纳矽利在氯化聚乙烯橡胶胶料中的补强效果研究

徐明球，周健涛

（广东华声电器实业有限公司，广东 佛山 528306）

橡胶补强填料具有补强和扩容作用，可以显著提高胶料的力学性能和耐老化性能，常见的补强填料有炭黑、白炭黑、硅酸盐、陶土、碳酸钙、滑石粉、硅铝等。在胶料配方设计时，要根据胶料的性能要求选择合适的补强填料[1-19]。

纳矽利是应用于橡塑工业的浅色环保无机补强填料，为半化学合成的层状结晶硅酸盐，是以天然含硅矿物材料为基础，经矿石粉碎、选矿、化学分解、晶体可控生长、膜分离、喷雾干燥处理而制得的纳米级粉末状材料。纳矽利具有微观结构规整、粒径分布窄、稳定性和分散性好、有一定的协同助燃作用等特点，其补强胶料的门尼粘度低，易挤出，且外表细腻光滑，有一定绝缘性，因此纳矽利广泛应用于电线电缆、胶管、密封条、胶带、轮胎等胶料中。

本工作研究纳矽利在氯化聚乙烯橡胶（CM）胶料中的补强效果，并与其他补强填料（炭黑N330、炭黑N550、白炭黑、高岭土、滑石粉和碳酸钙）进行对比。

1 实验

1.1 主要原材料

CM8000，杭州科利化工股份有限公司产品；纳矽利，上海予诺化工有限公司产品；炭黑N330和N550，广州克郎化工科技有限公司产品；白炭黑ZQ-602，湖南株洲兴隆新材料有限公司产品；锻烧高岭土AT-01，茂名凡士高高岭土有限公司产品；超细滑石粉CMS777，合山化工（辽宁）有限公司产品；重质碳酸钙CC-2500，江西广源化工有限责任公司产品；轻质活性氧化镁，艾弗尔化工有限公司产品；对苯二甲酸二辛酯（DOTP），珠海联成化学工业有限公司产品；双叔丁基过氧化二异丙基苯（BIPB）96，广州科尔森化工有限公司产品；三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC），浏阳市有机化工有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

75 L密炼机，大连华韩橡塑机械有限公司产品；SK-160B型开炼机，上海橡胶机械一厂有限公司产品；25型平板硫化仪，上海华雄机械有限公司产品；M200E型橡胶门尼粘度仪，北京友深电子仪器有限公司产品；401B型热老化箱，南通宏大实验仪器有限公司产品；JSL-2500N型电子拉力试验机，江都市精艺试验机械有限公司产品；YH-8802A型电线屈挠试验机，辽宁科瑞德电缆有限公司产品。

1.3 试样制备

胶料分2段混炼。一段混炼在密炼机中进行，先加入CM、小料和80%补强填料，80 ℃时加入硫化体系，100 ℃时排胶。二段混炼在开炼机上进行，取7份相同质量的一段混炼胶在开炼机上返炼，辊温为75 ℃时加入剩余20%补强填料，2 min加完后再混炼5 min，下片。

胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为160℃×8 min。

1.4 性能测试

胶料性能按相应国家标准测试。

2 结果与讨论

2.1 不同用量纳矽利补强CM胶料

不同用量纳矽利补强CM胶料的配方见表1。

表1 不同用量纳矽利补强CM胶料的配方 份Tab.1 Formulas of CM compounds reinforced with different dosages of Nasili phr

不同用量纳矽利补强CM胶料的性能见表2。

从表2可以看出：随着纳矽利用量的增大，胶料的邵尔A型硬度和100%定伸应力逐渐增大，拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度先增大后减小；当纳矽利用量为60份时，胶料的综合性能较好。

表2 不同用量纳矽利补强CM胶料的性能Tab.2 Properties of CM compounds reinforced with different dosages of Nasili

2.2 不同补强填料补强CM胶料

不同补强填料补强CM胶料的配方见表3。

表3 不同补强填料补强CM胶料配方 份Tab.3 Formulas of CM compounds reinforced with different reinforcing fillers phr

不同补强填料补强CM胶料的性能见表4。

从表4可以看出，炭黑N330、炭黑N550和白炭黑补强胶料的综合性能较好，纳矽利补强胶料的拉伸强度与滑石粉补强胶料相近，大于高岭土和碳酸钙补强胶料，而拉断伸长率较大。

表4 不同补强填料补强CM胶料的性能Tab.4 Properties of CM compounds reinforced with different reinforcing fillers

2.3 纳矽利在电缆护套胶料中的应用

采用辐照硫化工艺代替传统连续硫化工艺生产YZW型电缆护套（规格为YZW 4×1.0 mm2）。纳矽利用于电缆护套的胶料配方如表5所示，电缆护套的性能如表6所示。

表5 纳矽利用于电缆护套的胶料配方 份Tab.5 Formulas of cable jacket compounds using Nasili phr

从表6可以看出，用部分纳矽利代替炭黑后，可以增大电缆护套的拉断伸长率，且热空气老化电缆护套仍保持较高的拉断伸长率。

表6 电缆护套的性能Tab.6 Properties of cable jacket

电缆护套胶料混炼时，炭黑N550作为补强填料，其易飞扬，导致车间工作环境差，用纳矽利部分代替炭黑N550，车间工作环境明显改善，且纳矽利单价较炭黑N550低，可以降低胶料成本。目前炭黑N550和纳矽利以7/5和5/7的两种并用比用于CPE电缆护套胶料中。

测试得出，采用纳矽利部分替代炭黑N550（炭黑N550/纳矽利并用比为7/5）制备的YZW型电缆护套的拉伸强度略小，拉断伸长率明显增大，综合性能较好，满足GB/T 5013—2008要求。

3 结论

（1）纳矽利用量为60份时，CM胶料具有较好的综合性能。

（2）纳矽利的补强效果略差于炭黑N330、炭黑N550和白炭黑，好于高岭土和碳酸钙，但纳矽利补强胶料的拉断伸长率较大。

（3）采用纳矽利部分替代炭黑N550（炭黑N550/纳矽利并用比为7/5）制备的YZW型电缆护套各项性能较好（达到国家标准要求），同时改善了炼胶工作环境，降低了胶料的生产成本。