安徽天彩电缆集团有限公司
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橡胶型氯化聚乙烯应用中若干问题的讨论(1)
点击次数:107 发布时间:2019-03-04

摘要:介绍了橡胶型氯化聚乙烯(CPE)材料的优点、特性,以及在使用过程中配方确定原则,并对混橡质量控制、挤出、硫化效率等问题进行了分析和讨论。

0 引 言

氯化聚乙烯(CPE)是含氯量为30% ~40% 的弹性体,它除了具有原有的天然胶和丁苯胶的特征外,还具有优良耐候性、耐热、耐臭氧、耐油、耐天然老化、耐电晕、耐化学溶剂,以及较高的绝缘和阻燃等诸多优点,因此,它非常适合用于电线电缆的护套。新国家标准GB/T 5013-2008《额定电压450/750 V及以下橡皮绝缘电缆》颁布于2009年9月1日并开始实施,替代原有的老标准。通过新老标准对比可知,新标准中取消了普通橡皮混合物绝缘电缆所用的IE1型的绝缘材料,即明确了天然.丁苯橡皮绝缘橡套电缆退出线缆市场,同时增加了乙丙橡胶混合物或其单一材料绝缘(IE4型)橡套的电缆和交联聚氯乙烯(XLPVC)绝缘电缆。为此我厂在生产设备更新或改造、原材料选择和配方设计研究等各个环节进行了认真准备,积极配合新标准的执行和实施。结合GB/T 5013-2008标准实施,我厂将CPE的使用和配方研究列入了工作计划,经过三个月努力,已从试验阶段转化到目前的批量生产,但在研制和生产中遇到了很多问题,经过配方调整、工艺流程更改和设备的改进,解决了问题,满足了生产需要。现将我厂在生产中遇到的问题以及解决的思路和方法与同仁交流和探讨。

1 配方的确定

1.1 硫化体系选择

CPE配方硫化体系中硫化剂以过氧化物为佳,使用过氧化物硫化的橡胶与其它硫化体系相比,具有更好的耐热老化、抗压缩永jiu变形及耐油等特性。CPE用有机过氧化物硫化的机理是:首先有机过氧化物分解成游离基,夺取CPE分子链中的氢,生成CPE游离基,然后耦合交联,形成c—c键。配方中有机过氧化物硫化剂使用量:以100 g CPE计,按有机过氧化物的有效过氧基(一O—O一)计算为0.01~ 0.02 mol。例如,过氧化二异丙苯(DCP)分子量270,有效过氧基为1,则其用量范围为2.7~5.4 g。为了提高和改善CPE的硫化速度和硫化程度,常使用多功能的单体共硫化剂,例如异氰尿酸三稀丙酯(TAIC)、氰尿酸三稀丙酯(TAC)等。加入这些共硫化剂后,硫化胶的拉伸强度会显著提高,硫化速度也可以得到提高。

1.2 稳定剂控制

CPE对配方体系pH值很敏感,对活性的铁和锌也很敏感,故在使用活性的铁和锌时必须注意,谨慎筛选,并且在配方中应使用呈酸性的吸收剂,如氧化镁、环氧大豆油、硬脂酸铅等,以保持配方体系的pH值呈碱性。故配方中酸性吸收剂选择和使用是确定配方成分的关键。

1.3 填料控制

CPE配方中须加入填料,可使胶料的耐磨性、抗撕裂性和拉伸强度得到改善和提高,并可降低成本。通常许多矿物性填料都可以使用,如碳酸钙等,其次,某些促进剂也可以提高胶料的抗撕裂性能。

1.4 增塑剂选择

CPE配方中增塑剂是很重要的配合剂,它可以改善胶料的工艺性能,有利于加工,通常PVC所使用的增塑剂大多可用于CPE中,例如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和液体石蜡。

通过上述综合调整,我厂对山东潍坊生产的CPE 135B经过配方调整和加工后,已替代了天然一丁苯橡胶护套(SE3)和天然.氯丁橡胶护套(SE4),所有的指标均满足国标。表1、表2分别为替代SE3和SE4的CPE护套料配方,表3、表4分别为替代SE3和SE4的CPE护套实验数据。2 更改生产流程,加装冷却系统.提高生产效率

2.1 混炼工序的改进

CPE混炼过程与天然一丁苯胶比较,因CPE为粉状,混炼之前必须在70~90℃ 开炼机上薄通塑炼成半透明状,再进行混炼。另外,CPE胶的配方中含有数量较大的液体助剂,如DOP等。这些液体助剂在与CPE共混之前,应先与干粉搅拌吸收,以免在开炼机中打滑或滴漏,造成材料浪费和配方失准。从开炼机混炼的过程可看出,CPE的加工更适合在密炼机上进行。我厂在试验和批量生产时,充分考虑到CPE及其配方的特性,专门针对CPE的加工重新制定工艺路线,充分发挥了现有开炼机和密炼机不同特点的功能。首先将粉状CPE在开炼机上薄通4~5 min,温度为70—9O。c,混合成胶片,然后转运到密炼机投料口,再与粉状CPE混合。首先投入的是胶片状CPE,然后投入其他配合剂进行混炼(硫化剂不加,防止先期交联),混炼时间控制在3—4 min,第一次混炼时间可适当延长,以物料温度控制在100~108。C为标准,不高于120。C,当密炼机电流达到峰值和物料温度介于108—120。C前下料,这样有利于缓解国产设备漏粉的问题,同时有利于配合剂的分散。通过密炼机混炼后的CPE橡皮,应存放在干燥地点,做好防尘和防水措施,在使用前12 h将其投入密炼机并加入硫化剂混炼,然后经开炼机薄通下片,以使硫化剂等助剂在合成胶中充分均匀分散。通过如此加工的CPE合成胶,其挤出硫化速度可提升5% ,产品表面质量也明显好转。

2.2 改善挤出温度的控制,提高硫化的压力和温度

与天然胶和丁苯胶相比,CPE特性决定其硫化速度慢,生产效率低。我厂根据CPE性质,对挤出设备的模具、机头和螺杆,以及机身等冷却系统进行了改造,确保了CPE挤出时对温度控制的需求。主要针对机身和机头以及螺杆进行了循环水路加装和清理,保证冷却效果,达到温度控制的目的;同时,针对机头和挤出模具,安装了恒温油箱,确保挤出摸具温度恒定。通过以上改造,温度可根据需要进行控制和调整。通过长时间试验数据显示,机头温控:第一段为45~50。c,第二段为50~55。c,第三段为60~ 70。C,机头和模具温度控制在80。c以上,这是科学合理的,并可以提高效率,减少因硫化不充分造成挤出的质量问题。通过以上措施的实施,CPE的生产效率与通用胶相比较,仍然低20% 。通过我厂现有的天然气锅炉的优势,将饱和水蒸汽压力提高到1.3~1.5 MPa,硫化温度升达195—201。C,生产效率得到了有效提高,与同等压力下的天然一丁苯胶比较,生产效率仅低10% ~15% ,突破了CPE生产效率低的瓶颈。

3 产品质量缺陷的分析

在使用CPE前期,我厂和兄弟厂家一样,发生了硫化气泡(绝缘工序尤为严重),护套内层出现针孔的问题,经过分析认为产生针孔的主要原因是胶料没有完全硫化之前,因各类气体挥发而产生了微孔,当气体汇集到一起又无处释放时产生了气泡。原因分析清楚后,知道了带人气体的各种原因:

(1)各类助剂和绝缘线芯的水分蒸发;

(2)各类助剂高温分解后产生小分子产物的挥发气体;

(3)缺失高压冷却水,导致压力的突然释放后,各类分解产物和水分快速挥发,并产生表面的气孔和内层的针孔;

(4)配方中含有容易分解的材料而分解产生了废气。确定以上主要原因后,做了以下几点的改进:

(1)针对CPE粉状树脂特点,须妥善保管,防止受潮。

(2)混炼工序采用密炼机和开炼机交替使用的工艺流程,混橡加硫前须存放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,确保使用前充分排出各种材料中的水分。

(3)改进配方组份,提高配方的科学性和合理性。即增加了交联助剂MgO和稳定剂的份数,减少交联剂和增塑剂份数。

(4)加强胶料配方和工艺监督力度,确保硫化充分。

通过以上四个方面的努力,硫化前期出现的气孑L以及硫化后期产生的气泡基本得到了解决。批量生产2个月没有出现这类质量问题。

4 批量使用CPE时应注意的事项

为了使CPE批量生产符合国家标准的产品,满足市场需求,CPE使用过程中应该加强以下几个方面的控制:

(1)保证CPE原材料性能和质量的控制及不受潮。

(2)加强各种配合剂的检验,特别是对杂质和水分的检验,必要时要烘干。

(3)因地制宜地制定科学合理的配方体系,并严格执行。

(4)加强混炼质量控制,确保各种配合剂在成品胶中的分散均匀度。

(5)适当延长开炼时间和温度,保证硫化剂均匀分散和水分充分外排。

(6)保证挤出机机头、机身、模具和硫化时温度和压力的控制和恒定。

(7)必须采用带压力的冷却系统。

5 结束语

通过以上在配方、流程和加工的改进,以及完成了由实验转向批量生产的过程,CPE已成功用于橡套电缆的护套上,达到了替代天然-丁苯胶的目的,适应了新国标的要求。而且CPE橡塑的双重性能保证了其可以与多种橡胶以任何比例进行混炼加工,赋予了CPE多种复合性能,充分利用CPE优点,避免其极性材料电性能的不足。我厂已将CPE和乙丙橡胶等多种橡胶进行共混试验,根据目前试验情况,各项性能指标基本可以满足GB/T 5013—2008标准中IE4要求,但还须进一步完善,相信不久,共混配方完全可以替代纯三元乙丙橡皮。

CPE在性能上的突出表现以及成本上的优势,特别是CPE橡塑的双重特性,必将在电线电缆行业得到充分体现和发挥,并获得广泛的应用。

 

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