硫化体系对CSM电缆料性能的影响

2018-01-12朱沛然赵桂英代青云智振兴张小萍

化工时刊 2017年2期

朱沛然赵桂英代青云智振兴张小萍

(徐州工业职业技术学院，江苏徐州 221140)

随着国家重点发展电力工业的需要，电缆产品需求量大幅度增加；作为电缆料，除了具有较好的加工工艺性能，力学性能、耐老化性能之外，还必须提高其阻燃性能才能安全使用，电缆料的阻燃性能与人的生命息息相关，阻止火灾发生以及降低发生火灾的伤亡率，已成为电线电缆行业的发展方向[1，2]。

氯磺化聚乙烯(CSM)是以聚乙烯为主原料经氯化、氯磺化反应而制得的具有高饱和化学结构的含氯、硫元素的特殊弹性体，属高性能特种橡胶品种；具有优异的耐臭氧性、耐候性、耐热性、难燃性、耐水性、耐化学药品性、耐油性、耐磨性等；因此在电线电缆、防水卷材、汽车工业等领域已得到广泛应用[3]。CSM分子结构中的亚磺酰氯基具有反应性，它含有不稳定的叔碳原子及在亚磺酰氯基a-位置上的活性氯原子，可与金属氧化物、二元胺、多元醇、硫磺、硫脲及过氧化物等发生交联反应；不同硫化体系与CSM交联机理及交联键类型不同，在一定程度上影响硫化物的性能[4]。

采用TRA、季戊四醇、硫磺、TAIC及DCP五种硫化配合体系，对比分析不同硫化体系对CSM电缆料加工工艺性能、力学性能、老化性能及阻燃性能的影响，为进一步探索和开发CSM高性能硫化配合体系提供参考。

1 实验部分

1.1 主要原材料

氯磺化聚乙烯：连云港金泰达橡胶材料有限公司生产，牌号CSM3550 ，氯含量为35%，硫含量为1.5%；四硫化双戊亚甲基秋兰姆(TRA)、二硫化二苯并噻唑(DM)、1,2-亚乙基硫脲(NA-22)，连云港连连化学有限公司，工业级；季戊四醇、三烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)，上海方锐达化学品有限公司；氢氧化铝：沧州鑫诚盛化工有限公司；阻燃剂: 石家庄市茂丰化工有限公司；氧化镁、硬脂酸、DCP：中国石化南京化工厂；硫磺、促进剂、防老剂、软化剂类等为市售产品。

1.2 基本配方

CSM 100份，微晶蜡1份，硬脂酸1份，氢氧化铝55份，阻燃剂6份，软化剂10份，防老剂2.5份，硫化体系为变量，有5种不同类型，如表1所示。

表1 CSM电缆料的硫化体系Table1 the vulcanization system of CSM cable material

1.3 主要设备与仪器

开放式炼胶机XK-160、平板硫化机QLB-50D/Q均为无锡市第一橡塑机械有限公司；无转子硫化仪GT-M2000-A：台湾高铁科技股份有限公司；高低温拉力试验机GT-AI-7000-GD：台湾高铁科技股份有限公司；热老化实验箱RLH-225：南京五和试验设备有限公司；冲片机CP-25、邵氏硬度计：江都市试验机械厂；JF-3氧指数测试仪：南京江宁区分析仪器厂。

1.4 试样制备

1.4.1混炼胶制备

1.4.2硫化试样

将混炼胶在室温停放24 h后，采用平板硫化机进行硫化试样的制备；硫化条件为：温度：170 ℃，时间：T90，压力：15 MPa。硫化后的试片在室温下停放12～36 h，采用冲片机进行冲裁及性能测试。

1.5 性能测试 [5]

按照国家标准要求进行相关性能的测试；其中硫化特性测试温度设定为170 ℃，压力为0.35～0.6 Mpa；老化性能测试条件为：温度为120 ℃，时间为70 h；阻燃试验采用氧指数测试方法。

2 结果与讨论

2.1 硫化体系对CSM电缆料硫化特性的影响

硫化体系对CSM电缆料硫化特性的影响见表2。

表2 硫化体系对CSM电缆料硫化特性的影响Table 2 Impact of the vulcanization system on the vulcanization characteristics of the CSM cable materials

从表2可以看出，2#硫化体系胶料的T10最小，说明该硫化体系胶料焦烧时间最短，硫化操作安全性较差，不易充满模腔；4#硫化体系胶料的焦烧时间T10适中，加工安全性好，不易焦烧；5种硫化体系胶料的T90相差较大，其中2#硫化体系胶料的正硫化时间最短，为112 s，4#硫化体系胶料的工艺正硫化时间最长，达到336 s；但总体来看，5种硫化体系胶料的正硫化时间均较短，有利于节约能源，提高生产效率。

2.2 硫化体系对CSM电缆料力学性能的影响

硫化体系对CSM电缆料力学性能的影响见表3。

表3 硫化体系对CSM电缆料力学性能的影响Table 3 Impact of the vulcanization system on themechanical properties of the CSM cable materials

从表3可以看出，1#硫化体系胶料的硬度最大，达到68，5#硫化体系胶料的硬度最小，为63，2#和3#硫化体系胶料的硬度相同；1#硫化体系胶料的拉伸强度最大，2#硫化体系胶料的拉伸强度最小，伸长率最大的是5#硫化体系胶料，2#硫化体系胶料的伸长率最小；300%定伸应力最大的3#硫化体系胶料；最小的是5#硫化体系胶料。撕裂强度最大的是2#硫化体系胶料，达到26.39N/mm，5#硫化体系胶料的撕裂强度最小，为23.12 N/mm，其余3种硫化体系胶料的撕裂强度相差不大；说明在配方中采用氧化镁/TRA/季戊四醇共硫化体系能改善胶料的撕裂性能，胶料在老化作用或受到尖锐物的撞击时不易产生裂口、破损。

2.3 硫化体系对CSM电缆料老化性能的影响

硫化体系对CSM电缆料老化性能的影响见表4。

由表4可知，经过120 ℃，70 h的热空气老化后，5种硫化体系胶料的硬度均有所增加，其中5#硫化体系胶料的硬度变化值最大，其余4种硫化体系胶料的硬度变化值相差不大；4#、5#硫化体系胶料老化后拉伸强度大于老化前，其它3种硫化体系老化后拉伸强度均有所下降，其中1#硫化体系胶料的拉伸强度变化百分率最大；5种硫化体系胶料老化后伸长率均较老化前明显减少，其中3#硫化体系胶料伸长率变化百分率最大，为-22%，4#硫化体系胶料伸长率变化百分率最小，为-11%；老化后5种硫化体系胶料300%定伸应力明显大于老化前。

表4 硫化体系对CSM电缆料老化性能的影响Table 4 Impact of the vulcanization system on the mechanical properties of the CSM cable materials after aging

2.4 硫化体系对CSM电缆料阻燃性能的影响

目前测试橡胶阻燃性的方法有：垂直燃烧法、水平燃烧法和氧指数法；。氧指数法就是在规定的实验条件下，在氧氮混合气流中，测定刚好维持试样燃烧所需的最低氧浓度；一般氧指数大于27%的为高难燃材料；氧指数小于22%的为易燃材料；氧指数在22%～27%范围内的为难燃材料[6]。硫化体系对CSM电缆料氧指数的影响见表5。