物理机械性能，同时降低生产成本，能够辅助提高制品的耐油渗透、耐电绝缘、耐火阻燃、耐老化等性能，用于电线电缆产品，可赋予胶料更好的流动性，提高挤出速度和表面光滑度以及绝缘性能和耐渗透性能。本项目选用S20浅色补强剂部分代替炭黑，降低其用量，见表3。

另外，滑石粉在橡胶中兼具填充和补强双重作用，是橡胶业常用的廉价补强填充材料，粒径越小补强性越好。考虑成本及补强性，选用1 500 目滑石粉与上述补强剂配合使用。

白炭黑补强性虽好，但其表观密度小，密炼时易飞扬，生产效率稍低，因此不选用。配方中其他材料，如CPE生胶、软化剂、稳定体系、交联体系均与原炭黑未减量时相同。

2.3 炭黑与S20浅色补强剂共混比例确定

表3 试验配方二

采用蒸汽连续硫化用Φ90 挤橡机挤出YZW3X1.5 mm2规格的橡套电缆测试性能见表4。

表4 N550炭黑与/S20浅色补强剂不同配比生产YZW线材护套性能（规格:YZW3X1.5 mm2）

续表4

由表4 可见，随着炭黑用量的减少，电缆护套的抗张强度变小，伸长率增大，耐油性稍降低，热延伸性能稍变差，耐低温性能变差，电缆外观质量也呈下降趋势，在N550炭黑与S20配比为7∶5时，电缆性能较好。

3 混炼胶的加工工艺

加料顺序：先加CPE和小料，再投入小包装N550炭黑，接着投放滑石粉、碳酸钙大料，最后加油料，炼胶不扫料时密闭仓门,以免粉料漏出,密炼温度90℃～100℃加硫化剂,90℃～105℃放料。

4 结论

（1）几种炭黑相比，N550、N660比N330、N326分散性好，电缆产品外观光滑。

（2）炭黑减量，采用EVA 小胶袋密封包装，按调整后的混炼胶工艺生产橡胶护套料，有效地减少了炭黑飞扬,明显改善了工作环境。

（3）N550 炭黑配合S20 补强剂,共混比例7∶5 时,电缆外观光滑，性能可达到国家标准要求。