耐低温CPE/EPDM护套配方研究

2012-09-28尚德义王启丰

电线电缆 2012年2期

尚德义，王启丰，王强，潘龙

(青岛华光电缆有限公司，山东胶州266300)

0 引言

风力发电作为一种绿色、环保的新能源，越来越受到人们的重视。近年来，风电行业在世界范围内的迅速发展对风力发电用电缆提出了要求。风力发电用电缆主要用于风机的连接线，多用在气候条件较为恶劣的地区，冬季气候寒冷且昼夜温差大，因此风力发电用电缆必须满足环境温度为－45～50℃，运行温度为－40～50℃的使用条件。低温环境对电缆的使用寿命影响非常大，所以要求电缆护套材料具有优良的耐低温性能。因此，耐低温电缆护套配方的研究具有重要意义。

1 实验部分

1.1 主要原材料

CM135(氯化聚乙烯)粉状，山东青岛海晶化工集团公司;三元乙丙橡胶(EPDM)，上海怡创化工有限公司;过氧化二异丙苯(DCP)，中国石化集团经营管理有限公司上海高桥分公司;氧化镁，邢台市镁神化工有限公司;钙锌稳定剂，青岛新材料科技工业园发展有限公司;助交联剂TAIC，华星(宿迁)化学有限公司;石蜡，抚顺东科蜡业有限公司;三氧化二锑，云南木利锑业有限公司;白炭黑，淄博市特丽莱化工有限公司;滑石粉，山东省平度市化石矿业有限公司;轻质碳酸钙，淄博鑫桥化工有限公司;高岭土，焦作市同兴化工有限公司。

CM135B的主要性能指标如下:氯质量分数0.34～0.36;残余结晶质量分数≤0.22;门尼粘度ML1+4，125℃，63 ～73;纯胶拉伸强度≥8 MPa;纯胶断裂伸长率≥800%;热分解温度＞165℃。

1.2 测试方法

试样性能测试按 GB/T 2951—2008、TICW/01—2009标准进行。

2 结果与讨论

2.1 主体材料的选择

氯化聚乙烯(CPE)的耐寒性由氯化率和残余结晶度决定。氯化率在30% ～40%时CPE的玻璃化转变温度低，分子链柔顺性好，CPE为橡胶型。残余结晶度主要是用来表征氯化均匀度和产品类型。残留结晶多的产品，氯的加成及分布呈嵌段型不均匀，其制品一般为硬制品;残留结晶少的产品，氯的加成及分布比较均匀，其制品为软制品。实践应用证明，氯化率在35%时CPE的残余结晶度最低，表现出良好的耐寒性，在－30℃仍有柔软性。但CPE有类似热塑性树脂的性质，且分子极性强，加工性能差，因此，为进一步提高硫化胶的低温冲击和耐扭曲性能，将CPE和一定量的含乙烯量较低的EPDM橡胶并用。EPDM橡胶具有优良的低温性能，长期使用时的最低极限温度为－50℃或更低，同时具有优异的耐候性、耐热氧老化性、耐化学稳定性及良好的冲击弹性。故选CPE、EPDM作为主体材料进行研究和试验。

在CPE中并用一定的EPDM有助于提高硫化胶的断裂伸长率、耐寒性等，但同时会使硫化胶的强度下降，故选择合造的并用比至关重要。表1是不同配比的CPE/EPDM性能比较。

表1 不同配比的CPE/EPDM性能比较

从表1中可以看出，2号的综合性能是所有配方中最好的，所以选择2号试验配比。

2.2 硫化体系的选择

CPE和EPDM两者具有共硫化特性，都可用过氧化物硫化。过氧化物硫化可使硫化胶有更好的耐寒性，因为过氧化物硫化胶的体积膨胀系数较大，链段活动的自由空间大，有利于玻璃化温度降低。另外，过氧化物硫化时形成牢固的、短小的—C—C—交联键，发生形变时，要克服的分子间作用力小，所以过氧化物硫化胶的耐寒性较好。通常使用的过氧化物为DCP。采用DCP作为硫化剂时，易发生裂解、歧化等副反应，为抑制断裂反应，可添加具有官能团的共硫化剂。共硫化剂可以有效地抑制聚合物自由基的歧化和裂解，提高交联密度，同时还可以改善硫化胶的耐热性等。以TAC、TAIC共硫化效果较好，本实验中选用TAIC作共硫化剂。

2.3 防护体系的选择

CPE和EPDM均为饱和结构高聚物，具有良好的耐热老化性和耐臭氧性，但在管道硫化过程中，管道内200℃以上的高温使CPE极易分解产生HCl，故选择活性氧化镁和钙锌稳定剂一同加入，可获得良好的防护效果。电缆产品在户外长期受热氧老化作用，易老化降解。对CPE、EPDM而言，防老剂RD(2，2，4-三甲基-1，2-二羟基喹啉聚合物) 对热、氧、臭氧、屈挠疲劳老化和天候老化有显著的防护效果，同时对交联的影响较小，故选RD为防老剂。

2.4 补强填充体系的选择

CPE是一种非自补强性橡胶，需有补强体系才能达到较好的强度。其补强填充体系与通用橡胶相似，补强剂以炭黑、白炭黑为主，炭黑具有良好的补强效果，可使胶料的强度有较大的提高，但会使胶料的门尼粘度上升，因此，需要酌量使用。白炭黑能提高CPE的抗撕裂性，用量不大时即有显著效果。CPE和EPDM都具有高填充性，填充体系主要有碳酸钙、滑石粉、陶土等。碳酸钙有一定的补强作用，但碳酸钙有一定的吸水性，不宜用量过大。滑石粉可以使胶料具有较好的挺性，减小压缩变形。陶土能够改善混炼胶的挤出工艺性能，但陶土呈微酸性，会与过氧化物产生离子型化学反应，降低硫化剂的硫化效率，因此用量不宜过多。

2.5 软化剂的选择

软化剂的加入能够增大橡胶分子之间的距离，减少分子之间的作用力，并产生润滑作用，使分子链之间容易滑动，同时也增加了橡胶大分子的柔顺性。软化剂是影响硫化胶耐寒性能最重要的配合剂之一，它的配合能够大大地提高硫化胶的耐寒性，同时也能改善胶料的流动性和加工性。耐寒性橡胶中常用的软化体系有邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸二辛酯(DOS)、己二酸二辛酯(DOA)以及这几种软化剂的并用，不同软化体系对胶料性能的影响比较结果见表2。

表2 不同软化体系对胶料性能的影响

由表2可知，软化剂的种类对胶料的低温耐寒性有很大影响，DBP、DOA和DOS三种软化剂均具有较低的脆性温度。

2.6 其他配合体系的选择

加入一定量的石蜡可在一定程度上改善胶料的加工性能，提高混炼胶的流动性，降低挤出压力。加入适量的硅偶联剂，可以增强填料与橡胶的界面作用力，增加两相的相容性，改进硫化胶的物理性能。常用的偶联剂有硅烷偶联剂、钛酸偶联剂等，一般选用硅烷偶联剂。另外为了提高硫化胶的阻燃性能，选择添加与CPE有协同作用的三氧化二锑为阻燃剂。