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硫化体系对CSM电缆料性能的影响

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导读硫化体系对CSM电缆料性能的影响
第31卷第2期 化工时刊 Vo1.31,No.2 2017年2月 Chemical Industry Times Feb.2.2017 doi:10.16597/j.cnki.issn.1002—154x.2017.02.010 硫化体系对CSM电缆料性能的影响 朱沛然 赵桂英 代青云 智振兴 张小萍 (徐 ̄H-r_业职业技术学院,江苏徐州221140) 摘要研究了5种硫化体系对氯磺化聚乙烯(CSM,)电缆料性能的影响;通过对电缆料硫化特性、力学性能、老化性 能及阻燃性能的测试及分析。试验结果表明,不同硫化体系胶料硫化时间均较短,TAIC硫化体系胶料加工安全性最 好;TRA硫化体系胶料的硬度、拉伸强度最大,季戊四醇硫化体系胶料具有较好的抗撕裂性能;老化后5种硫化体系 胶料硬度增加,伸长率减小;TAIC硫化体系胶料的氧指数最大,总体来看,TAIC硫化体系电缆料的综合性能最佳。 关键词CSM电缆料硫化体系性能 Effect of The Vulcanization System on Properties of CSM Cable Materials Zhu Peiran Zhao Guiying Dai Qing-yun Zhi Zhenxing Zhang Xiaoping (Xuzhou College of Industrial Technology,Xuzhou,Jiangsu,221 140) Abstract Study on effent of 5 kinds of curing system on the properties of CSM cable materials.By testing and analyzing the vulcanization characteristics,mechanical properties,Aging properties and flame retardant performance of the cable materials,it demonstrated that The curing time of diferent curing systems was shorter,and the TAIC vul— canization system has the best processing safety;the hardness and tensile strength of TRA curing system were the lar- gest;Pentaerythritol vulcanization system has good anti tear performance;after aging.the hardness of ifve kinds of vul— canization system increases and the elongation decreases;The oxygen index of TAIC vulcanization system was the lar- gest,in general,the comprehensive performance of the cable material of TAIC vulcanization system is the best. Keywords chlorosulfonated polyethylene cable materials vulcanization system properties 随着国家重点发展电力工业的需要,电缆产品需 分子结构中的亚磺酰氯基具有反应性,它含有不稳定 求量大幅度增加;作为电缆料,除了具有较好的加工 的叔碳原子及在亚磺酰氯基a一位置上的活性氯原 工艺性能,力学性能、耐老化性能之外,还必须提高其 子,可与金属氧化物、二元胺、多元醇、硫磺、硫脲及过 阻燃性能才能安全使用,电缆料的阻燃性能与人的生 氧化物等发生交联反应;不同硫化体系与CSM交联 命息息相关,阻止火灾发生以及降低发生火灾的伤亡 机理及交联键类型不同,在一定程度上影响硫化物的 率,已成为电线电缆行业的发展方向¨,2 J。 性能 引。 氯磺化聚乙烯(CSM)是以聚乙烯为主原料经氯 采用TRA、季戊四醇、硫磺、TAIC及DCP五种硫 化、氯磺化反应而制得的具有高饱和化学结构的含 化配合体系,对比分析不同硫化体系对CSM电缆料 氯、硫元素的特殊弹性体,属高性能特种橡胶品种;具 加工工艺性能、力学性能、老化性能及阻燃性能的影 有优异的耐臭氧性、耐候性、耐热性、难燃性、耐水性、 响,为进一步探索和开发CSM高性能硫化配合体系 耐化学药品性、耐油性、耐磨性等;因此在电线电缆、 提供参考。 防水卷材、汽车工业等领域已得到广泛应用 J。CSM 收稿日期:2017—02—14 基金项目:2016年江苏省高等学校大学生创新创JkUfl练计划项目,项目编号:201613107002Y。 作者简介:朱沛然(1997~),男,本科在读;通讯作者:赵桂英(1969一),女,副教授,主要研究方向为橡胶、塑料、复合材料。 一3O一 朱沛然等硫化体系对CSM电缆料性能的影响 Ⅱ塞验部 氯磺化聚乙烯:连云港金泰达橡胶材料有限公司 生产,牌号CSM3550,氯含量为35%,硫含量为 1.5%;四硫化双戊亚甲基秋兰姆(TBA)、二硫化二苯 2017.Vo1.31,No.2■冒匝盈 酸、防老剂、微晶蜡一包、下片。 钛白粉、三氧化二锑一氢氧 化铝、酯类增塑剂DOP交替加入,混合均匀,打三角 母炼胶制备完成后,平均分成5份,将母炼胶包 辊后并留有少量堆积胶,加入不同的硫化体系,如氧 化镁、促进剂DM、NA一22(促进剂TRA、季戊四醇、 1.1主要原材料 并噻唑(DM)、1,2一亚乙基硫脲(NA一22),连云港 硫磺、DCP、TAIC)一割胶使其混合均匀,打三角包 连连化学有限公司,工业级;季戊四醇、三烯丙基异三 — 下片。 聚氰酸酯(TAIC),上海方锐达化学品有限公司;氢氧 1.4.2硫化试样 化铝:沧州鑫诚盛化工有限公司;阻燃剂:石家庄市 将混炼胶在室温停放24 h后,采用平板硫化机 茂丰化工有限公司;氧化镁、硬脂酸、DCP:中国石化 进行硫化试样的制备;硫化条件为:温度:170℃,时 南京化工厂;硫磺、促进剂、防老剂、软化剂类等为市 间:T90,压力:15 MPa。硫化后的试片在室温下停放 售产品。 l2~36 h,采用冲片机进行冲裁及性能i贝0试。 1.2基本配方 1.5性能测试【5 CSM 100份,微晶蜡1份,硬脂酸1份,氢氧化铝 按照国家标准要求进行相关性能的测试;其中硫 55份,阻燃剂6份,软化剂l0份,防老剂2.5份,硫 化特性测试温度设定为170℃,压力为0.35—0.6 化体系为变量,有5种不同类型,如表1所示。 Mpa;老化性能测试条件为:温度为120℃,时间为70 表1 CSM电缆料的硫化体系 h;阻燃试验采用氧指数测试方法。 Table1 the vulcanization system of CSM cable material 配方l#2#3#4#5# 日缠墨 过 堕 签墨二二== igO 20 8 4 4 4 2.1 硫化体系对CSM电缆料硫化特性的影响 促进剂TRA 2.5 1.5 2 2 2 硫化体系对CSM电缆料硫化特性的影响见 促进剂DM 0.5 2 表2。 促进剂NA一22 0.3 表2硫化体系对CSM电缆料硫化特性的影响 季戊四醇 3 Table 2 Impact of the vulcanization system on the 硫磺 l vulcaniaztion characteristics of the CSM cable materials IIAIC 1 2 DCP 3.5 …190 00/s 1.3主要设备与仪器 1# 39 158 365 4.45 0.11 开放式炼胶机XK一160、平板硫化机QLB一 2# 32 112 259 3.23 0.14 50D/Q均为无锡市第一橡塑机械有限公司;无转子 3# 4_4 222 487 7.7O 0.34 4撑 63 336 694 3.1l O.10 硫化仪GT—M2000一A:台湾高铁科技股份有限公 5# 39 175 441 2.83 O.12 司;高低温拉力试验机GT—AI一7000一GD:台湾高 铁科技股份有限公司;热老化实验箱RLH一225:南 从表2可以看出,2撑硫化体系胶料的T10最小, 京五和试验设备有限公司;冲片机CP一25、邵氏硬度 说明该硫化体系胶料焦烧时间最短,硫化操作安全性 计:江都市试验机械厂;JF一3氧指数测试仪:南京江 较差,不易充满模腔;4#硫化体系胶料的焦烧时间 宁区分析仪器厂。 T10适中,加工安全性好,不易焦烧;5种硫化体系胶 1.4试样制备 料的T90相差较大,其中2群硫化体系胶料的正硫化 1.4.1混炼胶制备 时间最短,为1 12 s,4#硫化体系胶料的工艺正硫化时 母炼胶制备:先调节双辊开炼机辊距至0.1 mm, 间最长,达到336 s;但总体来看,5种硫化体系胶料 加CSM塑炼薄通5次一调整辊距包辊一硬脂 的正硫化时间均较短,有利于节约能源,提高生产 一31— ■置圃2017.Vo1.31,No.2 效率。 2.2硫化体系对CSM电缆料力学性能的影响 硫化体系对CSM电缆料力学性能的影响见 表3。 表3硫化体系对CSM电缆料力学性能的影响 Table 3 Impact of the vulcanization system on the mechanical properties of the CSM cable materials 力学性能、_: \体系 1 # 2# 3{} 4… # 5… # 硬度(邵A) 68 67 67 65 63 拉伸强度/MPa 14.33 l1.45 13.81 11.76 11.63 300%定伸应力/MPa 2.94 2.87 3.o2 2.52 2.22 扯断伸长葺萎/(%) 528 514 532 593 610 撕裂强度/kN/m 25.94 26.39 25.25 25.02 23.12 永久变形/(%) 37 38 37 40 40 从表3可以看出,1#硫化体系胶料的硬度最大, 达到68,5撑硫化体系胶料的硬度最小,为63,2#和3# 硫化体系胶料的硬度相同;l#硫化体系胶料的拉伸强 度最大,2#硫化体系胶料的拉伸强度最小,伸长率最 大的是5撑硫化体系胶料,2撑硫化体系胶料的伸长率 最小;300%定伸应力最大的3#硫化体系胶料;最小 的是5#硫化体系胶料。撕裂强度最大的是2#硫化体 系胶料,达到26.39N/mm,5#硫化体系胶料的撕裂强 度最小,为23.12 N/mm,其余3种硫化体系胶料的撕 裂强度相差不大;说明在配方中采用氧化镁/TRA/ 季戊四醇共硫化体系能改善胶料的撕裂性能,胶料 在老化作用或受到尖锐物的撞击时不易产生裂口、 破损。 2.3硫化体系对CSM电缆料老化性能的影响 硫化体系对CSM电缆料老化性能的影响见 表4。 由表4可知,经过120 oC,7O h的热空气老化后, 5种硫化体系胶料的硬度均有所增加,其中5#硫化体 系胶料的硬度变化值最大,其余4种硫化体系胶料的 硬度变化值相差不大;4#、5#硫化体系胶料老化后拉 伸强度大于老化前,其它3种硫化体系老化后拉伸强 度均有所下降,其中1#硫化体系胶料的拉伸强度变 化百分率最大;5种硫化体系胶料老化后伸长率均较 老化前明显减少,其中3#硫化体系胶料伸长率变化 百分率最大,为一22%,4样硫化体系胶料伸长率变化 百分率最小,为一11%;老化后5种硫化体系胶料 一32— 工艺试验{Technology&Experiment} 300%定伸应力明显大于老化前。 表4硫化体系对CSM电缆料老化性能的影响 Table 4 Impact of the vulcanization system on the mechanical properties of the CSM cable materials after aging 硬度(邵A) 75 73 73 72 74 拉伸强度/Mpa 12.73 10.91 13.57 12.97 11.83 300%定伸应力/MPa 7.06 5.39 5.94 5.26 5.41 扯断伸长率%429 442 415 529 478 永久变形% 4O 40 36 52 44 硬度变化值 +7 +6 +6 +7 +11 度 化 一11 —5 —2 +1o +2 百分率/(%) 伸长率变化百分率 一19 一l4 —22 一l1 —21 2.4硫化体系对CSM电缆料阻燃性能的影响 目前i贝0试橡胶阻燃性的方法有:垂直燃烧法、水 平燃烧法和氧指数法;。氧指数法就是在规定的实验 条件下,在氧氮}昆合气流中,测定刚好维持试样燃烧 所需的最低氧浓度;一般氧指数大于27%的为高难 燃材料;氧指数小于22%的为易燃材料;氧指数在 22%~27%范围内的为难燃材料 J。硫化体系对 CSM电缆料氧指数的影响见表5。 表5硫化体系对CSM电缆料氧指数的影响 Table 5 Impa ̄of the vulcanization system on the oxygen index of the CSM cable material 燃烧性 伸2# #4#5栉 氧指数/(%) 31.8 30.1 31.7 31.9 31.3 从表5可以看出,2#硫化体系胶料的氧指数最 小,电缆料阻燃性较差,而4#硫化体系胶料的氧指数 最大,电缆料阻燃性最好;总体来讲,硫化体系对 CSM电缆料阻燃性的影响不大。 日结 (1)5种硫化体系胶料正硫化时间均较短,有利 于节约能源,提高生产效率,其中4#硫化体系胶料的 焦烧时间T10适中,加工安全性好,不易焦烧。 (2)l#硫化体系胶料的硬度、拉伸强度最大;5# 硫化体系胶料的伸长率最大,2#硫化体系胶料的撕裂 强度最大,抗裂口扩展性能最好。 (下转第50页) ■目雹殂2017.VoI.31,No.2 教改论坛 物浓度和碱液浓度均有关,而El反应的速率仅与反应 效果。 物浓度有关。同样将消除的X和H类比为丙、丁两 人,将反应物类比为一个集体,碱液类比为诱惑因素。 日缝 E2反应中,集体外的诱惑首先诱导丁离开集体, 通过类比法学习有机化学中对亲核取代、消除反 同时丁又鼓动丙离开集体,即一OH逐渐接近B—H 应等一些反应机理,我们发现,各类有机化学反应机 并与之结合,同时X带着一对键合电子逐渐离开中 理之间都有着直接或间接的联系,如果我们能控制好 心碳原子,反应。此时的集体显然不会稳定,即形成 各类有机物之间相互转化的反应条件,就能很好的实 不稳定的过度态。随着丁和丙最后离开,集体会迅速 现它们之间的相互转化。由此可以看出:各类有机化 改变自身的结构以维持内部稳定,即旧键完全断裂新 合物之间都是相互联系的,所以它们的反应机理也都 键完全生成后得到烯烃。在离开集体的过程中,为了 是有着相似性的,我们完全可以通过类比法来进行各 对集体造成更小的影响,丙和丁不能在同一部门,即 种反应机理之间的学习。在进行有机化学课程教学 E2消除一般为反式消除。 时,我们正好可以利用类比法对知识进行深入浅出的 El反应中,丙首先自觉离开集体,致使集体结构 讲解,在激发学生们的学习兴趣的同时又可以提高学 空缺,即X离去卤代烃解离为碳正离子形成过渡态 习效率,帮助学生们更好的掌握有机化学的机理和 I。丙离开后集体会进行适当调整,即El反应中常 原理。 常伴随着碳正离子的重排。诱惑因素对丁产生作用 后丁试图离开又会造成集体的不稳定而形成过渡态 参考文献 Ⅱ,最后集体进行自我调整得到烯烃。 [1]陆军.新课程高中化学必修教科书中的科学方法体系 2.3其他反应机理的类比 [J].中学化学教学参考,2007,No.28707:8—11. 除了在以上所述的亲核取代反应机理和消除反 [2]王德全,陈林峰.类比法在大学物理教学中的应用[J]. 应机理中采用类比法,在马氏规则与反马氏规则,电 中国电力教育,2011,08:94~95. 子离域与共轭体系等复杂难懂的有机化学机理教学 [3]郑小慧.类比法在圆锥曲线教学中的运用[J].科教文 讲解过程中也可利用不同的类比进行生动形象的讲 汇(下旬刊),2012,03:113一l15. [4]王萍.类比思维在化学教学中的应用[D].苏州大学, 解,从而达到“深入浅出、增加印象”的效果,类比法 2010. 在这些知识点教学过程中的应用,可以先以一个众所 [5] 陈玉.对比教学法在有机化学教学中的应用[J].化学 周知的典故或一个通俗易懂又不缺乏趣味的小故事 工程与装备,2012,08:229~232. 类比其中的某一个反应机理,再用这个反应机理去类 比另外相似或相反的反应机理,从而达到发散记忆的 (上接第32页) (3)经过120℃,70 h的热空气老化试验,5种硫 建筑设备与建筑材料,2007,27(S1):198. 化体系胶料均呈现硬度增加,伸长率减小的趋势,4#、 [3] 田维生.SABS认证矿缆用RS6型CSM护套的配方研究 5#硫化体系胶料老化后的拉伸强度大于老化前,4#硫 [J].安徽化工,2013,39(6):44—46. 化体系胶料的伸长率变化百分率最小,胶料的氧指数 [4]林孔勇摘译.氯磺化聚乙烯加工技术[J].橡胶译丛, 最大;总体来看,4#硫化体系胶料的综合性能最佳。 1996.01:43—52. [5]赵桂英,王忠光.高分子材料性能测试技术[M].北京: 参考文献 化学工业出版社,2013,08. [6]张殿荣,辛振祥.现代橡胶配方设计[M].北京:化学工 [1]刘玲,叶卫哄.无卤阻燃聚烯烃电缆料的发展状况[J]. 业出版社,2002,09. 石化技术与应用,1999,17(1):40 ̄43. [2]杨柳松,冯正祥.浅析阻燃电线电缆的概况与发展[J]. 一50一 

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