电线电缆行业如何用好氯化聚乙烯(CPE)

许建雄

潍坊亚星化学股份有限公司含氯聚合物材料研究中心

(2001/11/06)

    一、橡胶型CPE应用的现状和推广前景

    1. 国外橡胶型CPE在线缆行业的应用领域

    ⑴ 按美国UL标准规定，橡胶型CPE主要用途：

    · 耐油平行软线（典型代表是HPN线）的绝缘和纤维编织软线（C型或PD型）的绝缘；

    · 多种服务性、消费性电器（如吸尘器、电热器、炊具、空调机、车辆等）

    用软线和软缆的护套；

    · 十多种轻、中、重型耐油橡套电缆的护套；

    · 二种建筑用线（RH型和RHW型）的护套；

    · 用户引入电缆的护套等。

    ⑵ 国际电工委员会（IEC）标准规定：

    · IEC92-359-1987规定可用于船用电缆护套，其最高工作温度为85℃；

    · IEC245-1994规定可用于通用橡套电缆、电梯电缆、电焊机电缆的护套，

    其最高工作温度为60℃。

    2. 国内橡胶型CPE在线缆行业的应用

    由于CPE与氯丁橡胶（以下简称CR）和氯磺化聚乙烯（以下简称CSM）胶性能相近，将CPE理解为“氯丁橡胶或其它相当材料的混合物组成”，已经为绝大多数电线电缆生产厂和用户接受。因此用CPE胶替代CR或CSM胶具有一定的认知度。

    GB5013-1997规定通用橡套、电焊机电缆、电梯电缆的护套，其最高工作温度为60℃，此标准与IEC245-1994版相同。

    目前国内橡胶型CPE用量最大的还是以空调线为主体的橡套软电缆，如YZW以及相似德国VDE标准的H05RN-F和H07RN-F等橡套软电缆的护套和绝缘的用料占橡胶型CPE产量的90%左右，其中绝缘用CPE占一小部分。

    电梯电缆和电焊机电缆的护套也可用CPE作护套，但由于生产技术的原因，至今没有得到推广，仅在少数有条件的厂家试用。

    GB9331-1988规定，可将CPE替代CR用作某些型号的船用电缆护套，其最高工作温度为85℃，一些有条件的厂已在今年试用，但品种不多，尚未推广。

    GB12972-91规定，可将CPE用作矿用电缆的护套，其最高工作温度为65℃、90℃；对于有抗撕性能要求的护套，很多厂在技术上还没有解决好。

    中型、重型橡套扁电缆在我国新老国家标准中尚没有相应的产品标准，但近十多年来，市场的需求量却很大，如起重机、行车、电梯和电站输送煤炭轨道车等用重型橡套扁电缆，其工作条件恶劣，且都有阻燃和耐油、耐气候的要求，CPE胶是很适合做此类电缆的护套。其最高工作温度是60℃或65℃；也可与三元乙丙胶配合做绝缘胶料，最高工作温度达到75℃或90℃；

    按美国标准规定的双芯平行线、三芯平行线可用CPE做外护套，这种线柔软、美观，非常适用于做家用电器、仪器、仪表的插头线，用量很大。在我国南方的一些企业按国外标准大量生产并出口这类电线。而我们国内之所以很少应用，问题涉及到新标准执行、用户是否认可等等；

    CPE辐照交联仅有少数单位在搞试验，由于不用过氧化物交联剂，所以电性能良好，体积电阻率比过氧化物交联要高100倍，同时又具备过氧化物交联的优点，有很好的耐油、耐气候、耐热、阻燃和高强度等性能，这在国内是一个尚待开发的新材料；

    根据美国UL1581-1996标准规定，热塑性护套的最高工作温度是90℃，在国内用CPE作为热塑性弹性体的护套材料还是一个待开发的品种，需要投入力量去研究和开发；

    对照国外CPE的应用领域，国内CPE在应用上的差距很大，要做的工作非常多，需要专门来研究和解决这些问题，才能缩小和国外的差距，将CPE的应用推向更广阔的领域。

    二、CPE应用过程中存在的问题

    早在九十年代初，当潍坊亚星化学引进德国赫斯特全套的CPE生产线投产后，上海电缆研究所作为全国线缆行业的技术开发中心，曾召开过二次CPE应用技术交流会，并提出CPE可以替代CR，对某些产品还可以用CPE代CSM。但是几年来却受到市场推广、材料、技术、设备、标准等方面滞后的影响。

    1. 市场因素

    ⑴ CPE作为一种新材料，其优缺点尚未真正被认识。

    ⑵ 作为橡套电缆的大用户是煤矿用橡胶电缆，90年代以后出现了许多中小型生产厂，依托煤矿生产电缆，技术力量差，设备落后，只能按老标准生产氯丁胶护套的矿用电缆。另外前几年的煤炭工业不景气对矿用电缆的技术提高带来影响。

    ⑶ 我国线缆的品种结构与国外有差异，在国外很早就使用橡胶阻燃电线和电缆软线，在国内建筑用线和家用电器软线仍大量使用PVC电线。

    ⑷ 我国空调机行业有正式文件下达，不准使用塑料电线，必须用橡胶阻燃软电缆，即执行GB5013-1997规定的YZW（245IEC57）产品，但CR价格比较贵，加工出来的电缆护套外观不好，在加工过程中很容易造成胶料焦烧而增加损耗和成本。CPE橡胶型材料的改进，促进了CPE在空调机用橡胶阻燃电缆护套和绝缘方面的应用，其用量达到橡胶型CPE产量的90%以上，这一事实值得我们认真总结，以利于CPE在其它线缆品种中的应用和推广。

    ⑸ 南方有一些厂在按美国UL标准、加拿大CAS标准或德国VDE标准生产家用电器及各种服务性电器用的橡胶软线或软电缆，采用CPE硫化胶作基材的橡胶电线电缆，直接出口或者为出口配套，但国内市场还没有推广。

    2. 材料与技术

    ⑴ 材料

    九十年代后期南方地区橡胶型氯化聚乙烯（CPE）的用量逐年加大，潍坊亚星化学非常重视这个发展方向，加大了橡胶型CPE品种的开发，如我们现在使用量非常大的CPE135B，就是前几年开发出来的品种，并且根据用户反映将生胶门尼粘度从过去的90左右，降至现在的65－75（ML₁₊₄^125℃）之间。特别是今年，用户对65－75之间的粘度使用是比较满意的，为此进一步推出了满足客户要求的高、中、低门尼粘度的产品以供选用。另外根据用户需要，将继续开发电线电缆用的绝缘型氯化聚乙烯新品种，为电缆行业开发新品种创造条件，以满足电线电缆行业对橡胶型CPE日益增长的需要。

    ⑵ 技术

    橡胶型CPE经过南方一些企业生产空调机用软电缆的护套，在连续硫化挤出机上使用CPE护套胶料的技术基本掌握，但在配方、橡胶混炼和挤橡连续硫化设备、加工工艺和中间控制都存在一些问题，现分述如下：

    a. CPE的橡胶配方

    上海电缆研究所在九十年代曾召开过两次CPE的应用技术交流会,当时由于材料、标准等问题一直没有推广开来。九十年代后期南方一些厂急需要CPE护套料配方替代氯丁胶(CR)护套料,不仅降低了生产成本，而且护套表面特别漂亮，这样浙江一些厂直接使用电缆所配方，广东地区使用最早的是台资企业，均是自己搞的配方，或者从台湾本部带来的配方。大多数企业是用钱买配方，很多生产厂都没有搞橡胶配方的测试设备和仪器，因此都不具备配方试验的条件，从目前情况看，无论是CPE的绝缘还是CPE的护套胶，国内均尚无进行系统研究，这样橡胶型CPE是无法挑起替代CR和CSM在电线电缆行业应用的任务。

    CPE护套橡胶配方主要是硫化系统，目前大多数厂是使用过氧化物DCP（过氧化二异丙苯）和硫化助剂TAIC（三烯丙基异腈脲酸酯）。而这个硫化系统出来的硫化胶有气味，为了解决此问题，很多厂使用天津荷兰阿克苏诺贝尔有限公司生产的无气味的14S[1，3-双（叔丁基过氧异丙基）苯]，其价格高达125元/kg；浙江也有一些厂硫化助剂是用TMPTA（三羟基丙烷三丙烯酸酯）代替比利时进口的TAIC，但该品接触皮肤后要立即冲洗，有一定毒性；而南京吉化润滑油有限公司生产的TMPTM（三羟基丙烷三甲基丙烯酸酯）效果和TMPTA相同，没有毒性，对皮肤的刺激性基本消除，而售价和进口的TMPTA一样，希望用户能改过来。

    CPE护套其它硫化系统，如用Na-22硫脲进行硫化，很少单位在试用，较先进的硫化系统由于助剂跟不上，噻二唑衍生物国内还没有单位在试验，最近亚星化学从国外搞到一点样品，但其它助剂配不上，硫化罐硫化还比较困难。

    国内仍有许多中小型橡胶电线电缆的生产厂，只有硫化罐生产通用橡胶，而CPE用过氧化物硫化需要160℃以上的温度，但硫化罐只有145℃左右的温度，因此至今无法使用CPE。我们亚星化学含氯聚合物材料研究中心，正在研制适合于低温硫化罐硫化的CPE各种型号的护套胶料，今年底会有所突破。

    b. CPE胶料的混炼和挤橡连续硫化设备

    目前南方一些企业，除小型厂仍使用开炼机加工CPE胶料外，大多数中型厂都使用翻斗式捏炼机来加工CPE护套胶料以及CPE与EPDM并用的绝缘胶料。这种混炼投资小，设备全部放置在地上，节省基建投资，用电省。但对橡胶料的混炼效果比较差。一次混炼必须将除硫化剂以外的全部配合剂加入，根据设备容量要加足，如35立升捏炼机差不多要45kg一车料，不存在分阶段加料，基本上属于逆混法一次加料。在混炼中只有一半混炼室发挥作用，即从辊子的中心线以下的混炼室有密炼作用。当胶料随辊子带到上部时，胶料进入一个宽平的空间，上顶栓面积非常大，压力小，被胶料顶起浮动，很难将上部胶料再带入下部混炼室，不能进行充分强有力的捏炼。因此混炼不均，也容易造成粉料结粒，对含胶量小的胶料混炼时间长，生产率低，劳动强度大，遇到原料变化很容易出质量问题。针对目前线缆行业的现状，亚星化学含氯材料研究中心组建了一个中试车间（橡塑分公司），配备当前国内比较先进的啮合型密炼机，仿英国弗朗西斯·肖K4密炼机，压力比国内密炼机大五倍。功率达320kW，确保胶料在里面进行强有力的捏炼，混炼时间短，效果好，可根据工艺控制混炼温度，控制密炼机的转速，是目前加工CPE胶料比较理想的密炼机。

    据上海电缆研究所专家观点，CPE胶料加工中，就主机而言，挤橡连续硫化机的挤橡螺杆长径比最少要14:1，用这个标准来衡量南方一些企业，除台资企业外，大多数的生产厂都是12:1和10:1螺杆。压缩比也非常小，要获表面非常光亮的护套，这只有要求胶料的门尼粘度要低，流动性要好，胶料质量稍有变动，马上就会出现护套表面不光滑、毛糙没有光泽。特别是YZW空调软电缆，满足不了用户要求，就要停机。由于CPE胶料磨擦生热快，发热量大，机筒和螺杆均要用冷水控制温度，就是挤出时的模套都需要用冷水冷却，防止高压蒸汽对模套不断加热，确保挤橡连续硫化长时间不出现小熟皮。目前有一些厂螺杆没有通冷却水，机筒冷却不分段，要冷全冷，要热全热，都做不到加料口保持所需温度，机身通过分段冷却，使温度不宜过高要求。对胶料的要求也比较高，硫化仪上Ts1在1分30秒以上到2分钟之间（165℃×16min），才能保持长时间挤出不出小熟皮。台资企业一些经验值得借鉴，他们的挤橡机螺杆长径比是20:1，绝缘为乙丙橡胶，护套为CPE，双根导线进入，用大螺杆挤小线，速度很快，每分钟80米左右，硫化管在100米以上，蒸汽压力达2.1MPa，劳动生产率很高。

    c. 加工工艺及中间控制

    橡塑型CPE在南方一些厂用量非常大，由于使用都是翻斗式捏炼机，不可能分段混炼，混炼时间是上顶栓提起以后，看是否结成大块胶料，如没有余下的粉料，到开炼机进行补充加工后滤胶和加入硫化剂，这样一次完成后停放待用。大多数厂都无法进行胶料的中间测试，不知道胶料的硫化曲线，胶料的门尼粘度（即塑性的大小）没有检验、使用和管理制度，胶料不停放，或者很少时间停放就使用，挤橡连续硫化出来的绝缘线芯和电缆护套都不能及时取样测定，对生产工艺起不到指导作用。有些厂根本就不做，只是在出厂时做一些必须测定的项目，如绝缘电阻、绝缘和护套物理机械性能等，这些都是最后的必不可少的出厂检验。建议有条件的电缆企业应建立CPE胶料的中间测试和控制，配备必要的测试仪器和控制手段，确保空调用软电缆的产品质量。很多厂无论是混炼还是挤橡，操作工人都是临时工，没有培训过，因而只能靠少数熟练工来挡车，对产品质量的提高极为不利。

    三、线缆行业应用CPE有哪些好处

    1. 提高我国线缆产品的技术水平

    CPE具有较全面的技术性能，如优良的阻燃性和耐油性，较高的物理机械性能（即力学性能），良好的耐热老化、耐臭氧、耐气候性能，较好的电性能和良好的工艺加工性能，一般的橡胶加工设备都可以使用，胶料不易发生焦烧，CPE原料贮存数年也不会变质，有硫化剂的胶料贮存条件好一点也可以存放1－2年不变质。以往用天然-丁苯胶作绝缘或护套，其最高长期工作温度只允许60－65℃；如果使用CPE作一般低压绝缘，其最高长期工作温度可达75－85℃。我国生产的氯丁橡胶或氯磺化聚乙烯，污染严重，能耗大，价格昂贵，在使用中还时常出现这样或那样的质量问题，影响橡缆技术水平的提高。

    CPE的长期工作温度是90℃，只要配方设计得当，其最高工作温度可达105℃，比氯丁胶（CR）作为护套橡皮耐热水平要高一些（CR护套最高达85℃）。和氯磺化聚乙烯（CSM）是一样的耐热等级。但CSM产量低，价格贵，生产中工艺不易掌握，质量问题多。CPE在美国一家公司的产品广告中还介绍可供应125℃的辐照交联CPE料。用亚星化学的CPE制造90℃绝缘料或护套完全能达到美国UL标准或IEC标准的规定，并能与乙丙胶配合，生产90℃的电线电缆。这样，应用CPE可以把我国低压橡缆的生产水平从65℃提高到国外发达国家的75－90℃甚至105℃的水平。

    用CPE作750V及以下的软线和软电缆的绝缘，最大优点是不会污染铜，CPE绝缘线芯的铜丝一点也不会变色，这无疑又提高了线缆技术水平的档次。

    CPE本身洁白如雪，因此，无论用它做绝缘或护套，都可以根据用户要求，着成各种鲜艳的色彩，特别是红色和黄色矿用电缆的护套，不仅颜色鲜艳而且长时间保持不变色。

    过氧化二异丙苯（DCP）硫化时有苦杏仁味，这是由于DCP分解时产生的一种化合物所致，目前通过调整配方，选用无味或少气味的过氧化物来解决，也可用加热后处理的方法将气味降低。

    2. 工艺广，成本低，效益好

    CPE混合胶用挤橡机挤出后，能用高温进行热交联，也可在常温下用电子辐照的方法进行交联，二种交联方法得到的电线电缆产品在性能上几乎一样，而常规用的氯丁胶（CR）、天然胶（NR）-丁苯胶（SBR）并用胶则不宜采用电子辐照交联。

    CPE高温交联硫化体系主要是有机过氧化物，而硫脲类的代表是Na-22，使用厂家比较少，其交联速度慢，硫化时间长，性能不及过氧化物。罐式硫化用CPE胶料，亚星化学正在开发，年底橡塑分公司就可以供货。

    CPE混合胶的成本计算：CPE原料价是1万1千多元一吨，而氯丁胶（CR）要2万左右一吨，差价达8千元/吨。CR易焦烧而产生废品，使生产成本高，CSM胶的成本与CR相近，CPE硫化胶的抗张强度高，因而胶料的含胶量还可适当降低，这样CPE胶料成本要比CR和CSM明显降低。

    从80年代到现在，线缆行业中的一些厂曾花巨资，上了约40多条辐照交联生产线，但由于市场变化、体制改革和管理等方面的原因，它们大多数处于严重开工不足的困境。如这些厂能对本厂设备略加改造，使之用于生产辐照交联CPE电缆，可以肯定，由于加工方式的不同，带来产品性能更优于热硫化CPE，使CPE线缆外观表面更光亮，线缆的型号品种更宽广，这也是产品的一场革命。

    3. 可推动线缆产品的结构的调整

    我国低压电线电缆中，设备用线和建筑用线是电气装备用线是二个主要的品种。按其所用材料主要分PVC塑料和天然—丁苯胶绝缘编织涂沥青线，七十年代后至今已被PVC塑料线完全取代。在设备用线情况与建筑用线类似，只是在一些非用橡胶线缆不可的地方保留。

    与发达国家相比，我国线缆行业所能生产的型号品种以及所使用的材料类别可说是少而又少，这对线缆行业和用户选择都是既不科学又不合理，CPE的推广可以为改变我国目前线缆行业产品结构及相关的使用选型起促进作用。设备用线，特别是空调线YZW为代表的橡套软电缆，用硫化型CPE护套取代PVC塑料线缆，才改变了PVC塑料线缆一统天下的局面。CPE橡胶线缆所特有的柔软、手感好、不怕火烫、不会熔化、阻燃、外观漂亮，是以往塑料线缆无法比拟的，由于CPE具有许多合成胶所没有的优点，因此，CPE可大量用于制造家用电器软线以及电气装备用软电缆。

    建筑用线，按照美国的电气规范规定，阻燃交联线在建筑中大量使用，而这种阻燃交联材料在美国大多用CPE、CSM和交联PVC三种，但因为CPE成本低，工艺简单是最具竞争力的。

    线缆行业产品结构调整是件大事，它既关系到行业内各生产厂，又关系到行业外各用户以及设计、规划、标准等部门，希望通过这次交流会促使各部门都行动起来，促进线缆行业产品结构的调整，也是线缆行业的一件大事。

    四、亚星化学CPE向电线电缆行业推荐的具体做法

    亚星化学作为世界上CPE产量列第二位的大型企业，面临国内CPE产量比重中用于电线电缆的橡胶型CPE 不足10%局面，与先进工业国家CPE产量的50%是用于电线电缆的橡胶型CPE的差距，深感橡胶型CPE应用和推广工作的重任和潜力，为此将拓展CPE在橡胶领域的应用作为主要目标。企业组建了含氯聚合物材料研究中心，配备了配方试验研究的多种测试设备和仪器，其中较先进的有DXLL-5000型电子万能拉力机、C-2000E橡胶无转子硫化仪。最近从德国进口的哈克流变仪PolyLab系统，可以进行微型胶料密炼和挤出试验，是CPE胶料配方研究和加工工艺条件模拟的理想仪器。

    1. 目前研究中心全面开展电线电缆行业多种牌号CPE胶种的应用开发

    ⑴ 通用型配电线路连接电缆（电线）：BXF、BLXF、铜芯和铝芯橡皮绝缘氯丁或其相当的合成胶护套电线，适用于户内明敷和户外特别是寒冷地区使用，可以改为CPE主体的绝缘型护套橡皮，不仅绝缘性能好，物理机械强力高，耐臭氧、耐气候老化、耐北方寒冷，这是氯丁胶和PVC护套无法比的。

    ⑵ 大力开发以CPE为主体材料的多种护套胶料配方；

    · XH-01A（贯彻执行GB5013-1997标准）胶料配方的研制；

    · XH-03A（贯彻执行GB12972-91和MT818、1～14—1999）胶料配方的

    研制（包括阻燃达到GB12666、5-90A类和B类的阻燃标准）；

    · XH-21A（贯彻执行JB/T8140、1～4—1995、GB9331—88）胶料配方的研制（包括阻燃性能达到GB12666、5—90A类和B类的阻燃标准）；

    · 彩色矿用电缆护套胶料（执行GB12972—91和MT818、1～14—1999）阻燃达到A类和B类试验要求，着色鲜艳，持久不变色，红色和黄色护套胶料外观光滑漂亮，性能超过传统的CR彩色护套，配方已经成熟；

    · 铁路机车车辆用电缆的护套胶料（执行JB/T8145、1～3-1995）代替CSM；

    · 低温硫化（硫化罐145℃）CPE多种护套胶料,包括XH-01A、XH—03A、XH—21A以及彩色CPE矿用电缆护套；

    · 无气味CPE硫化护套胶料，除使用无气味过氧化物外，我们将致力于噻二唑衍生物硫化体系的试验和研究；

    · CPE为主体的绝缘胶料的配方试验和研究，解决绝缘线芯铜线发黑的老大难问题；

    · 用户要求特殊电缆护套和绝缘配方时，我们将根据性能要求积极开展配方试验，力争在较短时间里做好用户的服务工作。

    2. 建立CPE胶料中试车间

    为了加快橡胶型CPE在电线电缆行业应用的步伐，扩大应用领域，研究中心下设的年产8000吨CPE胶料加工中试车间，即将投产，届时可将研制成功的配方直接生产各牌号的CPE胶料，供电线电缆企业直接使用，全方位为线缆行业做好服务工作。

    CPE胶料中试车间还要面对橡胶行业，如防水卷材、胶管、胶带等所需要的CPE胶料（包括并用胶料）开展试验和研究，提供符合要求的CPE胶料和CPE与其他合成胶并用胶料，均由研究中心提供配方和工艺，由中试车间执行为用户提供胶料。

    综上所述，亚星化学在橡胶型CPE的应用和推广中，将不遗余力的全方位做好为用户的服务工作。和美国一样，亚星化学的目标也是橡胶型CPE的产量是CPE总产量的一半，并且主要用于电线电缆行业，这就是今后我们亚星化学长期奋斗的目标，力争在不太长的时间里达到发达国家的对CPE的应用水平。