夏明慧，冷 靜，趙士伍，王海波

（長(zhǎng)春中科應(yīng)化特種材料有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

經(jīng)過多年的發(fā)展，電力電氣用膠粘帶產(chǎn)品已日漸成熟。因使用方便、操作簡(jiǎn)單，具有優(yōu)良的隨形性和密封性，在使用過程中不需明火，膠粘帶已逐步替代相應(yīng)的熱縮型絕緣附件，成為電力電氣線纜的主要配套產(chǎn)品。目前，防火、防水、阻燃、減震、耐老化等各種特性膠粘帶得到了廣泛應(yīng)用。

安裝在戶外的電力電氣線纜及其附件常受到雨、霧、雪、灰及各種化學(xué)污染物的作用，再加上電壓的作用，絕緣附件可能出現(xiàn)電痕化而失去絕緣性能[1]。例如，連接高壓線與變壓器高壓端的高壓引下線終端使用的附件為熱縮管，熱縮管在安裝過程中必須使用明火，且該終端維修時(shí)必須拆下熱縮管；此外，熱縮管阻燃性能較差，不能與高壓引線下護(hù)套層阻燃性能匹配[2]，并可能出現(xiàn)電痕化，存在一定的安全隱患。

本工作研制無鹵阻燃耐電痕化絕緣三元乙丙橡膠（EPDM）自粘膠粘帶，其可完全替代符合JB/T 11329—2013要求的耐電痕化絕緣熱縮管用于高壓引下線的防護(hù)和終端的密封絕緣等，以保證電力電氣線纜運(yùn)行更加安全、可靠、環(huán)保。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，牌號(hào)4725P，美國(guó)陶氏化學(xué)公司產(chǎn)品；微膠囊白度化紅磷，上海洽普化工有限公司產(chǎn)品；氫氧化鋁，雅?；ぃㄉ虾＃┯邢薰井a(chǎn)品；改性高嶺土，江蘇艾特克化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；環(huán)烷油，中國(guó)石油克拉瑪依石化分公司產(chǎn)品；聚異丁烯，牌號(hào)B12，德國(guó)巴斯夫公司產(chǎn)品。

1.2 基本配方

EPDM 100，改性高嶺土 30，氧化鋅 5，硬脂酸 1，環(huán)烷油 10，阻燃劑（變品種）變量，增粘劑（聚異丁烯）變量，其他 5。

1.3 主要設(shè)備與儀器

XK-160B型開煉機(jī) 和XLB-350×350型平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠有限公司產(chǎn)品；WDW-5型拉力機(jī)，濟(jì)南思達(dá)測(cè)試技術(shù)有限公司產(chǎn)品；TZ5081型氧指數(shù)測(cè)試儀和TZ5061型水平垂直燃燒測(cè)試儀，承德市科承試驗(yàn)機(jī)有限公司產(chǎn)品；ZC-90G型高阻計(jì)，上海精密儀器表有限公司產(chǎn)品；BTF-038-50KV型電壓擊穿試驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春市恒越電子科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料在開煉機(jī)上混煉。EPDM塑煉包輥后，按順序加入小料、阻燃劑、改性高嶺土、環(huán)烷油，最后加入增粘劑；物料混合在一起后，調(diào)小輥距，薄通6～8遍，下片。膠料在平板硫化機(jī)上預(yù)硫化，預(yù)硫化條件為100 ℃/10～15 MPa×5 min。預(yù)硫化膠片在（23±5）℃下放置16 h后進(jìn)行輻射硫化，輻射硫化條件為：輻照劑量 3 Mrad，輻照時(shí)間 1 s。

1.5 性能測(cè)試

拉伸性能按照GB/T 528—2009測(cè)試；氧指數(shù)按照GB/T 2406.1—2008測(cè)試；垂直燃燒試驗(yàn)按照GB/T 10707—2008進(jìn)行；體積電阻率按照GB/T 1692—2008測(cè)試；擊穿強(qiáng)度按照GB/T 1695—2005測(cè)試；耐電痕化試驗(yàn)按照GB/T 6553—2014進(jìn)行，電壓為4.5 kV，時(shí)間為6 h；自粘性試驗(yàn)：將200 mm×25 mm×1 mm試樣（拉伸200%）在長(zhǎng)度方向上以50%的搭蓋率纏繞在直徑為30 mm的銅管上，在室溫下放置48 h后查看試樣是否松脫、起邊。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃劑對(duì)膠料性能的影響

2.1.1 微膠囊白度化紅磷

膠粘帶要求無鹵阻燃，其膠料不允許使用含鹵素的高效阻燃劑，同時(shí)含鹵阻燃劑一般含有游離鹵元素，會(huì)提高膠料的電導(dǎo)率，在電壓的作用下，膠料的電腐蝕程度加大，易被電擊穿，導(dǎo)致膠料的耐電痕化性能降低。

單獨(dú)使用無機(jī)阻燃劑氫氧化鋁或氫氧化鎂時(shí)，其用量至少要達(dá)到140份才能使膠料的阻燃等級(jí)達(dá)到V-0，而膠料的絕緣性能和耐電痕化性能隨其用量增大而下降，因此需要并用其他阻燃劑。

紅磷屬于磷氮系阻燃劑，具有高效的阻燃效果，用量小，且與無機(jī)阻燃劑具有協(xié)同效應(yīng)，對(duì)膠料絕緣性能影響較小。但紅磷存在易吸潮、不易保存的缺點(diǎn)，同時(shí)普通紅磷為深紅色，限制了其在淺色產(chǎn)品中的應(yīng)用，因此選用微膠囊白度化紅磷進(jìn)行試驗(yàn)。微膠囊白度化紅磷用量對(duì)膠料性能的影響如表1所示（試驗(yàn)配方：阻燃劑微膠囊白度化紅磷用量為4～13份，未加增粘劑，其余組分和用量同基本配方）。

表1 微膠囊白度化紅磷用量對(duì)膠料性能的影響

從表1可以看出，隨著微膠囊白度化紅磷用量的增大，膠料的氧指數(shù)增大，但微膠囊白度化紅磷用量達(dá)到10份后，膠料的氧指數(shù)不再增大，這與紅磷的阻燃原理有關(guān)。具體而言，在燃燒過程中紅磷在膠料表面形成了一層致密的交聯(lián)碳膜，這層碳膜的阻燃性能良好，并能防止熱分解氣體的揮發(fā)和隔絕燃燒反應(yīng)的供熱，當(dāng)紅磷用量增大時(shí)，碳膜密度增大，對(duì)隔絕熱、氧的作用增大；當(dāng)紅磷用量達(dá)到一定值后，碳膜對(duì)燃燒反應(yīng)起到的隔絕效應(yīng)達(dá)到極限，氧指數(shù)趨于恒定。

綜合得出，微膠囊白度化紅磷適宜的用量為10份。

2.1.2 無機(jī)阻燃劑

為使膠料阻燃等級(jí)達(dá)到V-0，采用無機(jī)阻燃劑與微膠囊白度化紅磷配合使用。常用的無機(jī)阻燃劑為氫氧化鋁和氫氧化鎂。為提高膠料的絕緣性能，無機(jī)阻燃劑選用經(jīng)過表面改性的氫氧化鋁和氫氧化鎂。改性氫氧化鋁或改性氫氧化鎂用量對(duì)膠料性能的影響如表2所示（試驗(yàn)配方：微膠囊白度化紅磷用量為10份，改性氫氧化鋁或改性氫氧化鎂用量為70～110份，未加增粘劑，其余組分和用量同基本配方）。

表2 改性氫氧化鋁或改性氫氧化鎂用量對(duì)膠料性能的影響

從表2可以看出：在改性氫氧化鋁與改性氫氧化鎂用量相同的條件下，改性氫氧化鎂膠料的氧指數(shù)較大，原因在于改性氫氧化鎂在燃燒脫水的同時(shí)形成的氧化膜附著在膠料表面，并成碳膜，使膠料表面形成硬殼，從而有效隔絕氧氣，這與紅磷的阻燃有協(xié)同效應(yīng)；改性氫氧化鋁膠料的阻燃等級(jí)較高，分析認(rèn)為改性氫氧化鋁的脫水溫度較低，在燃燒初期就產(chǎn)生劇烈的脫水反應(yīng)，并促進(jìn)紅磷反應(yīng)，紅磷吸水后分解成磷酸，形成液膜，在脫水與液膜的共同作用下，膠料在燃燒初期的阻燃性較好；改性氫氧化鋁膠料的體積電阻率和擊穿強(qiáng)度較高，這是因?yàn)楦男詺溲趸X極性較低，對(duì)膠料絕緣性能影響較小[3-5]；改性氫氧化鋁膠料的耐電痕化性能較好，因?yàn)楦男詺溲趸X膠料不僅絕緣性能好，而且堆砌系數(shù)大，可以形成大的電路中斷，也就是使碳路中斷[6]，此外改性氫氧化鋁的脫水反應(yīng)較為劇烈，在220～600 ℃之間會(huì)釋放34%的水分，縮水反應(yīng)形成強(qiáng)烈的水蒸氣流可以把沉積在膠料表面的碳粒沖掉，并帶走部分熱量，降低聚合物分解速度和成碳速度，有利于提高膠料耐電痕化性能[7]。因此，適合采用改性氫氧化鋁作主阻燃劑，但其用量不宜過大，否則導(dǎo)致膠料絕緣性能和耐電痕化性能下降。

綜合得出，無機(jī)阻燃劑采用改性氫氧化鋁，其適宜用量為90份。

2.2 增粘劑對(duì)膠料性能的影響

EPDM因分子結(jié)構(gòu)缺少活性基團(tuán)，內(nèi)聚能低，加上配合劑噴霜，其膠料的自粘性和互粘性很差，需要添加增粘劑。增粘劑一般為松香類樹脂、聚萜烯類樹脂、古馬隆樹脂和聚異丁烯等。本研制采用聚異丁烯作增粘劑。聚異丁烯與EPDM相容性良好，不含鹵元素，揮發(fā)性低，不遷移，絕緣性能尤為突出。聚異丁烯用量對(duì)膠料性能的影響如表3所示。

從表3可以看出，隨著聚異丁烯用量的增大，膠料的阻燃性能下降，絕緣性能基本不變，自粘性提高。

表3 聚異丁烯用量對(duì)膠料性能的影響

綜合得出，聚異丁烯的適宜用量為20份。

2.3 優(yōu)化配方

根據(jù)上述試驗(yàn)，確定無鹵阻燃耐電痕化絕緣EPDM自粘膠粘帶膠料的優(yōu)化配方為：EPDM 100，改性高嶺土 30，氧化鋅 5，硬脂酸 1，環(huán)烷油 10，微膠囊白度化紅磷 10，改性氫氧化鋁90，聚異丁烯 20，其他 5。

2.4 成品性能

在生產(chǎn)車間采用55 L密煉機(jī)進(jìn)行膠料混煉：EPDM塑煉后，按順序加入小料、阻燃劑、改性高嶺土、環(huán)烷油混煉，混合均勻后加入聚異丁烯繼續(xù)混煉，混煉最高溫度不超過120 ℃，混煉均勻后卸料?；鞜捘z用塑料薄膜包裹并壓扁后停放12 h，然后切割成條，通過擠出、壓延、貼膜、切割、輻射硫化、成卷等工藝制成無鹵阻燃耐電痕化絕緣EPDM自粘膠粘帶。成品膠粘帶性能如表4所示。

表4 無鹵阻燃耐電痕化絕緣EPDM自粘膠粘帶性能

從表4可以看出，成品膠粘帶各項(xiàng)性能較好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

（1）微膠囊白度化紅磷與無機(jī)阻燃劑改性氫氧化鋁具有阻燃協(xié)同，二者作為阻燃劑以10/90用量比配合使用，可使無鹵阻燃耐電痕化絕緣EPDM自粘膠粘帶膠料獲得較好的阻燃性能、絕緣性能和耐電痕化性能。

（2）聚異丁烯作為增粘劑對(duì)膠料絕緣性能影響較小，但使膠料的阻燃性能下降。

（3）無鹵阻燃耐電痕化絕緣EPDM自粘膠粘帶膠料的優(yōu)化配方為：EPDM 100，改性高嶺土30，氧化鋅 5，硬脂酸 1，環(huán)烷油 10，微膠囊白度化紅磷 10，改性氫氧化鋁 90，聚異丁烯20，其他 5。采用優(yōu)化配方制備的成品膠粘帶阻燃等級(jí)達(dá)到V-0，絕緣性能和耐電痕化性能較好，用戶使用后評(píng)價(jià)良好。