氯化聚乙烯与通用橡胶并用彩色胶布配方的试验研究

牛华锋

摘      要： 氯化聚乙烯（CPE）材料是由高密度聚乙烯 （HDPE）与氯气进行取代反应制得的一种高分子氯化物， 可与多种通用橡胶按任意比并用，可改善和提高硫化橡胶的某些物理机械性能，弥补原橡胶性能上的不足。氯化聚乙烯替代氯磺化聚乙烯的胶布制品可以取得更好的经济效果和市场竞争力。利用氯化聚乙烯优良的特性，以其为主体与通用橡胶并用，采用高效的硫化体系，重点使用橡胶在低温下（<150 ℃）硫化技术，实现彩色胶布配方的高质低价。

关  键  词：氯化聚乙烯;通用橡胶;低温硫化

中图分类号：TQ031.2       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）03-0612-04

Experimental Study on the Formula of Colour Rubber Cloth

Mixed with Chlorinated Polyethylene and General Rubber

NIU Hua-feng

（Shenyang Chemical School， Liaoning Shenyang 110022， China）

Abstract：  Chlorinated polyethylene （CPE） is a kind of polymer chloride prepared by the substitution reaction of high density polyethylene （HDPE） with chlorine gas. Chlorinated polyethylene can be used to improve some physical and mechanical properties of vulcanized rubber， so as to improve the mechanical properties of vulcanized rubber. Tape products with chlorinated polyethylene instead of chlorosulfonated polyethylene have better economic effect and market competitiveness. Taking chlorinated polyethylene with good characteristics and common rubber as raw materials， by using efficient vulcanization system and low temperature curing process （<150 ℃）， colored tape with high quality and low price was prepared.

Key words： chlorinated polyethylene;general purpose rubber;low temperature curing

氯化聚乙烯（CPE）材料是由高密度聚乙烯 （HDPE）与氯气进行取代反应制得的一种高分子氯化物。CPE具有比常規聚乙烯 （PE） 材料更加优良的耐候、耐臭氧、耐化学药品腐蚀及耐老化性能、更好的相容性、韧性、耐油性、阻燃性及着色性等^[1]。我国CPE产业在20世纪80年代初在芜湖融汇化工首次工业化至今， 生产技术水平不断提高，装置能力和自动化控制水平快速发展， 产品产量已跃居世界第一。目前国内生产工艺主要以盐酸相悬浮法和水相悬浮法为主，其中盐酸相悬浮法工艺是潍坊亚星化学改进德国赫斯特公司的CPE生产工艺，使产品氯化均匀， 稳定性好， 废水排放量少， 环境友好， 但设备投资大^[2]。

国外CPE主要生产厂商有美国杜邦-道公司、日本的大曹公司和昭和电工公司， 以水相法为主要生产方式， 产量约5万t/a， 重点生产氯化聚乙烯橡胶 （CM）。CM是一种环保特种橡胶， 在汽车配件、耐酸胶管、防水卷材、电线电缆、海绵制品、密封件、热塑性弹性体、阻燃输送带以及V带等制品中有广泛的应用前景。

氯化聚在主链上没有双键，因此具有良好的耐候、抗臭氧、阻燃、抗冲击、耐化学药品和耐油等性能。由于氯化聚乙烯饱和结构中氯呈无规则分布，故受热时不会引起连锁反应，热稳定性良好^[3]。它可与多种通用橡胶按任意比并用，可改善和提高硫化橡胶的某些物理机械性能，弥补原橡胶性能上的不足，并能改善相关加工性能。

氯化聚乙烯的性能与氯磺化聚乙烯十分相似。在材料的合成和工艺方面，氯化聚乙烯较氯磺化聚乙烯更加简单。市场价格上，使用氯化聚乙烯成本将降低近60%。因此研究以氯化聚乙烯替代氯磺化聚乙烯的胶布制品，可以取得更好的经济效果和市场竞争力^[4]。因此，本项目的试验研究是利用氯化聚乙烯优良的特性，以其为主体与通用橡胶并用，采用高效的硫化体系，橡胶在低温下（一般<150

℃）硫化，实现彩色胶布配方的高质低价的研制目标。

1  并用胶配比的试验研究

当氯化聚乙烯与通用橡胶配比含量超过40%，并用胶就会获得耐老化、耐臭氧等良好的性能。在经济角度上，氯化聚乙烯并用量越大，经济价值越高^[5]。但高配比会带来胶料的硬度提高，更重要的是低温硫化的难度也越大。这不符合彩色胶布具有良好柔软性和低温硫化生产的工艺特点。因此需要结合并用胶在低温下硫化，对并用的通用橡胶在种类、配比方面进行研究。

本研究先后试验：与丁苯（1502）70∶30、65∶35;与天然胶70∶30、65∶35;与天然胶、丁苯（1502）60∶20∶20均未达到满意结果。最后利用顺丁橡胶有利于并用体系协调性的特点，通过少量加入，取得了并用胶在物理性和低温硫化协调性方面的满意结果。确定最终并用配比为氯化聚乙烯、天然胶、丁苯（1502）、顺丁橡胶按照60∶20∶13∶7的比例。

2  硫化体系的试验确定

由于硫化温度如高于150℃将对胶布骨架织物材料物理性能影响较大，因此，能否实现低于此温度的硫化，是本课题成败的关键。

查阅国内外相关文献，氯化聚乙烯与通用橡胶并用多采用乙撑基硫脲（NA-22）和少量硫磺作为硫化剂，硫化温度需要155～160 ℃。

而氯化聚乙烯采用硫脲体的缺点除硫化速度慢以外，在100 ℃以上的热老化会使并用胶物性受到较大影响，很难找到良好的防老剂。同时，硫化胶产生的异味也往往为用户不能接受，故决定取消硫脲类（NA-22）促进剂在并用胶中的使用。

有机过氧化物中氯化聚乙烯良好的硫化剂，其作用是其他硫化体系所不能相比的。但经多次选用各种有机过氧化物反复试验，虽性能良好，但均需要硫化温度达到或超过160 ℃。为解决这一困难，最终决定集中精力选择合适的促进剂和超促进剂。经多次反复试验，终于采用低硫高速的硫化体系中得到解决。具体的配比如下：硫磺0.6、促进剂3.8（DM1.3+TMTD0.6+CZ0.5+两种超促进剂型1.4）。至此确定硫化体系。

3  补强剂、填充剂选择的试验

氯化聚乙烯配方中各种补强剂和填充剂的作用及其对硫化胶物理机械性能的影响，与它们在通用橡胶中的规律基本相同，因此炭黑和白炭黑都是很好的选择。表面积大的细粒子炭黑补强性好;表面积小的半补强炭黑、喷雾炭黑等能使硬化胶具有更好的耐热性;沉淀白炭黑与喷雾炭黑补强性相当，但它能使硫化胶的硬度增大。

许多白色填料对氯化聚乙烯胶料均有很好的适用性。可根据性能或经济需要进行选择。这样可使氯化聚乙烯的色泽更加稳定。

经多次试验，在黑色胶布配方中，以喷雾炭黑为补强剂，以硫酸钡作为填充剂性能方面可取得满意的效果。在有色胶料配方中，以白炭黑为补强剂，以钛白粉硫酸钡作为白色填充剂也可取得良好的性能。

4  增塑剂的试验

氯化聚乙烯的溶解度参考值为9.2～9.3。各种溶解度与其相近的增塑剂基本与氯化聚乙烯都有良好的相溶性。考虑到并用胶中氯化聚乙烯与通用橡胶的极性差异，经试验确定采用DOP（邻苯二甲酸二辛酯）与石油系的变压器油并用。

5  稳定剂与防老剂的试验

适用于氯化聚乙烯的稳定剂一般有氧化镁、氧化锌、金属盐类等;防老剂有酯类防老剂，如DLTP（硫代二丙酸二月桂酯）、DSTP（硫代二丙酸二（十八）酯）等。经试验，本配方选用氧化镁、硬脂酸锌作为稳定剂;选用石蜡和RD （2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合物）作为防老剂。

6  着色剂选择的试验

着色剂是赋予胶布漂亮颜色和起到防护作用的重要物质。使用得当时，还能吸收特定波长的光线，提高橡胶制品的抗老化性能。同时，着色在不同的应用领域更具有特殊的意义，如救护用品的醒目、军用产品的伪装等。

着色剂的选择要充分地考虑着色的鲜艳、耐久性。同时还要注意其耐热性、对胶料配方材料的稳定性。在不影响硫化胶的物性前提下，还需考虑有害金属含量、在橡胶的迁移性、在水或其他溶液中的渗色性、对胶布织物的污染度以及在橡胶中的分散性等诸多方面。

经试验，在彩色配方中以酞青兰、青绿为着色剂，着色能力强;耐晒牢固、耐热、耐酸碱性均很好;与硫磺加热变色温度高于150℃;着色性能良好。在白色及浅色制品中，以钛白粉为着色剂，分散性好、着色力和遮盖力强;耐日光曝晒老化;对化学药品稳定性高。

对于红、黄色胶布制品，市售颜料大多耐晒级别不高。经反复试验，本配方选用了耐晒坚牢度在6级以上的、耐热180 ℃的永固红和永固黄着色。

7  配方确定及硫化胶的性能

配方见表1。

彩色胶料与织物骨架材料的黏合性见表2。

硫化胶的性能见表3。

8  混炼操作程序及工艺性能

为确定混炼的质量，可按如图1操作程序进行。

9  结论

通过实验确定了胶布的配方，证明胶布的黏合性、耐水性等性能达到了应用效果。彩色配方具有质优价廉、耐热、耐老化、耐水、气密性好、色泽鲜艳稳定、与骨架材料黏合性高等特点，已先后应用于充气橡胶制品和各类型胶布制品。

在充气橡皮艇方面，已研制生产了用于垂钓、漂流等用途小型玩赏艇;用于江河湖泊及近海进行勘探、通讯，救护的1.3、2.1、3t级铝合金底板带扳机的加重型橡皮艇。同时也生产了江上救生浮标、海上充气作业平台、碰碰船、气垫、储运罐等。

上述产品经后期走访调查，气密性好、外胶无老化龟裂，深受用户欢迎。

参考文献：

[1] 李玉芳.氯化聚乙烯的生产应用及市场分析[J].塑胶工业， 2006， 9（1）：42-46.

[2] 王 丽，罗时忠，茆庆文.氯化聚乙烯材料研究进展[J].河南化工， 2013， 18：24-28.

[3] 于清溪.世界胶布制品发展现状与展望（下）[J].橡塑技术与装备，2002（07）.

[4] 栗娟，王艷志，耿海磊，贾磊，辛振祥.氯化聚乙烯与氯磺化聚乙烯的结构与性能及共混硫化体系[J].特种橡胶制品，2007，27（4）：23-25.

[5]蒋琪，刘景光.矿用电缆护套用氯化聚乙烯配方设计优化与应用[J].电线电缆，2014（12）.