摘要：介紹了橡膠型氯化聚乙烯(CPE)材料的優(yōu)點(diǎn)、特性，以及在使用過(guò)程中配方確定原則，并對(duì)混橡質(zhì)量控制、擠出、硫化效率等問(wèn)題進(jìn)行了分析和討論。

0 引 言

氯化聚乙烯(CPE)是含氯量為30% ～40% 的彈性體，它除了具有原有的天然膠和丁苯膠的特征外，還具有優(yōu)良耐候性、耐熱、耐臭氧、耐油、耐天然老化、耐電暈、耐化學(xué)溶劑，以及較高的絕緣和阻燃等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，它非常適合用于電線電纜的護(hù)套。新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5013-2008《額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣電纜》頒布于2009年9月1日并開(kāi)始實(shí)施，替代原有的老標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)新老標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可知，新標(biāo)準(zhǔn)中取消了普通橡皮混合物絕緣電纜所用的IE1型的絕緣材料，即明確了天然.丁苯橡皮絕緣橡套電纜退出線纜市場(chǎng)，同時(shí)增加了乙丙橡膠混合物或其單一材料絕緣(IE4型)橡套的電纜和交聯(lián)聚氯乙烯(XLPVC)絕緣電纜。為此我廠在生產(chǎn)設(shè)備更新或改造、原材料選擇和配方設(shè)計(jì)研究等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了認(rèn)真準(zhǔn)備，積極配合新標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行和實(shí)施。結(jié)合GB/T 5013-2008標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，我廠將CPE的使用和配方研究列入了工作計(jì)劃，經(jīng)過(guò)三個(gè)月努力，已從試驗(yàn)階段轉(zhuǎn)化到目前的批量生產(chǎn)，但在研制和生產(chǎn)中遇到了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)配方調(diào)整、工藝流程更改和設(shè)備的改進(jìn)，解決了問(wèn)題，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要。現(xiàn)將我廠在生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題以及解決的思路和方法與同仁交流和探討。

1 配方的確定

1.1 硫化體系選擇

CPE配方硫化體系中硫化劑以過(guò)氧化物為佳，使用過(guò)氧化物硫化的橡膠與其它硫化體系相比，具有更好的耐熱老化、抗壓縮永jiu變形及耐油等特性。CPE用有機(jī)過(guò)氧化物硫化的機(jī)理是：首先有機(jī)過(guò)氧化物分解成游離基，奪取CPE分子鏈中的氫，生成CPE游離基，然后耦合交聯(lián)，形成c—c鍵。配方中有機(jī)過(guò)氧化物硫化劑使用量：以100 g CPE計(jì)，按有機(jī)過(guò)氧化物的有效過(guò)氧基(一O—O一)計(jì)算為0.01～ 0.02 mol。例如，過(guò)氧化二異丙苯(DCP)分子量270，有效過(guò)氧基為1，則其用量范圍為2.7～5.4 g。為了提高和改善CPE的硫化速度和硫化程度，常使用多功能的單體共硫化劑，例如異氰尿酸三稀丙酯(TAIC)、氰尿酸三稀丙酯(TAC)等。加入這些共硫化劑后，硫化膠的拉伸強(qiáng)度會(huì)顯著提高，硫化速度也可以得到提高。

1.2 穩(wěn)定劑控制

CPE對(duì)配方體系pH值很敏感，對(duì)活性的鐵和鋅也很敏感，故在使用活性的鐵和鋅時(shí)必須注意，謹(jǐn)慎篩選，并且在配方中應(yīng)使用呈酸性的吸收劑，如氧化鎂、環(huán)氧大豆油、硬脂酸鉛等，以保持配方體系的pH值呈堿性。故配方中酸性吸收劑選擇和使用是確定配方成分的關(guān)鍵。

1.3 填料控制

CPE配方中須加入填料，可使膠料的耐磨性、抗撕裂性和拉伸強(qiáng)度得到改善和提高，并可降低成本。通常許多礦物性填料都可以使用，如碳酸鈣等，其次，某些促進(jìn)劑也可以提高膠料的抗撕裂性能。

1.4 增塑劑選擇

CPE配方中增塑劑是很重要的配合劑，它可以改善膠料的工藝性能，有利于加工，通常PVC所使用的增塑劑大多可用于CPE中，例如鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)和液體石蠟。

通過(guò)上述綜合調(diào)整，我廠對(duì)山東濰坊生產(chǎn)的CPE 135B經(jīng)過(guò)配方調(diào)整和加工后，已替代了天然一丁苯橡膠護(hù)套(SE3)和天然.氯丁橡膠護(hù)套(SE4)，所有的指標(biāo)均滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)。表1、表2分別為替代SE3和SE4的CPE護(hù)套料配方，表3、表4分別為替代SE3和SE4的CPE護(hù)套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2 更改生產(chǎn)流程，加裝冷卻系統(tǒng).提高生產(chǎn)效率

2.1 混煉工序的改進(jìn)

CPE混煉過(guò)程與天然一丁苯膠比較，因CPE為粉狀，混煉之前必須在70～90℃ 開(kāi)煉機(jī)上薄通塑煉成半透明狀，再進(jìn)行混煉。另外，CPE膠的配方中含有數(shù)量較大的液體助劑，如DOP等。這些液體助劑在與CPE共混之前，應(yīng)先與干粉攪拌吸收，以免在開(kāi)煉機(jī)中打滑或滴漏，造成材料浪費(fèi)和配方失準(zhǔn)。從開(kāi)煉機(jī)混煉的過(guò)程可看出，CPE的加工更適合在密煉機(jī)上進(jìn)行。我廠在試驗(yàn)和批量生產(chǎn)時(shí)，充分考慮到CPE及其配方的特性，專(zhuān)門(mén)針對(duì)CPE的加工重新制定工藝路線，充分發(fā)揮了現(xiàn)有開(kāi)煉機(jī)和密煉機(jī)不同特點(diǎn)的功能。首先將粉狀CPE在開(kāi)煉機(jī)上薄通4～5 min，溫度為70—9O。c，混合成膠片，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到密煉機(jī)投料口，再與粉狀CPE混合。首先投入的是膠片狀CPE，然后投入其他配合劑進(jìn)行混煉(硫化劑不加，防止先期交聯(lián))，混煉時(shí)間控制在3—4 min，次混煉時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)，以物料溫度控制在100～108。C為標(biāo)準(zhǔn)，不高于120。C，當(dāng)密煉機(jī)電流達(dá)到峰值和物料溫度介于108—120。C前下料，這樣有利于緩解國(guó)產(chǎn)設(shè)備漏粉的問(wèn)題，同時(shí)有利于配合劑的分散。通過(guò)密煉機(jī)混煉后的CPE橡皮，應(yīng)存放在干燥地點(diǎn)，做好防塵和防水措施，在使用前12 h將其投入密煉機(jī)并加入硫化劑混煉，然后經(jīng)開(kāi)煉機(jī)薄通下片，以使硫化劑等助劑在合成膠中充分均勻分散。通過(guò)如此加工的CPE合成膠，其擠出硫化速度可提升5% ，產(chǎn)品表面質(zhì)量也明顯好轉(zhuǎn)。

2.2 改善擠出溫度的控制，提高硫化的壓力和溫度

與天然膠和丁苯膠相比，CPE特性決定其硫化速度慢，生產(chǎn)效率低。我廠根據(jù)CPE性質(zhì)，對(duì)擠出設(shè)備的模具、機(jī)頭和螺桿，以及機(jī)身等冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改造，確保了CPE擠出時(shí)對(duì)溫度控制的需求。主要針對(duì)機(jī)身和機(jī)頭以及螺桿進(jìn)行了循環(huán)水路加裝和清理，保證冷卻效果，達(dá)到溫度控制的目的;同時(shí)，針對(duì)機(jī)頭和擠出模具，安裝了恒溫油箱，確保擠出摸具溫度恒定。通過(guò)以上改造，溫度可根據(jù)需要進(jìn)行控制和調(diào)整。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，機(jī)頭溫控：段為45～50。c，第二段為50～55。c，第三段為60～ 70。C，機(jī)頭和模具溫度控制在80。c以上，這是科學(xué)合理的，并可以提率，減少因硫化不充分造成擠出的質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)以上措施的實(shí)施，CPE的生產(chǎn)效率與通用膠相比較，仍然低20% 。通過(guò)我廠現(xiàn)有的天然氣鍋爐的優(yōu)勢(shì)，將飽和水蒸汽壓力提高到1.3～1.5 MPa，硫化溫度升達(dá)195—201。C，生產(chǎn)效率得到了有效提高，與同等壓力下的天然一丁苯膠比較，生產(chǎn)效率僅低10% ～15% ，突破了CPE生產(chǎn)效率低的瓶頸。

3 產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的分析

在使用CPE前期，我廠和兄弟廠家一樣，發(fā)生了硫化氣泡(絕緣工序尤為嚴(yán)重)，護(hù)套內(nèi)層出現(xiàn)針孔的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為產(chǎn)生針孔的主要原因是膠料沒(méi)有*硫化之前，因各類(lèi)氣體揮發(fā)而產(chǎn)生了微孔，當(dāng)氣體匯集到一起又無(wú)處釋放時(shí)產(chǎn)生了氣泡。原因分析清楚后，知道了帶人氣體的各種原因：

(1)各類(lèi)助劑和絕緣線芯的水分蒸發(fā);

(2)各類(lèi)助劑高溫分解后產(chǎn)生小分子產(chǎn)物的揮發(fā)氣體;

(3)缺失高壓冷卻水，導(dǎo)致壓力的突然釋放后，各類(lèi)分解產(chǎn)物和水分快速揮發(fā)，并產(chǎn)生表面的氣孔和內(nèi)層的針孔;

(4)配方中含有容易分解的材料而分解產(chǎn)生了廢氣。確定以上主要原因后，做了以下幾點(diǎn)的改進(jìn)：

(1)針對(duì)CPE粉狀樹(shù)脂特點(diǎn)，須妥善保管，防止受潮。

(2)混煉工序采用密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)交替使用的工藝流程，混橡加硫前須存放24 h;加硫后薄通均化后，使用前12 h仍需要再次薄通均化并干燥，確保使用前充分排出各種材料中的水分。

(3)改進(jìn)配方組份，提高配方的科學(xué)性和合理性。即增加了交聯(lián)助劑MgO和穩(wěn)定劑的份數(shù)，減少交聯(lián)劑和增塑劑份數(shù)。

(4)加強(qiáng)膠料配方和工藝監(jiān)督力度，確保硫化充分。

通過(guò)以上四個(gè)方面的努力，硫化前期出現(xiàn)的氣孑L以及硫化后期產(chǎn)生的氣泡基本得到了解決。批量生產(chǎn)2個(gè)月沒(méi)有出現(xiàn)這類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題。

4 批量使用CPE時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

為了使CPE批量生產(chǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，CPE使用過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的控制：

(1)保證CPE原材料性能和質(zhì)量的控制及不受潮。

(2)加強(qiáng)各種配合劑的檢驗(yàn)，特別是對(duì)雜質(zhì)和水分的檢驗(yàn)，必要時(shí)要烘干。

(3)因地制宜地制定科學(xué)合理的配方體系，并嚴(yán)格執(zhí)行。

(4)加強(qiáng)混煉質(zhì)量控制，確保各種配合劑在成品膠中的分散均勻度。

(5)適當(dāng)延長(zhǎng)開(kāi)煉時(shí)間和溫度，保證硫化劑均勻分散和水分充分外排。

(6)保證擠出機(jī)機(jī)頭、機(jī)身、模具和硫化時(shí)溫度和壓力的控制和恒定。

(7)必須采用帶壓力的冷卻系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上在配方、流程和加工的改進(jìn)，以及完成了由實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向批量生產(chǎn)的過(guò)程，CPE已成功用于橡套電纜的護(hù)套上，達(dá)到了替代天然-丁苯膠的目的，適應(yīng)了新國(guó)標(biāo)的要求。而且CPE橡塑的雙重性能保證了其可以與多種橡膠以任何比例進(jìn)行混煉加工，賦予了CPE多種復(fù)合性能，充分利用CPE優(yōu)點(diǎn)，避免其極性材料電性能的不足。我廠已將CPE和乙丙橡膠等多種橡膠進(jìn)行共混試驗(yàn)，根據(jù)目前試驗(yàn)情況，各項(xiàng)性能指標(biāo)基本可以滿(mǎn)足GB/T 5013—2008標(biāo)準(zhǔn)中IE4要求，但還須進(jìn)一步完善，相信不久，共混配方*可以替代純?nèi)冶鹌ぁ?/p>

CPE在性能上的突出表現(xiàn)以及成本上的優(yōu)勢(shì)，特別是CPE橡塑的雙重特性，必將在電線電纜行業(yè)得到充分體現(xiàn)和發(fā)揮，并獲得廣泛的應(yīng)用。