阻燃型CPE/EPDM电缆母料研制

王波 汤粤豫 杨金明

(陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安,710054)

阻燃型CPE/EPDM电缆母料研制

王波 汤粤豫 杨金明

(陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安,710054)

以氯化聚乙烯/三元乙丙橡胶(CPE/EPDM)作为电缆料的原料，以过氧化二异丙苯(DCP)/三烯丙基氰尿酸酯(TAIC)为硫化剂，白炭黑为补强剂，Al(OH)3和Mg(OH)2作为阻燃剂，并配以适量的增塑剂、稳定剂和防老剂，制备阻燃绝缘电缆料。经测试，电缆料的体积电阻率可达到8.843×1014Ω·cm，击穿强度为36.5 kV/mm，断裂伸长率为230%，拉伸强度为3.88 MPa。各项指标达到要求，性能满足电缆料需要。

氯化聚乙烯 三元乙丙橡胶 电缆料 阻燃

氯化聚乙烯(CPE)具有优良的柔韧性、耐热老化性、耐候性和耐臭氧性等优点,而且分子结构中含有相当比例的氯元素，所以又具有良好的耐油、耐化学药品和阻燃性，其综合性能介于氯丁橡胶和氯磺化聚乙烯之间。尤其CPE具有在潮湿条件下绝缘电阻高、介电常数稳定等特性，是制备电缆护套的理想材料。

下面主要探讨了硫化体系、补强剂及阻燃剂等的选用对共混物性能的影响，确定优化配方，在满足加工工艺、尽量节省成本的情况下，通过改性CPE/EPDM(三元乙丙橡胶)共混制备阻燃型电缆胶料，技术指标达到要求，可替代进口CPE电缆料。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

CPE，牌号135B(含氯量为35%)，潍坊亚星化学股份有限公司；EPDM，牌号EP51,日本合成橡胶株式会社；过氧化二异丙苯(DCP)，天津科密欧化学试剂有限公司；三烯丙基氰尿酸酯(TAIC)，湖南浏阳化工厂；白炭黑，N539，上海立事化工实业公司。

Φ160×320型开炼机,无锡市橡胶塑料机械厂；QLB-D350×350×2C型平板硫化机,上海西玛伟力橡塑机械有限公司；2500 N材料试验机,江苏省江都市试验机械厂；HST-50D型热空气老化箱,晨辉电器有限公司；YDY-1型氧弹(空气弹)老化实验仪，呼和浩特市机电研究所。

1．2 基本配方

胶料配方(质量份)：CPE 70份，EPDM 30份，DCP 4份，TAIC 2.5份，白炭黑 10份，Mg(OH)22.5份，Al(OH)322.5份，抗氧剂2份，邻苯二甲酸二辛酯(DOP) 5份。

1.3 制备工艺

将CPE与EPDM在150 ℃下使用开炼机热炼，加入防老剂、稳定剂、阻燃剂、补强剂、增塑剂等各种填料，然后用平板硫化机硫化试样。硫化后常温放置24 h以上，进行力学和电学性能等各项测试。

2 结果与讨论

2.1 主体材料的选择

CPE物理性能和加工性能良好，但电性能较差。而EPDM是一种无定型、非结晶性、低不饱和度的橡胶，具有良好的电绝缘性，而且耐候性、耐臭氧性、耐疲劳等性能突出；并且与树脂相容性好，具有很高的填充性，可大量填充以降低成本[1]。当把CPE与EPDM并用后，不仅电性能得到改善，而且胶料的挤出压力也较小，因此采取CPE/EPDM并用作主体材料。

共混体系中其他组分按照基本配方不变， EPDM含量对胶料力学性能和电性能的影响如表1、表2所示。

由表1可以看出，混合胶料的拉伸强度和断裂伸长率均随着EPDM量的增加而减小。由表2可以看出，随着EPDM含量的增大，胶料的体积电阻率、介电常数和击穿强度都表现出增大趋势，介质损耗因数减小。综合考虑性能、成本和生产效率等因素，确定CPE/EPDM的并用质量份为70份和30份较好。

2.2 硫化体系的选择

分别对DCP/TAIC、噻唑类衍生物(TDD)/胺类促进剂(NC) 2种体系进行对比以选择合适的硫化体系。

2.2.1 硫化体系特性对比

2种硫化体系对共混胶焦烧时间及正硫化时间的影响见表3。

注：ts1为最小转矩上升1个单位时间，t10为焦烧时间，t90为工艺正硫化时间。

从表3可看出，采用TDD/NC硫化体系共混胶的硫化起步时间约在102 s左右，而使用DCP/TAIC硫化体系共混胶的硫化起步时间较长，约在148 s。DCP/TAIC硫化体系共混胶的焦烧时间较长，大于120 s，操作安全性好，而TDD/NC硫化体系共混胶的焦烧时间只有75 s。从表3还可以看出，不同硫化体系对t90的影响较小，DCP/TAIC与TDD/NC硫化体系的硫化速度差不多，正硫化时间都在28 min左右。

2.2.2 硫化体系对胶料力学性能的影响

硫化体系对共混胶力学性能的影响见表4。

由表4可以看出，使用TDD/NC硫化体系共混胶的拉伸强度和断裂伸长率明显优于DCP/TAIC体系的，而使用DCP/TAIC硫化体系的共混胶的压缩永久变形相对较小，说明抗压缩永久变形能力较好。因此，综合考虑各种因素，选定DCP/TAIC作为本体系的硫化体系，在CPE/EPDM用量为70/30时，确定其用量分别为DCP4份，TAIC 2.5份。

2.3 阻燃剂对CPE/EPDM电缆料性能的影响

CPE/EPDM作为电线电缆胶料使用，还需要加入阻燃剂以提高其阻燃性和自熄性。通常橡胶材料中常用的阻燃剂为无机阻燃剂Al(OH)3和Mg(OH)2等，胶料阻燃性的大小一般用氧指数来衡量。保持胶料中CPE/EPDM加入量分别为70份和30份，其他组分用量不变，阻燃剂Al(OH)3和Mg(OH)2对胶料阻燃性能的影响如表5所示。

由表5可以看出，当体系中只添加Al(OH)3时，随着Al(OH)3份数的增加，胶料的硬度和氧指数一直呈现上升趋势，拉伸强度在其用量为17.5份时达到最大值，但其断裂伸长率的变化趋势则不是很规律。

当体系中只添加Mg(OH)2时，随着Mg(OH)2用量的增加，胶料硬度和氧指数呈小幅度上升趋势，拉伸强度在2.5份时出现峰值，其变化规律呈现降低的趋势。断裂伸长率的变化则没有规律，呈波动曲线形式。综合考虑我们选定2.5份作为Mg(OH)2的添加量。

当确定Mg(OH)22.5份不变与Al(OH)3进行配比试验，把Al(OH)3从27.5份开始降低，表5可见混合胶料的氧指数呈缓慢下降趋势，硬度、拉伸强度和断裂伸长率的变化都没有很明显的规律。但当Al(OH)3/Mg(OH)2份数配比在22.5/2.5时，硬度、拉伸强度和断裂伸长率都出现最大值。又根据橡胶电缆料要求，同时也考虑实际生产原料用量的成本，该试验选择以Al(OH)3/Mg(OH)2质量份之比选取22.5/2.5添加量作为最佳添加量。

2.4 补强剂的选择

为降低成本、改善混炼工艺和挤出性能等，需添加填充剂[2]。而白炭黑具有非常好的补强效果，可提高胶料的强度。有资料显示，在EPDM中，若使用白炭黑作为填料，最多可用到25份，而且胶料的电性能也不会发生明显下降[3]。综合考虑，试验选用白炭黑用量为10份。

白炭黑用量对胶料性能的影响如表6所示。

注：“/”前为未老化的数据，“/”后为老化后的数据。

从表6可以看出，随着白炭黑用量的增加，胶料的硬度逐渐增加。当白炭黑增加到25份时，其硬度和拉伸强度均达到最大值, 但是其断裂伸长率几乎是最小值。这是由于白炭黑用量过大，导致相容性变差，不能完全混合均匀，从而导致其断裂伸长率的降低。而且耐老化性能也不好。因此，综合硬度、拉伸强度、扯断伸长率和热老化后的性能，选择补强剂白炭黑的用量以10份为宜。

2.5 其他填料的选择

选用DOP作为增塑剂，其用量为5份。而且为了防止胶料的老化降解，需要选择适合的稳定剂和防老剂，选用5份MgO作为稳定剂，2份抗氧剂1010作为防老剂。

3 结论

a) EPDM的加入降低了胶料的断裂伸长率及拉伸强度，但提高了电缆料的体积电阻率。

b) DCP/TAIC硫化体系焦烧时间较长，且价格便宜，因此选用DCP/TAIC作为电缆料的硫化体系。

c) 为了提高胶料的阻燃性和自熄性，选择22.5份Al(OH)3和2.5份Mg(OH)2作为阻燃剂。

d) 选用白炭黑作为补强剂，可提高胶料的强度，而且胶料的电性能也不会发生较明显的下降，白炭黑用量为10份。

e) 确定胶料配方为CPE 70份，EPDM30份，DCP 4份,TAIC 2.5份，Al(OH)322.5份，Mg(OH)22.5份，白炭黑10份，DOP 5份，MgO 5份，抗氧剂1010 2份，经测试，体积电阻率达到8.843×1014Ω·cm，击穿强度为36.5 kV/mm，断裂伸长率为230%，拉伸强度为3.88 MPa，各项指标满足要求，性能达到橡套电缆料标准。

[1] 黄俊山.阻燃EPDM电缆料的制备和力学性能[J].消防科学与技术，2011，30(11)：1047-1049.

[2] 苏朝化,牛正,张照军. 空调连机电缆用CPE绝缘胶料的研制[J]. 橡胶工业, 2009,56(2):107-109.

[3] 彭立新,王金银. 高速挤出EPDM电缆料的研制[J]. 弹性体, 2006,16(5):51-53.

有限的可选材料阻碍3D打印发展

据“www.plasticstoday.com”报道，人们认为经过近30年的发展，添加剂制造技术(AM)应用于各种高分子材料，材料成型技术的发展应该比现在更进一步。在20世纪90年代，光固化(SLA)、选择性激光烧结(SLS)工艺制造发展迅猛。

尽管在过去15年中，材料、机械和工艺取得了一些进展，可用于3D打印的热塑性树脂数量仍然是一个问题。与塑料工业中的热塑性树脂的数量相比(据估计多达77 000种不同的树脂)，可用于3D打印的材料相当少。这是在实际生产环境中最终使用环节的一个限制因素。

在RAPID 2015会议上，一个小组以“有利热塑性添加剂制造业增长”为议题展开讨论。小组成员包括沙特基础工业公司，美国工业技术创新主任Elizabeth Jordan博士。Jordan 在PlasticsToday随后的采访中解释到：“作为一个行业，确保生产过程、材料和设计同步发展，能够保证热塑性AM技术成功率要高得多。重要的是了解和利用这三者交叉的领域。”Jordan说，“我们的目标是要了解价值链并且积极创新，使得添加剂制造从原型到最终生产这个过程更经济。”

欧洲塑料协会呼吁限制填埋“必须优先”

据“www.britishplastics.co.uk”报道，欧洲塑料协会呼吁对可循环利用和其他可回收的消费后废物填埋禁令持续到2025年。此号召是欧盟即将推出的循环经济战略必要的行动的优先次序，以提高在欧洲的资源效率的部分建议。

“我们的目标仍然是零塑料垃圾填埋”。然而，这个到2025年的欧盟联合填埋限制，不只包括可循环利用的垃圾，还包括所有其他可回收的废物。“此项限制将为废物管理基础设施所需的必要投资提供法律依据”。欧洲塑料协会的执行董事Karl-H Foerster解释说。

Foerster表示，7个成员国，已成功实施了填埋限制令，这一禁令对回收率有显著的积极影响。2006年至2012年，消费后塑料废料送往填埋区的数量减少了26%，因此塑料回收上涨高达40%，能量回收率提高了27%，Foerster补充到。

欧洲EPS供应商统一品牌名称

据“www.britishplastics.co.uk”报道，八大欧洲发泡聚苯乙烯(EPS)原材料供应商现在都支持airpop作为EPS材料的新品牌，并已经在16个欧洲市场推出。

BEWI Styrochem, Jackon, INEOS, Sunpor, Synbra, Unipol, Total 和Versalis公司已经通过沟通表达了整合airpop联合品牌理念的承诺。

“在欧洲，同一个材料会有很多不同的名字。我们现在提倡为这个智能设计的包装和绝缘材料定义一个名字。由EUMEPS负责协调，为欧洲市场工业发展建立品牌，并负责设计和沟通概念。”欧洲塑料工业协会的苯乙烯链总监Eric Faes说。“欧洲主要的原材料供应商和他们的客户正在推广上述理念。迄今为止的反响是非常令人鼓舞的。”

(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

杜雪娟供稿)

Preparation of Flame Resistant CPE/EPDM Cable Materials

Wang Bo Tang Yueyu Yang Jinming

(Shanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry,Xi′an,Shanxi,710054)

CPE/EPDM cable materials were prepared with CPE and EPDM as raw materials, dicumyl peroxide (DCP) and triallyl isocyanurate (TAIC) as curing agents, white carbon black as reinforcement agent, Al(OH)3and Mg(OH)2as flame retardant and with the right amount of plasticizer, stabilizer and age resister. The results show that the volume resistivity of cable materials can be up to 8.843×1014Ω·cm, the breakdown strength is 36.5 kV/mm, the elongation at break is 230% and the tensile strength is 3.88 MPa. The indicators meet the requirements and the performance can meet the need of cable materials.

chlorinated polyethylene；ethylene-propylene-diene monomer；cable materials; flame resistant

2015-03-19;修改稿收到日期:2015-06-30。

王波(1983—)，男，工程师，主要从事高分子材料加工与改性。E-mail:75576364@qq.com。