氯丁橡胶电绝缘性能与物理机械性能的影响因素研究

吴力佳 苗志军 袁建安

氯丁橡胶电绝缘性能与物理机械性能的影响因素研究

吴力佳 苗志军 袁建安

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300252）

本文研究了硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶电绝缘性能和物理机械性能的差异，以及陶土、滑石粉、轻钙、云母粉填充对氯丁橡胶电绝缘性能与物理机械性能的影响。通过对硫化橡胶体积电阻率及物理机械性能的测试，可以发现非硫调型氯丁橡胶的电绝缘性能优于硫调型氯丁橡胶的电绝缘性能，硫调型氯丁橡胶的硬度、拉伸强度、扯断伸长率高于非硫调型氯丁橡胶，几种填料对比发现，使用陶土填充氯丁橡胶的电绝缘性能最高，其次依次是滑石粉、轻钙、云母粉；云母粉填充氯丁橡胶硬度最大，陶土、滑石粉、轻钙填充氯丁橡胶拉伸强度相当，高于云母粉填充氯丁橡胶拉伸强度；陶土填充氯丁橡胶拉断伸长率最高。

氯丁橡胶；陶土；滑石粉；轻钙；电绝缘性；物理机械性能

前言

氯丁橡胶（CR）是由2-氯-1,3-丁二烯集合聚合而成的一种高分子合成橡胶，具有良好的物理机械性能、耐天候老化性能、耐热、耐臭氧、耐化学试剂及阻燃性能，缺点是炼胶时易粘辊，贮存稳定性差，电绝缘性差；氯丁橡胶根据其用途分为通用型（包括硫调型、非硫调型和混合调节型）、专用型和氯丁胶乳，广泛应用在汽车工业、家具制造、胶管胶带、电缆护套、印刷胶辊、胶板、衬垫及各种垫圈垫片等。由于氯丁橡胶是极性橡胶，电绝缘性能比通用橡胶低，因此仅适于低压电缆护套[1,3-6]。

本文主要对比硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶电绝缘性能和物理机械性能的差异，以及陶土、滑石粉、轻钙、云母粉等填充剂对氯丁橡胶电绝缘性能与物理机械性能的影响。硫调型氯丁橡胶即硫磺调节型氯丁橡胶，采用硫磺作调节剂，用秋兰姆作稳定剂，由乳液聚合制得，对应国产氯丁橡胶CR1**系列。非硫调型氯丁橡胶即非硫磺调节型氯丁橡胶，采用硫醇（或调节丁）作调节剂，由乳液聚合制得，对应国产氯丁橡胶CR2**系列。陶土由天然陶土经风选、漂选、溶解沉淀制得，组成为含水硅酸铝。滑石粉由工业原料滑石经机械粉碎研磨制得，组成为含水硅酸镁。轻钙由石灰石煅烧后加水、通二氧化碳制得，组成为碳酸钙。云母粉由天然硅酸盐矿石制得，组成复杂，含有不同的金属盐，有不同的色泽，组成白云母系铝硅酸钾盐[2,3]。

1 实验部分

1.1 实验原料

氯丁橡胶121，山西霍家长化合成橡胶有限公司；氯丁橡胶232，山西霍家长化合成橡胶有限公司；炭黑，美国卡博特公司；陶土，焦作市同兴化工有限公司；滑石粉，辽宁海城矿业有限公司；轻钙，唐山天盈化工有限责任公司；云母粉，天津市燕东矿产加工厂；氧化锌、氧化镁、硬脂酸、操作油等均为市售工业产品。

1.2 实验设备

6寸开炼机，上海第二机床修理厂；平板硫化机，上海西码伟利橡胶设备有限公司；高阻计，上海安标电子有限公司；万能试验机，长春科新仪器设备有限公司；橡胶硬度计，上海六中量仪厂；电子分析天平，美国奥豪斯公司产品。

1.3 试样制备

基础配方1：氯丁橡胶 100份，氧化锌 5份，氧化镁 4份，硬脂酸 1份，防老剂A 1份，炭黑N-550 30份，邻苯二甲酸二辛脂（DOP） 5份。

基础配方2：氯丁橡胶232 100份，氧化锌 5份，氧化镁 4份，硬脂酸 1份，防老剂A 1份，炭黑N-550 30份，邻苯二甲酸二辛脂（DOP） 5份，无机填料 50份。

开炼机塑炼氯丁橡胶，薄通3遍；首先加入氧化镁，再加入硬脂酸、防老剂，再加入填料和操作油，薄通3遍，最后加入氧化锌，薄通3遍下片，停放16小时以上，返炼出片，用平板硫化机硫化试片，硫化条件：150℃×20MPa×25min。

1.4 性能测试

邵A硬度测试：按照GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行；

拉伸强度：按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行；

拉断伸长率：按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行；

体积电阻率：按照GB/T 1692-2008《硫化橡胶绝缘电阻率的测定》进行。

2 结果与讨论

2.1 硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶电绝缘性能和物理机械性能的差异

2.1.1 硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶电绝缘性能的差异

氯丁橡胶按调节方式分为硫调型、非硫调型和混合调节型，混合调节型氯丁橡胶性能介于硫调型和非硫调型之间，改变氯丁橡胶类型，其他条件不变（采用基础配方1），对比硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶电绝缘性能差异。

表2-1给出了硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶采用基础配方1经过混炼、停放、硫化后，测得的体积电阻和体积电阻率的数据。从表2-1中可以看到非硫调型氯丁橡胶体积电阻率比硫调型氯丁橡胶的体积电阻率高一个多数量级。可能的原因是硫调型氯丁橡胶中含有多硫键，交联反应过程会形成碳硫键和碳氧键，非硫调型氯丁橡胶交联反应过程只会形成碳氧键，碳氧键对极性氯原子的稳定性更好，有利于降低氯丁橡胶的极性，因此非硫调型氯丁橡胶体积电阻率比硫调型氯丁橡胶的体积电阻率高。

表2-1 硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶的电绝缘性能

性能CR类型体积电阻 （Ω）体积电阻率（Ω·cm） 硫调型8.7×1088.7×1010 非硫调型1.7×10101.6×1012

2.1.2 硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶物理机械性能的差异

改变氯丁橡胶类型，其他条件不变（采用基础配方1），对比硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶物理机械性能的差异，表2-2给出了硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶采用基础配方1经过混炼、停放，硫化，测试的硬度、拉伸强度、拉断伸长率的数据，从表2-2中可以看到硫调型氯丁橡胶的硬度、拉伸强度和拉断伸长率比非硫调型氯丁橡胶高。可能的原因是硫调型氯丁橡胶比非硫调型氯丁橡胶结构更规整，含有多硫键，交联反应更充分，因此硬度、拉伸强度和拉断伸长率硫调型氯丁橡胶比非硫调型氯丁橡胶高。

表2-2 硫调型氯丁橡胶和非硫调型氯丁橡胶的物理机械性能

性能CR类型硬度（Shore A）拉伸强度 （MPa）扯断伸长率（%） 硫调型5422.0 744 非硫调型5218.1578

2.2 陶土、滑石粉、轻钙、云母粉等填充剂对氯丁橡胶电绝缘性能与物理机械性能的影响

2.2.1 陶土、滑石粉、轻钙、云母粉填充对氯丁橡胶电绝缘性能的影响

氯丁橡胶中可加入大量填充料，填充料一般用于调节胶料性能和降低成本，常见的无机填料有陶土、滑石粉、轻钙、云母粉等，改变填料类型，其他条件不变（采用基础配方2），研究陶土、滑石粉、轻钙、云母粉等填充剂对氯丁橡胶电绝缘性能的影响。表2-3给出了不同无机填料采用基础配方2经过混炼、停放、硫化后，测试的体积电阻和体积电阻率的数据，从表2-3中可以看到陶土填充氯丁橡胶的体积电阻率最高，由此可以发现，以上4种常见的填料中，陶土填充氯丁橡胶的电绝缘性能最好。

表2-3 不同无机填料填充氯丁橡胶的电绝缘性能

性能无机填料体积电阻 （Ω）体积电阻率（Ω·cm） 陶土5.1×10104.6×1012 滑石粉4.2×10103.9×1012 轻钙3.9×10103.6×1012 云母粉2.7×10102.4×1012

2.2.2 陶土、滑石粉、轻钙、云母粉等填充剂对氯丁橡胶物理机械性能的影响

改变填料类型，其他条件不变（采用基础配方2），研究陶土、滑石粉、轻钙、云母粉等填充剂对氯丁橡胶物理机械性能的影响，表2-4 给出了不同无机填料采用基础配方2经过混炼、停放、硫化后，测得的硬度、拉伸强度、拉断伸长率的数据，从表2-4中可以看到云母粉填充氯丁橡胶硬度最大；陶土填充氯丁橡胶拉伸强度和拉断伸长率最高。

表2-4 不同无机填料填充氯丁橡胶的物理机械性能

性能无机填料硬度（Shore A）拉伸强度（MPa）扯断伸长率（%） 陶土5615.4772 滑石粉5614.9728 轻钙5515.3697 云母粉6412.8656

结合表2-3，2-4和图2-1可以看到无机填料填充氯丁橡胶体积电阻率由高到低依次为陶土、滑石粉、轻钙、云母粉；对氯丁橡胶硬度的影响陶土、滑石粉、轻钙相当，均低于云母粉填充氯丁橡胶的硬度；对氯丁橡胶拉伸强度的影响陶土、滑石粉、轻钙相当，均高于云母粉填充氯丁橡胶的拉伸强度；无机填料填充氯丁橡胶扯断伸长率高到低依次为陶土、滑石粉、轻钙、云母粉。

图2-1 不同无机填料填充氯丁橡胶体积电阻率和物理机械性能

3 结论

（1）非硫调型氯丁橡胶电绝缘性能优于硫调型氯丁橡胶电绝缘性能。

（2）硫调型氯丁橡胶的硬度、拉伸强度、拉断伸长率高于非硫调型氯丁橡胶。

（3）本文提到的几种常见填料中，陶土填充氯丁橡胶的电绝缘性能最好。

（4）文提到的几种常见填料中，云母粉填充氯丁橡胶硬度最大；陶土、滑石粉、轻钙填充氯丁橡胶拉伸强度相当，高于云母粉填充氯丁橡胶拉伸强度；陶土填充氯丁橡胶拉断伸长率最高。

[1]谢遂志，刘登祥，周鸣峦. 橡胶工业手册·第一分册[M]. 修订版. 北京：化学工业出版社，1993.6.

[2]王梦蛟，龚怀耀，薛广智. 橡胶工业手册·第二分册[M]. 修订版. 北京：化学工业出版社，1993.6.

[3]杨清芝. 实用橡胶工艺学[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

[4]李玉芳,伍小明.氯丁橡胶生产技术进展及市场分析[J].上海化工,2012,37(11):31-37.

[5]崔小明.氯丁橡胶国内外市场分析[J].中国橡胶,2012,28(15):25-28.

[6]刘娜. 水密接插件适配水密缆用氯丁橡胶复合材料的制备及性能研究[D].北京化工大学,2020.

吴力佳，男，1990年1月18日出生于河北沧州，汉族，硕士研究生，毕业于北京化工大学，天津市橡胶工业研究所有限公司研发工程师，主要从事橡胶制品研发工作。Email：wulijia314@163.com