夏明慧， 冷 靜， 甘胤嗣

（寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司， 江蘇 揚州 225800）

低成本高強度氯丁橡膠護套的研制

夏明慧， 冷 靜， 甘胤嗣

（寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司， 江蘇 揚州 225800）

研制了一種使用國產(chǎn)氯丁生膠作為主要基體，低成本、高強度的氯丁橡膠護套配方。通過并用加工工藝優(yōu)良的生膠，選擇合適的補強體系及防焦劑，得到了工藝性能好、操作安全、強度高的護套配方。

低成本；氯丁橡膠護套；粘輥；高強度

0 前言

氯丁橡膠被譽為“多功能橡膠”，這是因為它不僅具有良好的力學(xué)性能，還具有耐熱、耐油、耐天候老化、耐燃、耐油及耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良的性能，是通用橡膠中綜合性能較好的膠種［1］。氯丁橡膠在電線電纜行業(yè)中被廣泛用作護套使用，主要應(yīng)用在煤礦電纜、礦用電纜、耐天候電纜，及使用環(huán)境惡劣、對護套材料要求較高的場合。

我國電纜行業(yè)使用的氯丁橡膠護套配方大都以進口氯丁橡膠為主體，工藝性能好，但價格較高。國產(chǎn)氯丁橡膠價格低，近幾年逐漸有人開始研究國產(chǎn)氯丁橡膠護套的配方，但是其加工性能及安全性能較差，應(yīng)用得還比較少［2］。

研制了一種使用國產(chǎn)氯丁生膠作為主要基體，成本低、強度高的氯丁橡膠護套配方。其性能可以滿足DIN VDE 0207 Teil 21-1993-07《電纜和絕緣導(dǎo)線用的絕緣復(fù)合物和護套復(fù)合物橡膠》中“5GM5”型號高強度護套的要求。配方含膠量在50%左右，相比全使用進口氯丁橡膠的配方，成本可降低20%左右。

1 實驗

1.1 主要原材料

氯丁橡膠 CR3221，重慶長壽化工生產(chǎn)；氯丁橡膠Baypren 116（CR116），朗盛公司生產(chǎn)；活性氧化鎂，邢臺市鎂神化工生產(chǎn)；氧化鋅，臺灣實業(yè)股份有限公司生產(chǎn)；色料，上海燃料化工十二廠生產(chǎn)；沉淀法白炭黑，三明市豐潤化工生產(chǎn)；人工合成層狀硅酸鹽薩博菲Superfi l-503，濟南環(huán)興高臺有限公司進口；防焦劑DM（2，2'-二硫代二苯并噻唑），華星化學(xué)有限公司生產(chǎn)；防粘劑Afl ux16，德國萊茵化學(xué)生產(chǎn)。其他配合劑均屬橡膠工業(yè)常用產(chǎn)品。

1.2 基礎(chǔ)配方

膠料基本配方（單位：份）：CR3221/CR116 100.0，活性氧化鎂 4.0，氧化鋅 5.0，硬脂酸 1.0，防粘劑Aflux16 1.5，增塑劑DOS 8.0，滑石粉60.0，促進劑Na-22 0.5，偶聯(lián)劑A172 1.5，色料2.0，其他 14.0。

1.3 主要儀器及設(shè)備

XK-160開放式煉膠機，無錫市第一橡塑機械設(shè)備廠；平板硫化機 QLB-25型，無錫市第一橡塑機械設(shè)備廠；JPL-2500N型微控電子拉力機，江都市精誠測試儀器廠；MVR2000流變儀，上海埃爾法儀器科技有限公司；MV2000門尼黏度儀，上海埃爾法儀器科技有限公司。

1.4 試樣制備

將膠料在開煉機上混煉，首先共混兩種氯丁橡膠，然后依次加入小料、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑，最后加入活性氧化鎂及氧化鋅?；鞜捑鶆?，薄通5～8次，下片，停放24 h后再進行硫化及其他性能的檢測。

壓制樣片，將膠料放在1 mm厚長方形模具中，用平板硫化機硫化。硫化溫度為150 ℃，時間30 min，壓力10～15 MPa，壓制結(jié)束后在（23±5）℃下放置16 h。

1.5 性能試驗

門尼黏度按GB/T1232—1992測試；流變試驗按照企業(yè)檢驗標(biāo)準(zhǔn)測試，測試條件為150 ℃、30 min；力學(xué)性能按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.11測試；邵氏硬度按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23651—2009測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 氯丁橡膠的選擇

選擇長壽化工的國產(chǎn)氯丁橡膠CR3221。它是以硫磺和二硫化二異丙基黃原酸酯為混合調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物，結(jié)晶速度中等，相對密度1.23，為米黃色或棕色塊狀物，非污染型，抗撕裂強度高，加工性能優(yōu)于硫磺調(diào)節(jié)型膠，適合護套配方使用。但它的門尼黏度低，半成品膠片挺性差、易發(fā)硬，容易變形，且在混煉過程中仍然有粘輥及易焦燒的問題。為改善其缺點，需要加入少量防粘劑，且并用一部分進口膠。

進口氯丁橡膠選自朗盛公司的CR116，XD調(diào)節(jié)型（XD為一種改性調(diào)節(jié)劑），具有極好的加工性能，可以改善粘輥的問題。它的門尼黏度稍高，有助于改善膠片的挺性。此外它的結(jié)晶趨向極輕微，可以改善膠片發(fā)硬的問題［3］。它的高強度也有助于提高配方強度，及適當(dāng)降低含膠量，并降低成本。兩種生膠的具體性能見表1，相關(guān)參數(shù)均來源于廠家提供的質(zhì)檢報告。

表1 氯丁橡膠性能對比表

為保證良好的加工性能，對CR3221與CR116以不同的并用比例進行試驗，結(jié)果見表2。

表2 氯丁橡膠1）試驗

從表2可以看出，當(dāng)并用CR116 30.0份時，配方的加工性能得到了明顯改善?？梢詫⒒九浞降纳z比例固定為CR3221/CR116質(zhì)量比70：30，此時配方的加工性能良好，解決了國產(chǎn)膠的粘輥問題。然后對其進行優(yōu)化，通過增加防焦劑的量，進一步改善焦燒安全性。

在研究過程中還對其他進口氯丁生膠也進行了并用試驗，例如將CR3221與東曹化工B30s并用，當(dāng)B30s使用量達到70份時，粘輥問題才有改善。所以改善粘輥問題的關(guān)鍵在于并用加工性能突出的生膠。

2.2 防粘性能

本實驗使用德國萊茵化學(xué)的Aflux16作為防粘劑，它是天然脂肪酸的鈣鹽與氨酯蠟的混合物，可以有效改善橡膠的黏性，是一種高效分散劑，有助于配合劑的均勻分散。因此它可以改善氯丁橡膠的加工工藝性能，提高混煉的效率及操作性。使用0.5～1.0 份Afl ux 16，即有明顯效果。它價格較貴，也不宜多加。

2.3 補強體系的選擇

通過以上方法改善了國產(chǎn)氯丁橡膠的加工工藝性能，但是拉伸強度仍較低，需要通過改善填充補強體系來提高拉伸強度［4］。配方選用沉淀法白炭黑及薩博菲Superfil-503作為補強劑，并以不同比例進行了試驗（見表3）。

表3 氯丁橡膠護套配方1）補強體系變量試驗

從表3可以看出，添加白炭黑30.0 份時，膠料的力學(xué)性能可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但門尼黏度升高了21，而且增加白炭黑后配方在混煉過程中升溫很快，不利于操作安全性。而隨著Superfil-503的增加，可以顯著降低門尼黏度、延長焦燒時間，邵爾A硬度也逐漸下降。Superfi l-503比表面積為30～50 m2/g，補強效果比較好。但是減少到一定程度后，膠料的強度會明顯下降?？紤]到在調(diào)整防焦劑的過程中會影響力學(xué)性能，經(jīng)綜合考慮，使用白炭黑20.0 份，Superfil-503 10.0 份最為適宜。

氯丁橡膠是自補強性橡膠，力學(xué)性能會隨填充補強體系的增多而下降。為了獲得高強度，控制填充補強的量是關(guān)鍵。由于并用了超高強度的CR116，可以適當(dāng)?shù)亟档秃z量。在本研究中，含膠量僅為50%依然可以滿足強度要求。相比其他研究者，含膠量下降了5%～10%［5］，大大降低了成本。

2.4 防焦劑的選擇

氯丁橡膠對溫度敏感，在加工過程中易發(fā)生焦燒。而國產(chǎn)氯丁橡膠相比進口氯丁橡膠硫化速度快、焦燒時間短，所以一定要配合使用防焦劑加以彌補。本研究使用DM作為防焦劑，并進行了變量試驗，結(jié)果見表4。

表4 氯丁橡膠護套配方1）防焦劑DM變量試驗

從表4中可以看出，增加DM可以明顯增加焦燒時間。但隨著添加量的增多，延緩焦燒的幅度在逐漸減小，而且拉伸強度也在逐漸減小。設(shè)計配方時希望在保證力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，焦燒時間越長越好，所以DM的使用以1.5份最為適宜。

最終確定配方為（單位：份）：CR3221 70.0，CR116 30.0，活性氧化鎂 4.0，氧化鋅 5.0，硬脂酸 1.0，防粘劑 1.5，增塑劑 8.0，滑石粉30.0，白炭黑 20.0，Superfi l-503 10.0，Na-22 0.5，偶聯(lián)劑 1.5，色料 2.0，其他 14.0，防焦劑DM 1.5。

3 車間生產(chǎn)

采用GE135型密煉機進行放大生產(chǎn)。由于氯丁橡膠混煉過程升溫快、易焦燒，所以采用二段混煉方法。一段混煉按照生膠、小料、填充劑、油料的順序投料，最高溫度不超過80 ℃；然后經(jīng)過下輔機打卷冷卻，再進行二段混煉，加入氧化鋅及活性氧化鎂，溫度不超過70 ℃。

膠料停放24 h后進行相關(guān)試驗（表5），各項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 氯丁橡膠護套硫化膠性能表

4 結(jié) 論

（1）通過并用30.0份進口CR116（德國朗盛產(chǎn)），可以顯著改善國產(chǎn)CR3221的粘輥問題，使配方具有良好的加工性能。使用國產(chǎn)氯丁橡膠作為主要基料則大大降低了配方的成本。

（2）通過選用高強度的氯丁生膠，配合使用適量的白炭黑及Superfil-503作為補強劑，可使護套配方獲得較高的拉伸強度，且含膠量可以減少到50%，降低了成本。

（3）使用DM作為氯丁橡膠護套配方中的防焦劑，可以有效延長焦燒時間。

［1］ 楊清芝.實用橡膠工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006:38-39.

［2］ 王子生. 國產(chǎn)氯丁橡膠生產(chǎn)工藝問題探討［J］.特種橡膠制品，2010，31（5）:58-60.

［3］ 駱瑞靜.氯丁橡膠（Baypren）的性能、加工及其應(yīng)用 ［J］.橡膠參考資料，2009，39（1）:47-55.

［4］ 王作齡.氯丁橡膠配方技術(shù)［J］.世界橡膠工業(yè)，1998，1（1）: 56-62.

［5］ 王長春.彩色高強度高抗撕氯丁橡膠護套的研制［J］.特種橡膠制品， 2005， 26（1）:28-29.

［責(zé)任編輯：朱 胤］

Development of Low-Cost CR Sheath with High Tensile Strength

Xia Minghui， Leng Jing， Gan Yinsi
（ Baosheng Science & Technology Innovation Co.， Ltd.， Yangzhou 225800， China ）

This paper introduced a low-cost chloroprene sheath with high tensile strength using domestic raw chloroprene rubber. By blending import raw chloroprene rubber with excellent processing property， and selecting appropriate reinforcement system and scorch retarder， a sheath formulation with good process performance， safe operation performance and high tensile strength was developed.

Low-Cost； Chloroprene Rubber Sheath； Roller Sticking； High Tensile Strength

TQ 336.4+2

B

1671-8232（2015）11-0018-04

2015-05-29

修回日期：2015-07-22

夏明慧（1986— ），吉林長春人，哈爾濱理工大學(xué)碩士。主要從事塑料及橡膠配方的研發(fā)工作。