氯丁橡胶电击穿性能的影响因素研究

吴力佳 袁睿 袁建安

氯丁橡胶电击穿性能的影响因素研究

吴力佳1袁睿2袁建安1

（1天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）（2天津四十二站检测技术有限公司，天津，300384）

本文以非硫调型氯丁橡胶为主体材料，研究了不同牌号炭黑及用量和不同种类无机填料及用量对电击穿性能的影响。通过对硫化橡胶击穿电压强度的测试，得出炭黑的不同牌号对击穿电压强度影响较小，炭黑的用量对击穿电压强度影响较大，且炭黑用量越多击穿电压强度越小，无机填料的种类及用量均对击穿电压强度影响不大。

氯丁橡胶；炭黑；无机填料；击穿电压强度

前言

氯丁橡胶（CR）是由2-氯-1,3-丁二烯聚合而成的一种高分子合成橡胶，具有良好的物理机械性能、耐天候老化性能、耐热、耐臭氧、耐化学试剂及阻燃性能等。氯丁橡胶分为硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶。非硫调型氯丁橡胶指在聚合过程中不用硫磺和秋兰姆作为调节剂，而使用硫醇类化合物作调节剂的氯丁二烯聚合物，贮存稳定性好，混炼胶不易焦烧，加工安全性好。由于氯丁橡胶是极性橡胶，主要用于低压电缆护套、电线包皮、换能器插拔件等，具有良好的耐候、耐水、耐燃、耐臭氧、耐屈挠性能，可用于炎炎烈日下，亦可用于深海环境中[1-3,6]。

炭黑是橡胶工业的主要补强填充剂，炭黑常见按型号有N-110、N-115、N-220、N-234、N-330、N-326、N-339、N-375、N-550、N-539、N-660、N-774、N-880、N-990等，其中最常用的有N-330、N-550、N-660、N-774、N-990。无机填料是橡胶工业的常见填充剂，在橡胶中主要用于降低成本和改善工艺性能，主要分为三大类，硅酸盐类、碳酸盐类、硫酸盐类，本文主要对比了高岭土、轻质碳酸钙、滑石粉、白炭黑作为无机填料对氯丁橡胶电击穿性能的影响[1-3,5]。

击穿电压强度是材料在电场作用下，避免被击穿所能承受最高的电场强度，通常用击穿电压值与试样厚度的比值表示[4]，单位kV/m。氯丁橡胶在电缆护套、电线包皮、换能器插拔件应用时，击穿电压强度是很重要的一项表征指标。

本文主要研究了不同牌号炭黑及用量和不同种类无机填料及用量对电击穿性能的影响，确定影响氯丁橡胶电击穿性能的主要因素。

1 试验部分

1.1 实验原料

氯丁橡胶232，山西霍家长化合成橡胶有限公司；炭黑N-330、炭黑N-550、炭黑N-660、炭黑N-774，美国卡博特公司；炭黑N-990，天津正宁新材料科技有限公司；高岭土，中国高岭土有限公司；滑石粉，辽宁海城矿业有限公司；轻质碳酸钙，唐山天盈化工有限责任公司；云母粉，天津市燕东矿产加工厂；氧化锌、氧化镁、硬脂酸、操作油、防老剂A、促进剂ETU等均为市售工业产品。

1.2 实验设备

6寸开炼机，上海第二机床修理厂；平板硫化机，上海西玛伟利橡塑机械有限公司；电压击穿试验仪，北京中航时代仪器设备有限公司；电子分析天平，美国奥豪斯公司。

1.3 试样制备

基础配方1：氯丁橡胶232 100份，氧化锌 5份，氧化镁 4份，硬脂酸 1份，防老剂A 2份，炭黑 30份，邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份。

基础配方2：氯丁橡胶232 100份，氧化锌 5份，氧化镁 4份，硬脂酸 1份，防老剂A 2份，炭黑550 变量，邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份。

基础配方3：氯丁橡胶232 100份，氧化锌 5份，氧化镁 4份，硬脂酸 1份，防老剂A 1份，炭黑550 30份，邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份，无机填料 30份。

基础配方4：氯丁橡胶232 100份，氧化锌 5份，氧化镁 4份，硬脂酸 1份，防老剂A 1份，炭黑550 30份，邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 5份，高岭土变量。

开炼机塑炼氯丁橡胶，薄通3遍；首先加入氧化镁，再加入硬脂酸、防老剂，再加入填料和操作油，薄通3遍，最后加入氧化锌，促进剂ETU，薄通3遍下片，停放16小时以上，返炼出片，用平板硫化机硫化300mm×300mm×1mm试片，硫化条件：140℃×20MPa×25min。

1.4 性能测试

击穿电压强度：按照GB/T 1695-2005进行[4]。

2 结果与讨论

2.1 不同牌号炭黑对氯丁橡胶电击穿性能的影响

本实验对比了炭黑N-330、炭黑N-550、炭黑N-660、炭黑N-774和炭黑N-990对氯丁橡胶电击穿性能的影响，仅改变炭黑牌号，采用基础配方1配料混炼，表2-1给出了不同牌号炭黑对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度，图2-1是不同牌号炭黑对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度的柱状图。从表2-1和图2-1可以看到击穿电压N-774=N-990＞N-660=N-550=N-330，击穿电压强度N-774＞N-990＞N-660＞N-550＞N-330，但总体差别不太，基本属于同一水平。

表2-1 不同牌号炭黑对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度

图2-1 不同牌号炭黑对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度柱状图

2.2 炭黑用量对氯丁橡胶电击穿性能的影响

本实验采用基础配方2配料混炼，仅改变炭黑N-550的用量，研究炭黑用量对氯丁橡胶电击穿性能的影响，表2-2给出了炭黑N-550用量分别为10份、20份、30份、40份对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度，图2-2是炭黑N-550用量分别为10份、20份、30份、40份对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度的柱状图。从表2-2和图2-2可以看到击穿电压和击穿电压强度随炭黑N-550用量增大而下降，而且下降较为明显，因此炭黑的用量，对击穿电压和击穿电压强度影响明显，可以作为影响氯丁橡胶电击穿性能的主要因素之一。

表2-2 炭黑N-550不同用量对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度

表2-2 炭黑N-550不同用量对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度柱状图

2.3 不同种类无机填料对氯丁橡胶电击穿性能的影响

本实验对比了高岭土、轻质碳酸钙、滑石粉、白炭黑对氯丁橡胶电击穿性能的影响，仅改变无机填料种类，采用基础配方3配料混炼。表2-3给出了不同种类无机填料对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度，图2-3是不同种类无机填料对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度的柱状图。从表2-3和图2-3可以看到击穿电压高岭土=白炭黑＞轻钙=滑石粉，击穿电压强度高岭土=白炭黑＞轻钙＞滑石粉，总体而言，高岭土和白炭黑的电击穿性能略优于轻钙和滑石粉，但差别不太，基本属于同一水平。

表2-3 不同种类无机填料对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度

表2-3 不同种类无机填料对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度柱状图

2.4 无机填料用量对氯丁橡胶电击穿性能的影响

本实验采用基础配方4配料混炼，仅改变高岭土的用量，研究无机填料用量对氯丁橡胶电击穿性能的影响，表2-4给出了高岭土用量分别为10份、20份、30份、40份对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度，图2-4是高岭土用量分别为10份、20份、30份、40份对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度的柱状图。从表2-4和图2-4可以得出增加无机物用量可提高击穿电压，但在一定范围内影响不明显。

表2-4 高岭土不同用量对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度

表2-4 高岭土不同用量对应混炼胶的击穿电压及击穿电压强度柱状图

3 结论

（1）不同牌号炭黑对氯丁橡胶的电击穿性能影响不大，炭黑的用量对氯丁橡胶的电击穿性能影响较大，且击穿电压和击穿电压强度随炭黑用量增大而下降。

（2）无机物的种类和用量对氯丁橡胶的电击穿性能均影响不大。

[1] 谢遂志，刘登祥，周鸣峦. 橡胶工业手册·第一分册[M]. 修订版. 北京：化学工业出版社，1993.6.

[2] 王梦蛟，龚怀耀，薛广智. 橡胶工业手册·第二分册[M]. 修订版. 北京：化学工业出版社，1993.6.

[3] 杨清芝，实用橡胶工艺学[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

[4] GB/T 1695-2005, 硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法[S].

[5] 林广义,井源,李天涯,等.不同牌号炭黑及混炼工艺对氯丁橡胶性能的影响[J].弹性体,2018,28(06):48-53.

[6] 刘娜,邹华,赵秀英,等.深海电缆护套用橡胶材料的性能研究[J].橡胶工业,2020,67(04):267-271.