煤矿电缆用彩色氯化聚乙烯护套橡皮的性能研究

叶德智， 张 勇， 陈 卫， 杨建春

（特变电工股份有限公司新疆线缆厂，新疆昌吉831100）

煤矿电缆用彩色氯化聚乙烯护套橡皮的性能研究

叶德智， 张 勇， 陈 卫， 杨建春

（特变电工股份有限公司新疆线缆厂，新疆昌吉831100）

研究煤矿电缆用彩色护套橡皮的性能要求，通过对橡胶、硫化剂、稳定剂、补强剂、阻燃剂、增塑剂的选择，确定彩色氯化聚乙烯橡皮的基本配方，同时介绍了该橡皮的加工工艺。

氯化聚乙烯；配方；阻燃；彩色护套；加工工艺

0 引 言

氯化聚乙烯（CPE）是含氯量为30%～40%的弹性体，它除了具有原有的天然胶和丁苯胶的特性外，还具有优良的耐候性，耐热、耐臭氧、耐油、耐天然老化、耐电晕、耐化学溶剂，以及较高的阻燃性等诸多优点。另外，石油价格上升，导致氯丁橡胶价格居高不下，采用CPE取代氯丁橡胶，成本方面具有很大的优势。本文主要对煤矿电缆用彩色CPE护套橡皮的配方和性能进行研究。

1 试 验

1.1 试验原料

CPE 135B，杭州科利化工股份有限公司；氯化石蜡，陕西绿邦精细化工有限公司；环氧大豆油，青州市建邦化工有限公司；三氧化二锑（Sb2O3），益阳市恒昌锑白厂；沉淀法白炭黑，自贡市中皓化工有限公司；过氧化二异丙苯（DCP），上海高桥石化精细化工有限公司；异氰尿酸三烯丙酯（TAIC），黄岩浙东橡胶助剂有限公司；超细滑石粉，布尔津县喀纳斯矿业开发有限责任公司；复合阻燃剂，昆山许阳环保材料科技有限公司。

1.2 小样制备

配方试验：不同配方的原材料在开炼机上进行混炼，制成试片后，在平板硫化机上进行硫化，硫化条件为175℃、15 min。

工艺试验：密炼机混合，开炼机加硫。护套挤出在冷喂胶φ90连续硫化挤橡机上进行。

试样性能测试按GB 7594.7-1997和GB 2951-2002标准进行。

2 配方材料的选择

2.1 主料

考虑到煤矿电缆使用环境恶劣，要求护套必须具有优异的机械性能，抗撕强度和耐磨性能是煤矿电缆考虑的主要因素。我们选用CPE 135B作为橡皮的主料，CPE 135B门尼粘度在70～80之间，强度和伸长率也较高，市场采购也相对方便。

2.2 硫化体系

CPE配方硫化体系中硫化剂大体分为硫脲类、胺类和有机过氧化物三种。我们选用了硫脲类（NA-22）和过氧化物（DCP）进行了对比，结果见表1。

从表1中可以看出，采用NA-22作硫化剂时，用氧化铅比氧化镁的效果要好。虽然力学性能好，但是耐热老化性能不够理想，使用过氧化物硫化的CPE具有更好的耐热老化、抗压缩永久变形及耐油等特性。有机过氧化物硫化的机理是：首先有机过氧化物分解成游离基，夺取CPE分子链中的氢，生成CPE游离基，然后耦合交联，形成C-C键。

表1 硫化剂对CPE护套橡皮机械性能的影响

DCP份数对CPE的抗拉强度、伸长率、抗撕强度的性能影响见图1。

从图1中可以看出，随着DCP份数增加，抗拉强度达到一个最高值，随后开始下降，而伸长率和抗撕强度则会出现急剧下降的现象。当DCP用量增加时，体系的交联密度增加，形变时承受负荷的有效链的数量增加，而断裂前每一有效链能均匀承载，因而抗拉强度增大，并出现一个极大值，然后随交联密度的进一步增加，交联点和相对分子质量减小，不利于链段的热运动和应力传递；此外交联度过高时，有效网链数减小，网链不能均匀承载，易集中于局部网链上。这种承载的不均匀性，随交联密度的增大而加剧，因此交联密度过大时抗拉强度下降。

抗撕强度随着交联密度的增加，呈现一个缓慢的降低趋势，当抗拉强度超过最大值（有效链数最大）时，抗撕强度也会随DCP份数的增加显著降低。由此可见，欲获得较高的抗拉强度和抗撕强度，必须使交联密度适度，即交联剂的用量要适宜。

为了提高和改善CPE的硫化速度和硫化程度，常使用多功能的单体共硫化剂，例如异氰尿酸三烯丙酯（TAIC）、氰尿酸三烯丙酯（TAC）等。加入这些共硫化剂后，硫化胶的抗拉强度会显著提高，硫化速度也可以得到提高。一般采用DCP3.5份、TAIC4份，交联密度可达到较为理想的效果。

2.3 稳定剂

CPE常用的稳定剂主要是氧化镁、氧化铅、环氧酯类以及铅盐等材料。

在CPE配方中氧化镁的用量比较大，用来吸收加工和硫化过程中产生的氯化氢气体。CPE本身没有双键，也没有交联结构的点，完全靠过氧化物来交联，硫化时的高温使过氧化物分解产生游离基，夺取CPE长链分子上的氢而产生CPE游离基，在硫化助剂TAIC的帮助下，使两个大分子链的游离基连接起来，形成交联网状结构，从而使CPE橡胶硫化。因此，橡胶配方中不宜使用酸性配合剂，防止酸性配合剂对过氧化物的破坏而影响CPE橡胶的硫化。氧化镁本身有碱性，又是CPE橡胶十分重要的热稳定剂，氧化镁的品质将直接影响CPE硫化胶的性能。我们在制定CPE配方中选用氧化镁和硬脂酸钙作为CPE的稳定剂，避免铅盐对人体的伤害。

2.4 补强填充体系

CPE常采用高耐磨炭黑和半补强炭黑并用作为补强剂，但对于煤矿电缆用彩色护套来讲，采用上述两种炭黑，显然是不合适的，因而需要选用其他的补强材料。白炭黑的补强作用和炭黑相似，可以在彩色护套中作为补强材料使用。但需要注意的是，气相法白炭黑呈酸性，沉淀法白炭黑呈弱碱性。在酸性介质中，DCP分解产物为丙烯基苯、丙酮、苯酚和水，属于易挥发物质，不但不能进行硫化还严重起泡。另一方面，白炭黑的补强效果虽然明显，但是份数不宜过多，通常加入微粒径的滑石粉可以赋予胶料良好的挤出性能。建议采用沉淀法白炭黑和超细滑石粉作为CPE的补强填充剂。

2.5 软化体系

CPE在加工过程中，胶料和机械设备以及CPE内部分子间相互摩擦，会产生一定的热量，如果热量过大，会造成胶料粘辊甚至发生焦烧的现象，所以CPE通常加入一些增塑剂来降低门尼粘度。通常采用DOP、氯化石蜡、环氧酯等增塑剂，需要注意的是环氧酯既是稳定剂，也是增塑剂。在CPE中常采用环氧酯和其他增塑剂配合，其中环氧酯不超过5份。

2.6 阻燃剂

CPE本身具有一定的阻燃性能，但在生产过程中需要添加酯类，其阻燃性能降低了不少，煤矿电缆用护套需要添加其他阻燃材料来进行弥补。有机阻燃剂往往含有一定的毒性，已逐步被淘汰。常用的无机阻燃剂有三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁等材料，目前市场上也出现了多种复合阻燃剂，基本是上述三种材料的混合或加入硼酸锌等消烟物质，一些化工厂将其制成阻燃母料颗粒使用。本次试验中我们选择三氧化二锑作为主要阻燃剂，和氯化石蜡协同阻燃。

3 胶料的物理机械性能

3.1 物理机械性能

优化后胶料的物理机械性能见表2。

表2 混炼胶性能

3.2 混炼工艺

首先将粉状CPE在70～90℃开炼机上薄通4～5 min，混合成胶片，然后转运到密炼机投料口，再与粉状CPE混合，投入氯化石蜡、环氧酯、氧化镁，混合2～3 min之后，加入部分补强剂和阻燃剂，继续混炼之后加入剩余的配合剂。将物料温度控在100～108℃为宜，不高于120℃。混炼温度接近115℃之后，混炼2 min排料，然后在开炼机上加入硫化剂。

4 成品电缆护套性能

选择MYPT-6/10 kV 3×25+3×16/3 mm2橡套电缆进行试制，用特勒斯特φ60+φ120+φ90连续硫化生产设备。机身温度控制在70～85℃，模口温度控制在100～105℃，蒸汽压力为1.5 MPa。挤出后的成品表面光滑圆整。该电缆性能见表3。

表3 成品电缆护套性能

5 结束语

（1）研制的彩色CPE护套，性能完全满足MT 818.7-2009《额定电压6/10 kV及以下煤矿用移动金属屏蔽橡套软电缆》的要求，成品电缆的物理机械性能满足GB 7594.7-1987《电线电缆橡皮绝缘和护套》的标准要求。

（2）试制的彩色CPE橡皮可以用于电线电缆护套使用，达到了替代氯丁橡胶的目的，且成本低于氯丁橡胶。

［1］ 徐应麟主编.电线电缆手册（第二册）［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］ MT 818-2009 煤矿用电缆［S］.

［3］ GB 7594-1987 电线电缆绝缘橡皮和护套［S］.

［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］ 苏朝化，汤 峰，裴海燕.橡皮绝缘用氯化聚乙烯橡皮护套配方研究［J］.电线电缆，2008（6）：37-39.

［6］ 沈 梅，辛振祥.橡胶型氯化聚乙烯（CM135B）在船用电线电缆中的应用［J］.特种橡胶制品，2008（4）：19-22.

Research on the Performance of Color Chlorinated Polyethylene Rubber for M ine Cable

YE De-zhi，ZHANG Yong，CHENWei，YANG Jian-chun
（TBEA Apparatus Co.，Ltd.，Xinjiang Cable Company，Changji831100，China）

This paper aimed to research the performance requirements of color rubber sheathing formine cable.The recipe of color chlorinated polyethylene rubberwas determined based on the choice of rubber，vulcanizing agent，stabilizing agent，reinforcing agent，flame retardant and plasticizer.Meanwhile，this paper described the processing technology of color chlorinated polyethylene rubber.

chlorinated polyethylene；recipe；flame retardant；color sheath；processing technology

TM215.2

A

1672-6901（2014）06-0015-04

2014-03-26

叶德智（1975-），男，工程师.

作者地址：新疆昌吉市延安南路52号［831100］.