紅色粉對(duì)三元乙丙橡膠絕緣材料性能的影響

李茁實(shí)，金志健，吳淑龍(寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225800)

0 引言

三元乙丙橡膠(EPDM)是乙烯、丙烯以及少量非共軛二烯烴的三元共聚物，因其主鏈?zhǔn)怯苫瘜W(xué)穩(wěn)定的飽和烴組成，只在側(cè)鏈中含有不飽和雙鍵，故其具有優(yōu)異的電絕緣性能、耐候、耐臭氧、耐熱、耐水蒸氣等性能[1-2]，在電氣工程領(lǐng)域是橡膠電線電纜絕緣材料重要的基材之一[3]。EPDM作為絕緣材料，通常由乙丙橡膠、補(bǔ)強(qiáng)劑、軟化劑、防老劑、阻燃劑、加工助劑等配方組分組成[4-5]，其作為橡膠儀表電纜、控制電纜絕緣材料使用時(shí)，往往有分色要求(紅、黑、棕、白等)，故其配方中須添加不同種類(lèi)及不同比例的色粉，以制備出不同顏色的橡膠絕緣材料。筆者在開(kāi)發(fā)不同分色的橡膠絕緣料試制儀表電纜(1×2×0.5 mm2)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)絕緣工序中，紅色線芯表面較為粗糙，先期經(jīng)過(guò)設(shè)備排查(主要是溫控系統(tǒng)精度)、工藝優(yōu)化(溫度區(qū)間從90～110 ℃調(diào)試)，其外觀粗糙問(wèn)題依舊，由于問(wèn)題集中出現(xiàn)在紅色線芯，文章擬對(duì)紅色粉與潤(rùn)滑劑的兼容性、不同粒徑紅色粉、色粉品種及表面活化方式等因素對(duì)三元乙丙橡膠絕緣材料的常規(guī)性能、轉(zhuǎn)矩加工性能、擠出表面的影響進(jìn)行分析與研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料及配方

三元乙丙橡膠：3722 P；陶氏化學(xué)：100 phr；氫氧化鋁阻燃劑：hw-1；山東鋁業(yè)：135 phr；白炭黑：濟(jì)寧青云化工，15 phr；氧化鋅：臺(tái)懋實(shí)業(yè)，5 phr；過(guò)氧化二異丙苯(DCP)：市售，2.5 phr；防老劑RD：華星宿遷，1.5phr；石蠟油：2#，昆侖石化，4phr；紅色粉：氧化鐵紅/大分子紅，市售，0.4phr；硅烷A172：市售，1.5phr。phr是否正規(guī)表述方式？

1.2 主要設(shè)備

雙輥開(kāi)煉機(jī)：LABTECH，型號(hào)LRMR-S-150/EW；平板硫化機(jī)：LABTECH，型號(hào)LP-S-50；氧指數(shù)測(cè)試儀：南京江寧分析儀器有限公司，型號(hào)JF-3；門(mén)尼粘度儀：埃爾法，型號(hào)MV2000；無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀：埃爾法，型號(hào)MDR2000；體積電阻率儀：型號(hào)ZC36，上海第六儀表廠；老化箱：型號(hào)RL200，常熟環(huán)境儀器廠。

1.3 樣品制備

按配方稱取各組分，依次加入到開(kāi)煉機(jī)上，將混合物在雙輥開(kāi)煉機(jī)上90 ℃混煉10 min，最后加入DCP，混煉1 min；出片后在平板硫化機(jī)上180 ℃/15 min后壓制成所需測(cè)試材料膠片。

1.4 測(cè)試與表征

機(jī)械性能按GB/T 528測(cè)試，熱延伸按GB/T2951.21測(cè)試，氧指數(shù)按GB/T 2406.2測(cè)試；體積電阻率按GB/T 1410測(cè)試，硫變按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，門(mén)尼粘度按GB/T1232測(cè)試。

2 結(jié)果和討論

2.1 潤(rùn)滑劑與色粉相容性驗(yàn)證試驗(yàn)

通常來(lái)講，潤(rùn)滑劑對(duì)色粉的分散、顯色度及性能都有一定的影響[6]，我們選取了4個(gè)配方組分的石蠟油進(jìn)行經(jīng)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)性能對(duì)比見(jiàn)表1?？梢钥闯?，隨著潤(rùn)滑劑份數(shù)的增加，材料強(qiáng)度上升，伸長(zhǎng)率下降，體積電阻率有輕微提高，氧指數(shù)下降，6phr以上時(shí)，表面顏色顯色度會(huì)有所增強(qiáng)，但潤(rùn)滑劑的添加量對(duì)擠出絕緣表面無(wú)明顯影響，需進(jìn)一步排查色粉自身對(duì)擠出工藝的影響。

2.2 不同粒徑紅色粉對(duì)絕緣性能影響試驗(yàn)

我們選取了市場(chǎng)上主流的4種粒徑范圍的氧化鐵紅色粉進(jìn)行性能驗(yàn)證，并以不添加色粉的本色絕緣料作為比對(duì)樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，轉(zhuǎn)矩流變曲線如圖1所示。

表1 不同含量潤(rùn)滑劑對(duì)絕緣材料性能的影響

可看出，五組配方隨著色粉的添加及粒徑變小，絕緣材料強(qiáng)度(伸率)呈略微提高(下降)的趨勢(shì)，電性能、硫變性能、氧指數(shù)變化較小，均符合材料企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；從轉(zhuǎn)矩流變圖可看出，去除色粉的配方，同樣條件下，扭矩最低，擠出材料外觀光滑，說(shuō)明紅色粉的添加對(duì)絕緣擠出表面有重要影響；不同粒徑的紅色粉品種，在相同的添加比例下，紅色粉2 (D50：9～11 μm)的配方，最高扭矩最小(80 Nm)，電流最低，表面平滑、光亮，擠出外觀得以明顯改觀，為最佳色粉添加方案。

表2 不添加色粉及不同粒徑色粉對(duì)絕緣性能影響

圖1 不同紅色粉添加材料轉(zhuǎn)矩流變曲線圖

2.3 色粉的種類(lèi)及表面活化方式對(duì)膠料性能影響試驗(yàn)

選用兩種色粉(有機(jī)大分子紅、無(wú)機(jī)鐵氧紅)以及用硅烷A172對(duì)色粉進(jìn)行表面改性，經(jīng)測(cè)試，主要性能幾無(wú)變化，外觀無(wú)明顯改觀，詳細(xì)數(shù)據(jù)及圖表略，基本排除色粉品種及表面活化對(duì)材料擠出表面及性能的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)紅色粉對(duì)三元乙丙絕緣材料性能的影響研究發(fā)現(xiàn)：

(1)潤(rùn)滑劑對(duì)膠料的顯色性及機(jī)械性能稍有影響，但對(duì)擠出表面的外觀改良無(wú)明顯效果；

(2)色粉的粒徑對(duì)擠出轉(zhuǎn)矩性能有影響，表現(xiàn)在外觀平滑度上顯著不同；紅色粉粒徑D50在9～11 μm范圍時(shí)，紅色膠料擠出外觀有明顯改良，獲得有效工藝改良配方。

(3)色粉的品種種類(lèi)(有機(jī)、無(wú)機(jī))、色粉的表面活化方法，對(duì)擠出外觀平滑度及主要性能幾乎沒(méi)有影響。