矿用电缆护套用氯化聚乙烯配方设计优化与应用

蒋 琪， 刘景光

（江苏中煤电缆有限公司，江苏宜兴214251）

矿用电缆护套用氯化聚乙烯配方设计优化与应用

蒋 琪， 刘景光

（江苏中煤电缆有限公司，江苏宜兴214251）

以氯化聚乙烯橡胶为基料，通过对配方中的过氧化物硫化体系配比、氧化镁的选择以及补强填充材料的配合等方面的优化，确定了最佳配方体系。实验结果表明：这种新组合适用于矿用电缆护套的生产，性能也符合相关标准要求，且能大幅度降低材料成本，改善加工性能。

氯化聚乙烯；硫化体系；氧化镁；补强填充

0 引 言

近年来，橡胶型氯化聚乙烯（CM）凭借其低成本、易着色和良好的加工安全性等优点，在橡套电缆上得到广泛应用［1-3］，已经取代氯丁橡胶和氯磺化聚乙烯胶成为矿用电缆橡皮护套的主要原材料。根据目前电缆行业中有关CM配方体系涉及材料的应用情况来看，过氧化物硫化体系、酸吸收剂（氧化镁）和填充补强剂的选择和用量对提高产品性能和降低配方成本起关键作用，本文从这三方面对CM配方的优化作进一步的探讨。

1 实验部分

1.1 基本配方

CM135B 100，过氧化二异丙苯（DCP）2.5～3.5，三聚异氰酸三烯酯（TAIC）3.0～5.0，MgO 8，填充补强剂95，增塑剂40，其他配合剂10。

1.2 试样制备

按配比将称量好的各组分材料搅拌后在80℃开炼机上混炼均匀，取样在180℃下测定橡皮硫化特性，混炼胶在170℃平板硫化仪上硫化20 min成片。试片室温下停放24 h后按相应国家标准进行性能测试。

2 配方体系优化

2.1 硫化体系

CM是一种饱和、无规结构的弹性体，分子主链不含双键，与仲碳原子相连的氯原子又不具备高反应活性，因此适用的硫化体系很少。目前实际生产中以过氧化物硫化体系为主，其中又以DCP应用最大［4-5］。相比较而言，DCP的市场价格较低、硫化速度较快，而且能明显提高硫化胶的耐热性。在过氧化物硫化体系中，加入适量TAIC可加快硫化速度，提高交联效率［6］，原因可能是硫化反应至一定阶段，橡胶与丙烯基的双键发生交联反应，形成活性剂桥键，能够进一步加速硫化反应［7］。

表1为过氧化物硫化体系DCP和TAIC不同配比的试验研究，从配方比较发现，当DCP含量分别为2.5份和3份时，TAIC含量从4份增加到5份，正硫化时间分别缩短18 s和16 s，相应的焦烧时间也略有减少；当TAIC含量为5份不变时，DCP用量从2.5份增加到3.5份，焦烧时间和正硫化时间分别缩短7 s和39 s。

表1 不同硫化体系比例对硫化特性和硫化胶性能影响

从配方1#、2#、3#发现，交联度呈先增后减的变化趋势，而配方4#、5#、6#则出现相反的变化，可见交联效率并未由于某一组分的增加而提高；但从配方1#、4#、6#中发现，若同时增加DCP和TAIC含量，交联度从0.97 N·m提高到1.78 N·m，增加了近一倍。上述判断可从表1中硫化胶的性能中得到印证，即将DCP的含量从2.5份增加到3.5份，同时TAIC含量从3.0份增加到5.0份，胶片变硬，抗张强度可提高1.5 MPa，相应的，硫化胶的断裂伸长率和抗撕强度分别下降了24%、22%。考虑到本配方应用于矿用电缆护套生产，从硫化速度、物理机械性能和成本综合来看，选择配方2#的硫化体系比例最佳，完全满足产品性能要求。

2.2 氧化镁的选择

氧化镁不仅影响橡胶的硫化速度，同时对改善物理机械性能起很大的作用［8］。CM在硫化过程中分解产生的氯化氢气体会抑制硫化，硫化胶变得类似海绵状充满孔隙，致使机械性能恶化，而氧化镁的加入能有效解决这一问题，高活性的氧化镁不仅是极佳的酸吸收剂，而且还能作为硫化促进剂和热稳定剂。一般选用轻质活性的氧化镁作为CM硫化助剂，本文在CM配方其他组分比例不变的情况下，选用不同厂家生产的氧化镁，比较其对硫化速度和硫化胶机械性能的影响。

表2为用四种不同轻质氧化镁制得混炼胶的硫化特性和硫化胶性能，表3是表2中四种轻质氧化镁的技术参数（其中氧化镁A为进口，氧化镁B、C、D均为国产），不同混炼胶的焦烧时间和正硫化时间基本一致，表明四种轻质氧化镁对橡胶硫化速度的影响无差异，但硫化胶的物理机械性能差别明显。从表2中可以看出，氧化镁A对提高硫化胶的抗张强度比其他三种氧化镁效果好，达到13.9 MPa，但相应的断裂伸长率和抗撕强度只有631%和9.3 N/mm2，同时硫化胶的硬度最大。氧化镁B、C制得的硫化胶的性能较为均衡，而氧化镁D对应的硫化胶强度低，硬度大。结合表2和表3可以判断氧化镁对硫化胶的影响不仅看其含量、活性（碘吸附值），还包括重金属含量、堆积密度等多方面，应结合试验值来选择合适的氧化镁。因此，从采购成本、橡皮柔软性等方面考虑，氧化镁B为最优。

表2 四种轻质氧化镁对硫化特性和硫化胶的影响

表3 四种轻质氧化镁主要性能指标

2.3 补强填充材料的配比

CM在矿用电缆上的应用促进了浅色补强填充材料的发展，最常用的有白炭黑、陶土、滑石粉和碳酸钙等。相比之下，白炭黑的粒径更细，比表面更大，可使硫化胶具备更高的抗张强度和耐磨性，但是白炭黑的表面极性和亲水性降低了与橡胶的相容性，大量添加会明显提高门尼粘度，加大螺杆挤出难度［9］，同时其酸性特征会消耗过氧化物，不利于橡胶硫化，因此选用适量即可［10］。为进一步降低成本，最有效的办法是填充一定量的陶土等填料，表4比较了不同填料对硫化胶性能的影响。

表4 不同填料对硫化胶性能的影响

从表4中各补强填充体系下硫化胶性能测试结果来看，碳酸钙的补强性能最差，滑石粉的加入能改善胶料的粘辊现象，硫化胶挺性好，但硬度明显增加。陶土作为具有一定补强效果的填充材料，配合白炭黑和滑石粉，使硫化胶性能更优，而且从表中比较发现，陶土2#比1#的物理机械性能好，添加25份陶土2#即可满足产品性能要求。

3 成品电缆护套性能

根据上述配方体系优化，确定配方如下：CM135B 100，DCP 2.5，TAIC 4.0，MgO 8，白炭黑20，陶土2#25，滑石粉50，增塑剂40，其他配合剂10。试制型号MYP-0.66/1.14kV 3×50+1×16电缆外护套，挤出外径合格，表面光滑，断面无气孔，该电缆护套性能见表5，完全符合MT818-2009及相关标准对产品性能的要求。

表5 成品电缆护套性能

4 结束语

CM作为一种电缆用材料，凭借其优异的综合性能，在采矿、船舶、风能、汽车等领域得到广泛应用，通过对配方体系中硫化剂、吸酸剂（氧化镁）和补强填充材料的选材、配比等进行优化，降低配方材料成本，改善产品外观质量。同时生产的成品电缆的护套性能完全满足相关标准的要求。

［1］ 木通口秀臣著，林孔勇摘译.氯化聚乙烯（二）［J］.橡胶译丛，1996（5）：371-376.

［2］ 王金银，彭立新.氯化聚乙烯在线缆行业中的应用［J］.橡胶工业，2002，49（4）：222-224.

［3］ 田小艳，王 波，杨金明.橡胶型氯化聚乙烯在电缆料行业的开发及应用［J］.广州化工，2012，40（17）：12-14.

［4］ 王文军，肖 刚.煤矿用电缆氯化聚乙烯护套抗撕裂性能研究［J］.电线电缆，2009（5）：21-23.

［5］ 陈之东，石 超，陆荣荣，等.氯化聚乙烯矿用电缆补强填充体系和硫化体系的研究［J］.青岛科技大学学报（自然科学版），2008，29（1）：53-56.

［6］ 黄明璐，唐 伟.橡胶型氯化聚乙烯硫化体系的研究［J］.特种橡胶制品，2007，28（6）：30-33.

［7］ Murgic Z H，Jelencic J，Murgic L.Mechanism of triallylcyanurate as a coagent in EPDM peroxide vulcanization［J］.Polymer Engineering and Science，1998，38（4）：689-692.

［8］ 黄明璐，穆喜伟，孙鸣剑，等.镁系酸吸收剂对氯化聚乙烯橡胶性能的影响［J］.弹性体，2007，17（3）：56-59.

［9］ 沈 梅，聂 军，张振秀，等.氯化聚乙烯橡胶CM135B补强填充体系的研究［J］.特种橡胶制品，2004，25（5）：17-19.

［10］ 山下晋三，金子東助著，纪奎江等，译.交联剂手册［M］.北京：化学工业出版社，1990.23.

The Formula Design Optim ization and App lication of the Chlorinated Polyethylene for M ining Industry Cable Sheath

JIANG Qi，LIU Jing-guang
（Jiangsu Zhongmei Cable Co.，Ltd.，Yixing 214251，China）

Using chlorinated polyethylene as the basic polymer，the rubber sheath formula，which was influenced mainly by peroxide curing system，magnesium oxide，and reinforcing filler component，has been optimized.The tests result showed that this formula was applicable tomining industry cable sheath production，not only satisfied the performance and processing requirements，but also greatly reduced the cost ofmaterials.

chlorinated polyethylene；curing system；magnesium oxide；reinforcing filler

TM215.2

A

1672-6901（2014）06-0012-03

2014-05-07

蒋 琪（1986-），男，助理工程师.

作者地址：江苏宜兴市官林工业园C区［214251］.