乙丙橡胶在电线和电缆中的应用.docx
《乙丙橡胶在电线和电缆中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乙丙橡胶在电线和电缆中的应用.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
乙丙橡胶在电线和电缆中的应用
乙丙橡胶
简介
乙丙橡胶以乙烯和丙烯为原料，是Zeigler-Netta立体有规催化体系开发后发展起来的一种通用合成橡胶。
目前已知商业化生产方法：
溶液聚合法、悬浮聚合法、和气相聚合法。
分类：
二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶（根据第三单体分：
E型、H型、D型）。
由于良好的耐热性、耐老化性、耐候性、耐酸碱性、耐水蒸气性、耐极性溶剂、以及优异的电绝缘性使其在许多方面获得了广泛的应用。
乙丙橡胶主要性能的配合
耐热性
影响橡胶耐热的主要因素是热氧老化，由于乙丙橡胶分子主链饱和侧挂基中含有少量的不饱和键所以其耐热性好。
在130℃下可长期使用，在150℃或更高一些温度下可简段或短时间使用。
二元的优于三元乙丙橡胶。
并且热氧老化对温度敏感，温度每提高10℃老化速度大约增加1倍。
影响因素：
（1）生胶选择
（2）硫化体系（最好选择过氧化物硫化体系）
（3）软化剂（操作油）：
石蜡烃油耐高温老化性能好（应控制在40份以内）
（4）防老剂（用量2-4份）：
最普通的是自由捕捉剂如防老剂RD、BLE、246等，防老增效剂MB、MTL。
除了使用防老剂外，并用5-10份氯化橡胶如CR或Hypalon40等也可提高胶料的耐热性。
（5）填充剂：
炭黑一般选中补强或低补强性如N550、N774，无机填料滑石粉、煅烧高岭土等部分代替炭黑，且耐热性好。
（6）含胶率
耐寒性
乙丙橡胶是柔顺性好的非极性橡胶，玻璃化温度低，低温性能好最低使用温度是-50℃以下。
用脆性温度表征其低温性能。
影响因素:
（1）生胶的乙烯含量和分子量分布：
含有40%-60%的乙烯时具有最低的玻璃化温度，分子量分布窄的好。
（2）补强剂：
采用低或中补强剂。
（3）软化剂：
可提高胶料的低温性能，采用合成酯类（DOS、DBS、DOA、DBP、DCP）考虑与胶的相容性应控制用量，与乙丙橡胶相容很好的可大量填充中粘度环烷油、石蜡油。
（4）硫化体系：
过氧化物硫化比硫磺硫化好。
耐天候性
暴露在大气环境中橡胶材料长期阳光照射、热氧、臭氧、湿热等多种因素综合作用产生性能的劣化，将其称为天候老化。
橡胶材料天候老化指光老化。
在阳光照射下，橡胶吸热而升温，黑色胶料升温更为显著，所以光老化的同时伴随着热氧老化的发生。
（1）生胶：
二烯烃含量越高耐天候性越差。
（2）填充剂：
炭黑本身是强的紫外线吸收剂，应配合相应的防老剂或紫外屏蔽剂可改善耐日光老化如胺类防老剂、防老剂NBC；浅色或彩色胶料通常使用二氧化钛、氧化锌。
耐臭氧性能
臭氧老化是高电子云密度的地方发生臭氧亲电子性反应，因此饱和橡胶或具有吸电子基团的橡胶与臭氧的反应性较低，耐臭氧性越好。
在夏季臭氧老化严重。
臭氧老化与应力作用密切相关。
在没有应力作用下，臭氧在橡胶表面反应使其失去光泽，俗称“泛白”。
一般情况下乙丙橡胶并不需要再添加任何臭氧防护助剂就已具有很好的耐臭氧效果。
电绝缘性
通常采用介电常数、介电损耗来评价橡胶材料抗低电场强度能力，而介电强度、击穿电压来评价抵抗高强度电场能力。
影响因素：
（1）生胶：
例如应用于电缆电线：
①为了获得良好的挤出性能选择低粘度宽分布的生胶。
②为获得良好的物理机械性能选择高乙烯含量。
③为获得耐热好乙烯含量不宜太高。
④对于介电损耗低的填充量应不大。
乙丙橡胶中催化剂离子的残留量越小绝缘性越高。
（2）补强填充剂：
炭黑粒子不利于绝缘，高绝缘性胶料不使用炭黑；无机填充剂绝缘性好，绝缘乙丙橡胶总采用白炭黑、滑石粉、碳酸钙、陶土、氢氧化铝等；一般随着氢氧化铝用量增加体积电阻率下降表面电阻率下降而介电常数增加介电损耗增加击穿电压值增加并可有效提高乙丙橡胶抗漏电起痕作用。
低填充量可得低介电损耗，配方中配合硅烷偶联剂用量控制在3份以内。
（3）软化剂：
石蜡油应用最广，DOA极性增塑剂（己二酸二辛酯）不可用于乙丙橡胶中。
（4）硫化剂：
硫磺存在不利于绝缘，采用过氧化物硫化。
阻燃性
乙丙橡胶属于易燃橡胶，需要配合阻燃剂或并用阻燃弹性体才可达到阻燃效果。
配合原则：
（1）配合大量的白炭黑、碳酸钙、滑石粉、陶土、硫酸钡等无机填料比配合易燃炭黑的乙丙橡胶阻燃好。
（2）用氯化石蜡作增塑剂的胶料阻燃性好较石蜡油其他增塑剂，但与乙丙橡胶相容性差。
（3）氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌属于环保型无机阻燃剂，但阻燃效果一般，需要大量的填充才获得高的阻燃效果。
（4）单用三氧化锑不能明显改善阻燃性能，与含卤阻燃剂并用有协同作用，阻燃效果好，应用广泛。
（5）EPDM与CR、CPE、CSM、EVA等阻燃性效果好的弹性体并用，可相应提高阻燃性。
耐水和耐水蒸汽性
由于本身高饱和性和非极性特征，具有疏水性，对水、过热水、水蒸气有很好的抵抗性。
影响因素：
（1）生胶：
选择乙烯含量较高（约60%），二烯烃含量适中，分子量分布较窄或适中。
（2）选过氧体系硫化。
（3）补强采用中等或低补强炭黑如N550、N770，也可并用耐热性无机填充剂煅烧陶土、滑石粉。
（4）含胶率应较高（约40%）增塑剂尽量少用，操作助剂最好选高沸点低挥发性石蜡油或饱和低分子聚合物如PE蜡、液体乙丙橡胶。
（5）应配合耐热防老剂如防老剂RD、防老剂H。
耐化学药品性
乙丙橡胶化学稳定性好，与多数化学药品不发生化学反应，与极性物质之间不相容或相容性很小。
耐油性
对一般的非极性矿物油和燃油不具有抗耐性，并能被该类油溶胀而失效。
这也是乙丙橡胶性能上最大的缺陷。
配合中应注意问题：
（1）生胶选择高分子量、高乙烯含量、高ENB含量的牌号，虽不能从根本改变耐油差问题但可溶胀度减小。
（2）硫化体系对耐油性作用不大，但提高交联可减缓溶胀作用，溶胀度减小。
（3）与CR、NBR、CSM等耐油橡胶并用可改善耐油性。
（4）与PE、PP等结晶性塑料并用也可是耐油性改善。
乙丙橡胶加工工艺
塑炼
乙丙橡胶一般情况下不需要进行塑炼可直接混炼加工，若为了满足某些特殊性能要求将胶料塑炼可采用薄通法为好。
高温塑炼比低温塑炼效果明显且分子量分布明显加宽。
混炼
各种原材料特性：
（1）生胶在包辊时对温度敏感，在温度允许范围内，为使填充剂快速均匀分散，混炼温度应高于一般合成橡胶。
（2）为防止焦烧硫磺最后阶段加入，且加入硫磺时胶料温度在100℃以下。
（3）氧化锌极易混入且分散困难，所以加氧化锌时最好预先造粒。
（4）补强剂和填充剂：
是用量最大的配合剂，炭黑采用分批投料方法，填充剂先进行化学表面预处理再使用。
（5）增塑剂：
油类操作剂会降低胶料粘度不利于炭黑分散，应与炭黑分开加入，现加炭黑后加油。
开炼机混炼时加入硬脂酸还可减轻粘辊程度。
（6）促进剂：
为防止发生促进剂粉尘飞扬最好在使用前造粒，混炼必须均匀分散好否则发生“喷霜”现象。
密炼机混炼特点：
混炼周期短，生产效率高。
冷却、过滤、停放
胶料混炼后必须冷却，否则在贮存时发生焦烧和粘连现象，胶片冷却时涂上隔离剂。
除了原料可能带入杂质，在配炼时也能掺入某些杂质，所以为防止焦烧对不加硫化剂、促进剂、发泡剂的母炼胶进行过滤加工。
与其他橡胶一样，胶料混炼或过滤后一般要停放2小时后才能使用，必须遵循“先进先出”的原则。
挤出
挤出又称为压出，通常在热喂料或冷喂料螺杆挤出机进行的。
（1）挤出胶料的配合：
①生胶：
具有较高乙烯含量（低丙烯含量）乙丙橡胶挤出性能好，但也只赋予低温下生胶强度，其胶料在80℃时表现热塑性失去抗塌陷能力，高分子量则赋予热胶生胶强度，所以通常高乙烯含量和高分子量的并用；分子量分布宽挤出物表面光滑度、棱角、及边缘圆滑度较好。
②适当增加炭黑补强填充量可以提高挤出速度、改善挤出物外观、减小挤出口的膨胀、降低挤出后制品尺寸收缩率；但高补强炭黑增加易造成焦烧，所以多数情况下多使用低补强性。
③浅色无机填料
一般认为增加浅色无机填料会（陶土、碳酸钙、滑石粉等）会使乙丙橡胶挤出性能变差，但适当加入预先活性处理或粒径小的无机填料对乙丙橡胶挤出性能影响不大但能减小挤出物膨胀率降低胶料成本（如超细活性碳酸钙也叫白艳华、超细活性滑石粉、超细活性陶土）。
④增塑剂：
能降低胶料粘度和硫化胶的硬度，有利提高挤出速度。
⑤选择合适硫化剂和促进剂否则挤出时易发生喷霜或焦烧。
压延
根据不同压延工作方式分为：
压片、贴合、压型。
乙丙橡胶压延胶料配合原则：
（1）生胶分子量较低，胶料门尼粘度较低则压延制品收缩率较低，表面较为光滑；生胶分子量分布较宽的具有较好的压延操作性能。
（2）乙烯含量中等或偏高的生胶，有利于提高压延速度和表面光滑度。
但乙烯含量过高会造成乙丙橡胶包辊下降，降低压延胶料的热胶强度和黏着性。
（3）增大乙丙橡胶填充量可以减小压延胶片的收缩率和气泡产生。
（4）乙丙橡胶自黏性和黏着性差，所以应适当加入操作油或树脂类增粘剂。
（5）压延操作温度较高（约70-100℃），因此选择硫化剂和促进剂应具有好的焦烧性。
硫化
乙丙橡胶硫磺硫化是在促进剂和活性剂（氧化锌和硬脂酸）存在下热分解产生硫桥并取代第三单体上烯丙基不稳定氢原子形成悬挂交联母体再经过歧化、脱硫最后烯烃分子形成交联网构，这是离子型反应机理。
乙丙橡胶过氧化物硫化，过氧化物热分解产生自由基夺取乙丙橡胶烯丙基或分子主链上不稳定的氢原子形成大分子自由基，并最终形成交联网构，这是典型的自由基反应机理。
硫化方法：
硫化罐蒸汽硫化（分为直接硫化和间接硫化）、模型硫化（分为模压硫化和注压硫化）、连续硫化（盐浴硫化、微波硫化、热空气硫化、沸腾床硫化、剪切机头硫化）。
硫化温度、时间、压力是硫化三要素，硫化温度直接影响硫化速度和产品质量，硫化温度高可以提高硫化速度和生产效率缩短硫化时间，反之，硫化速度慢生产效率低；乙丙橡胶在有无压力下都可以硫化，但大多数模型制品是在压力下硫化，随着压力增加许多物理机械性能（如强度、动态模数、耐疲劳性、耐磨性等）都相应增加，但压力过高会使分子链破坏，物理机械性能变差；硫化是一个交联过程需要一定时间来完成，硫化时间过短会造成欠硫，硫化时间过长会发生过硫造成物理机械性能变差。
粘合
乙丙橡胶分子链缺少活性基因，分子内聚能小，其自黏性和互黏性差。
未硫化胶自黏和互黏：
一般方法是热帖法，涂溶剂或胶黏剂贴合。
硫化胶自黏有俩种方法：
一种是在硫化胶黏合面之间放入未硫化的橡胶或胶黏剂，在加热加压条件下黏合；另一种方法是在硫化胶需要黏合的表面涂一层胶黏剂，互相贴合加压使其自然固化。
乙丙橡胶的并用
（1）并用考虑因素：
相容性、分散性、共硫化性
（2）并用的目的：
降低乙丙橡胶成本、改进乙丙橡胶某些使用性能、改善乙丙橡胶加工性能。
（3）并用与配合：
①EPDM与NR大多数情况下是为了降低胶料的成本，并用胶硫化胶的拉伸性能降低，但其耐臭氧性好；②EPDM与SBR并用胶提高了SBR耐臭氧性耐老化性能，尤其对浅色制品更能发挥其优势；③EPDM与CR并用：
在过氧化物硫化的EPDM胶料中加入少量的氯丁橡胶或其他氯化聚合物有助于改善EPDM的耐热性这种技术已应用于电缆的胶料中；④EPDM与NBR并用可提高NBR耐臭氧性、耐候性、低温性能、介电性能，⑤EPDM与IIR并用可改善IIR加工性能（如胶料收缩大、滞热生热大、加油后易粘辊等）、改善IIR内胎老化发黏问题、部分改进IIR耐臭氧性、防止未硫化IIR拉伸状态下产生龟裂、改善EPDM抗透气性能、提高EPDM阻尼性能；⑥EPDM与MVQ并用改进了EPDM抗湿电性能和耐热性扩大了EPDM高温应用范围，提高硅橡胶拉伸强度和撕裂强度；⑦EPDM与FKM并用可以改善氟橡胶制品耐低温性、耐高PH值液体、及耐甲乙酮和甲苯混合溶剂性能，还可以降低氟橡胶成本，但其耐油性下降只适用于要求中等耐油制品。
乙丙橡胶改性
主要包括：
卤化乙丙橡胶、氯磺化乙丙橡胶、顺酐改性EPDM、丙烯腈改性EPDM、丙烯酸酯改性EPDM
乙丙橡胶在电线和电缆中应用
乙丙橡胶由于高度的耐老化性、优秀的耐臭氧性能、较高的热稳定性、好的耐热老化性能、优异的耐天候性、良好的耐化学药品性、耐油性、卓越的耐水、耐过热水、及耐水蒸汽性、优异的电绝缘性（介电损失极低、耐电晕性也好），使用寿命是其他橡胶的8-10倍；即乙丙橡胶正逐渐代替NR、IIR、CR等，用于高压、中压、低压电线电缆绝缘层（护套）。
（1）阻燃电缆典型配方：
原料名称
份数
EPDM（DutralTER4033SC）
100
氧化锌
5
防老剂124
2
氢氧化铝
200
石蜡
5
硅烷偶联剂A-172
2
助交联剂TAC
1.5
过氧化物（含量40%）
2.5
合计
318
硫化胶性能（165℃*40min）
H
89
TS
13
EB
180
氧指数
30
老化后（150℃*7d）
TS保持率%
116
EB保持率%
85
原料名称
份数
EPM（DutralCT053）
100
氧化锌
5
硬脂酸锌
2
防老剂（Naugard495）
3
氢氧化铝
180
碳酸镁
20
石蜡油
8
低分子聚乙烯
2
硅烷偶联剂A-172
2
助交联剂TAC
2
过氧化物（含量40%）
6
合计
330
硫化胶性能（165℃*40min）
H
75
TS
7
EB
230
压缩永久变形（200℃*20min）/%
34
体积电阻率
4*1014
氧指数
35
阻燃等级
V-0
老化后（150℃*14d）
TS保持率%
110
EB保持率%
93
（2）低压电缆（乙丙绝缘层）
原料名称
份数
EPDM（Keltan5580）
100
氧化锌
10
硬脂酸
2
微晶石蜡
4
沉淀法白炭黑
12
防老剂RD
1.8
石蜡油（Supar2280）
40
A-172
0.5
二氧化钛
5
TALC
120
陶土
70
TAC
0.5
DCP
2.8
合计
368.6
（3）中压电缆（乙丙绝缘层）
原料名称
份数
EPDM（Keltan2630A）
100
防老剂MB
1.5
防老剂RD
1
氧化锌
8
硬脂酸
1
二氧化钛
4
沉淀法白炭黑
5
聚丁二烯油
8
微晶石蜡
5
超细滑石粉
80
陶土
40
DCP
2.8
TAC
1
合计
257.3
（4）高压电缆（乙丙绝缘层）
原料名称
份数
EPDM（Keltan2630A）
100
LDPE
5
氧化锌
8
硬脂酸
1
石蜡油（Supar2280）
5
陶土
75
超细滑石粉
20
防老剂RD
1.5
红丹母胶
3
DCP
2.8
合计
218.5
（5）我自己寻思以EPDM为基料低烟无卤阻燃护套（以第一个阻燃电缆配方作为参考）
原料名称
份数
EPDM
100
氧化锌
5
防老剂RD
2
氢氧化铝
100
氢氧化镁
70
硼酸锌
5
石蜡
5
硅烷偶联剂A-172
2
Perkadox29/40
7
TAC
1
合计
297
以EPDM为基料制备低烟无卤阻燃护套，采用过氧化物硫化体系耐热性性永久变形小，Perkadox29/40具有快速硫化并且产生气味低（在不要求水电性时可加入一份PET防止硫化过程出现喷霜现象），氧化锌是活性剂能明显提高三元乙丙橡胶硫化速度和交联程度，防老剂RD对过氧化物硫化影响最小，石蜡与EPDM相容性好污染小且不影响硫化和硫化胶弹性和物理性能，氢氧化铝使用量最多的环保型无机阻燃剂无毒无味，与有机聚合物相容性好易分散机械性能及阻燃性好但其加工温度低易分散燃烧成碳量低，而氢氧化镁加工温度高成碳量高且有抑制氯化氢产生，氢氧化铝和氢氧化镁并用大大的提高阻燃性而且弥补了两者之间缺点，硼酸锌与阻燃剂配合使用有协同作用，能降低体系热释放速率和延迟烟的释放。
（6）矿用电缆
矿用电缆大多数是在十分恶劣的环境，即在高温、易燃和腐蚀性（直接接触强酸、矿物油等化学药品）环境下使用。
因此要求其护套不仅具有优异的耐高温性、阻燃性，而且要求有优异的耐酸、耐油等耐介质腐蚀性。
EPDM与CR并用阻燃矿用电缆（自己参照CR与CPE阻燃电缆护套改写的）
配方
质量份
EPDM
95
CR
5
氧化锌
8
防老剂RD
1
防老剂MB
1
滑石粉
40
白炭黑
20
氢氧化铝
70
氢氧化镁
50
石蜡油
15
硅烷偶联剂A-172
2
Perkadox29/40
7
TAC
1
以EPDM基料，添加5-10份CR能提乙丙橡胶耐热性、耐油性和阻燃性，添加白炭黑和滑石粉而不用炭黑配料电绝缘性好，炭黑不利于阻燃，而且改善耐天候性。
虽然阻燃性卓越但是会释放HCl气体会降低透光率所以严格控制HCl气体释放量否则不符合低烟低卤阻燃电缆护套要求。
CR/CPE阻燃电缆参考配方：
配方
质量份
氯化橡胶
70-80
氯化聚乙烯
20-30
硫化助剂（促进剂DPTT）
0.9-1.2
加工助剂（WB222、WB350）
16-20
防老剂
2.0-2.5
氢氧化铝
33-35
LEE白滑粉
40-42
滑石粉
15-17
氧化锌和氧化镁
10
NA-22+DM
2.2-2.5
十溴联苯醚+三氧化二锑
35-40
水洗陶土
50-60
其他助剂
4-5
升级会员 