耐油条件对交联聚烯烃型电缆材料性能的影响

李孟哲， 姜青松， 石亚梅， 高铭晶

（中天科技装备电缆有限公司，南通226010）

0 引 言

电线电缆的机械性能一直是行业内关注的热点，其决定电线电缆的安全使用寿命。 有研究表明，电缆材料的低温机械性能与辐照交联程度关联性较大［1-2］。 文献［3］介绍了不同热老化条件（热老化温度和热老化时间）对交联聚烯烃机车电缆料机械性能的影响，研究表明：相比135 ℃、168 h 热老化条件，120 ℃、240 h 热老化条件对交联聚烯烃机车电缆料的机械性能影响明显；120 ℃、240 h 热老化条件对交联聚烯烃机车电缆料的C—H 键破坏性更大，使材料紧密度下降，同时多处出现不规则孔洞。马芝森等［4］研究了不同抗氧化体系对辐照交联聚烯烃电缆料低温性能的影响，研究表明：采用防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（RD） ／4，4′-二辛基二苯胺（ODA）复配防老剂相比［4，4′-双（ α，α -二甲基苄基）二苯胺］（445） ／2-硫醇基苯骈咪唑锌盐（MBZ）复配防老剂配方电缆料辐照后低温性能更好，同时主要与445／MBZ 抗氧剂体系中存在MBZ 团聚点相关，同时该类型聚烯烃材料交联度越大低温性能越差。 孔令蜜［5］研究了不同抗氧剂对该体系热稳定性及电线电缆热寿命的影响，结果表明：硫代酚类抗氧剂300 明显优于其他抗氧剂，可以有效抑制聚乙烯（PE）／聚烯烃弹性体（POE）共聚材料的老化，延长电线电缆的使用寿命。 本工作考察了不同耐油条件对电缆性能的影响，并从微观结构上进一步研究耐油条件对电缆材料微观形貌的影响，并且通过比对发现，不同耐油条件对交联聚烯烃型电缆材料机械性能的影响存在明显差异。

1 试验部分

1.1 仪器与设备

AL-7000S 型拉力机；JN-DWX-70 型热老化试验箱；CL-1010 型测厚仪；JC-300 型线缆刨片机；MZ-4102 型冲片机；Is10 型傅里叶变换红外光谱仪；SU8200 型扫描电镜。

1.2 样品的制备

试验考察了不同油品条件（油品1＃和油品2＃）下对相同电缆样品进行耐IRM 902 油和IRM 903油后机械性能测试，选取同一根电缆（大截面），按GB／T 2951.11—2008 标准制成图1 所示的哑铃片，制取40 个哑铃试样，每组10 个试样品，分别浸泡在（100±2）℃的 IRM 902 油（油品 1＃和油品 2＃）中，72 h后取出样品（样品 1＃和样品 2＃）；分别浸泡在（70±2）℃ 的 IRM 903 油（油品 1＃和油品 2＃）中，168 h后取出样品（样品 1＃和样品 2＃）。 轻轻吸掉多余的油，并将试样悬挂在环境温度的空气中至少16 h，但不超过24 h，这一过程结束后，再从试样上轻轻吸去多余的油，并按GB／T 2951.11—2008 进行拉伸试验。

图1 按GB／T 2951.11—2008 制成哑铃片试样

2 结果与分析

2.1 耐油机械性能分析

样品 1＃和样品 2＃严格按 GB／T 2951.11—2008标准要求制备哑铃状样品进行拉伸性能试验，共计进行10 次测试，其测定结果分别见下表2 和表3。

表2 不同耐油条件下耐IRM 902 油测试结果

表3 不同耐油条件下耐IRM 903 油测试结果

样品 1＃及样品 2＃耐 IRM 902、IRM 903 油后拉伸强度及断裂伸长率变化分析图如图2、图3 所示。

图2 样品1＃及样品2＃耐 IRM 902 油后拉伸强度（a）及断裂伸长率（b）变化分析图

图3 样品1＃及样品2＃耐 IRM 903 油后拉伸强度（a）及断裂伸长率（b）变化分析图

由图 2（a）和图 2（b）可知：样品 1＃耐 IRM 902油后样品拉伸强度相比样品2＃偏大，样品1＃耐IRM 902 油后拉伸强度最大可达到10.1 MPa，样品2＃耐IRM 902 油后拉伸强度最大仅达到8.8 MPa。 同时对样品1＃和样品2＃耐IRM 902 油后断裂伸长率进行对比研究，样品1＃耐IRM 902 油后断裂伸长率较高，在样品1＃耐IRM 902 油后最小断裂伸长率相比样品2＃中最大断裂伸长率偏大2.2%。 样品1＃和样品2＃进行耐IRM 903 油后拉伸强度及断裂伸长率进行对比研究得到类似结论。 经分析出现上述可能的原因是样品1＃和样品2＃热老化程度不同从而造成其机械性能差异。

2.2 傅里叶红外光谱分析

通过傅里叶红外光谱分析仪（FTIR）从微观角度对比研究样品1＃和样品2＃耐IRM 902 油后光谱差异，对比图见图4。

图4 耐油后材料红外光谱分析对比图

由图4 可以看出：样品1＃和样品2＃耐 IRM 902油后红外光谱图相比耐油前的样品在2 925 cm-1和2 853 cm-1处出现两个明显烷基特征峰，可能的原因是样品 1＃和样品2＃中浸入 IRM 902 油，样品1＃和样品2＃中浸入IRM 902 油后膨胀，在2 925 cm-1和2 853 cm-1处—CH2特性峰增强。 比对样品1＃和样品 2＃在 2 925 cm-1和 2 853 cm-1处—CH2特性峰增强度发现，样品1＃中相比较弱，同时在样品1＃和样品2＃在1 614 cm-1处峰值相比耐油前样品明显降低，这可能的原因是材料中羰基官能团在耐油试验中存在热老化过程，从而不饱和官能团含量明显降低，进而造成机械性能的降低。 油侵入样品1＃相比样品2＃的能力较弱，从而对样品1＃材料内部链间的热老化影响较小，这也从侧面佐证了样品1＃机械性能高于样品2＃。

2.3 扫描电镜分析

通过扫描电镜（SEM）从微观角度对比了相同样品耐油前、样品 1＃耐 IRM 902 油后和样品2＃耐IRM 902 油后微观形貌，见图 5。 由图 5（a）、图5（b）及图 5（c）可知：耐油前和样品 1＃耐 IRM 902 油后在微观形貌上都很粗糙，但样品2＃耐IRM 902 油后微观形貌上很光滑，可能原因是样品2＃IRM 902 油浸入及腐蚀材料能力相比样品1＃耐IRM 902 油的能力更强，这也从侧面佐证了样品1＃耐IRM 902 油后机械性能优于样品2＃耐IRM 902 油后的机械性能。

图5 扫描电镜图

3 结 论

本工作研究了不同耐油条件对电缆材料机械性能的影响，并通过红外光谱分析仪（FTIR）和扫描电镜（SEM）证实机械性能分析的结论。

（1）不同耐油条件对电缆材料机械性能的影响存在差异。 在相同试验条件下对电缆材料进行耐IRM 902 油和IRM 903 油测试，其测试结果与油品选择相关；

（2）不同油品对电缆材料机械性能的影响差异明显，通过红外光谱分析可证实耐油试验中存在热老化过程，不同油侵入电缆材料能力不同，最终导致热老化程度不同，从而电缆材料耐油后的机械性能存在明显的差异；

（3）通过扫描电镜进一步证实不同油品对交联聚烯烃腐蚀能力不同，为最终选择油品厂家起到一定参考作用。