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橡塑合金在电缆中的应用早就被CM橡胶替代了！CM又便宜！性能又好！

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橡塑合金橡胶用作阻燃电缆护层的研制

一、概述
  橡塑合金即丁腈－聚氯乙烯复合物（简称NV橡胶），它是以丁腈橡胶为主掺入30～50％的聚氯乙烯树脂共混而得，具有优良的加工性能，耐大气老化、耐臭氧、耐油、耐热、耐磨耗、耐一定的化学腐蚀等性能。
  1936年Konard就提出了NBR/PVC橡塑合金橡胶共混的基本理论.
  1958年英国首先用胶乳共沉法生产出了商品NBR/PVC共混胶。
  1962年起，NBR/PVC橡塑合金橡胶市场份额日益增长。
  2000年赛可德橡胶集团采用化学接枝增容技术，使得NBR与PVC的化学相容性得到了极大地改善，研制出了新一代NBR/PVC橡塑合金橡胶——NV系列橡塑合金橡胶(见附录）。
本文研制的橡塑合金阻燃护层就是赛可德橡胶集团NV系列橡塑合金橡胶中的一个牌号——NV5075。
附录
            NV系列橡塑合金橡胶的牌号及基本特性
牌号    NBR/PVC 比例    丙烯腈含量(%)    门尼粘度ML1+4 100℃    应用范围及特性
NV7218    70/30    19    60±5    耐低温性能要求制品
NV5070    70/30    28    60±5    在较低的温度下也具有很好的物理性能，耐油，耐溶剂性能好，耐磨，优异的热稳定性和臭氧性。
NV7022    70/30    28    70±5    
NV5075    70/30    33    60±5    优异的物理性能，耐油，耐溶剂性能好，耐磨，极佳的热稳定性和耐臭氧性，适用于电线电缆。
NV7411    70/30    33    55±5    
NV7050    70/30    33    55±5    挤出制品专用，生产电线电缆汽车燃油管，制品表面光滑，工艺性能优异。
NV3470    70/30    33    65±5    
NV6420    60/40    33    75±5    有极好的耐油，耐溶剂及耐磨性能和抗臭氧性。
NV6450    50/50    33    85±5    纺织器材用
NV5040    60/40    33    95±5    高硬度，高耐油产品
NV3960    70/30    40    65±5    纺织器材专用
NV3975    50/50    40    75±5    纺织器材专用
NV3570    70/30    33    65±5    电线电缆专用
NV3530    30/70    33    70±5    挤出工艺优异，耐热性能佳
NA—1    85/15    33    65±5    耐高温，耐油，耐磨型产品
NA—2    75/25    33    65±5    适宜汽车点火丝电缆及汽车燃油管
二、理化分析及基本性能
  lNV5075橡胶是将丁腈胶乳与聚氯乙烯乳液按70：30的比例进行凝聚、洗涤、干燥而成，并在生产过程中加入了稳定剂和防老剂。
l理化分析结果（表1）：
丙烯腈含量     ％    33
门尼粘度ML1+4   100℃    60±5
灰份         ％    ≤0.6
挥发份       ％    ≤0.5
硬度（邵氏）    ≥75

l基本性能（表2）：
            表2 NV5075橡胶基本性能：
         
              配方号
项   目 （份） 1号 2号 3号 4号
NV5075橡胶    100    100    100    100
硫化剂DCP          /       /         /        2.0
工业硫磺              1       1         1       1
促进剂TMTD      1.5    1.5    1.5    1.5
促进剂CZ              1.5    1.5    1.5    1.5
氧化锌                  5        5         5       5
硬脂酸                  1        1         1       1
氯化石蜡               /       20       20    20
碳酸钙                    /       40        /        /
N330炭黑               /         /         40    40
含 胶 量  %           91       59       59    58
抗张强度  MPa       8.0    5.4    15.1    16.9
断裂伸长率 %         320    320    300    290
抗撕裂强度 N/mm    3.9     3.1     5.0     4.0

三、配方的设计与研制
  硫化体系的选择与确定
  表3 列出了五种硫化体系的硫化特性和橡皮的物理机械性能。
                   
                          配方编号
    项       目                             1#        2#      3#      4#       5#
   硫化特性
   焦烧时间（Ts1）   分    3.30    6.06    3.22    2.14    2.47
   半硫时间（T50）   分    7.35    9.16    4.48    3.45    5.47
   正硫时间（T90）   分    17.24    17.01    11.34    14.09    16.14
   最小转矩（ML）   N•m    0.58    0.58    0.44    0.51    0.61
   最大转矩（MH）   N•m    2.91    1.87    3.05    3.52    2.96
物理机械性能    原始抗张强度  MPa    12.0    10.1    12.0    12.5    12.3
        原始断裂伸长率  %       370    420    250    290    390
   抗撕裂强度  N/m                 6.6    7.5    4.5    5.3    7.0
说明： 1# —DCP、硫磺硫化体系；     2# —DCP、TMTD硫化体系；
      3# —DCP、TMTD、硫磺（低硫高促）硫化体系；
      4# —DCP、DPTT硫化体系；   5# —DCP、VA－7硫化体系；
  配方组份:NV5075 100，硫化剂 变品种、变量，促进剂 2~4，氧化锌 5，硬脂酸 1.5，防老剂 3，软化剂 35，超微细氢氧化铝 80，炭黑 55。

从表3可以看出：
  2# 硫化体系起硫慢，加工安全性好，断裂伸长率高和抗撕裂性能较好,但硫化程度低，抗张强度小。
  3#、4# 硫化体系的硫化速度快，抗张强度高，断裂伸长率小，抗撕裂强度差。
  1# 和5# 硫化体系的硫化速度适中，抗张强度高，断裂伸长率大，抗撕裂强度好。
  1# 和5# 硫化体系比较起来，1# 的成本稍低，5# 的性能稍好。
  对于电线电缆来讲，其绝缘或护套一般不采用以硫磺为主硫化剂的硫化体系，即使是护套，在硫化、贮存或使用过程中，硫磺也容易迁移到绝缘里面，致使铜导体发黑。因此，5# 最适合做橡塑合金（NV5075）橡胶的硫化体系。
  硫化速度的快慢直接影响橡皮的抗撕裂性能，速度越快，抗撕裂性能越差；反之，抗撕裂性能越好。
l     阻燃剂和补强填充剂的选择
由于NV5075橡胶的阻燃性比其它含氯橡胶稍差一些，且其组份丁腈橡胶属非结晶性橡胶，在表2从可以看出，未经补强的硫化橡皮的机械性能并不是很理想。因此要提高NV5075橡胶的阻燃性能和橡皮的强度，就必须添加一定量的阻燃剂和补强填充剂。

（1）阻燃剂的选用
阻燃剂即添加在聚合物中不易燃烧的物质，它大体上分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类。
有机阻燃剂最常用的是含磷化合物和含卤化合物。在一般阻燃配方中，应用最广，用量最大的主要有氯化石蜡、磷酸三甲苯酯（TCP）、十溴二苯醚等。
无机阻燃剂中最典型的有三氧化二锑、氢氧化合物（氢氧化铝、氢氧化镁）硼酸锌等。
在这些阻燃剂中，它们的作用和阻燃机理是各不相同的，但它们之间又具有一定的协同效应。因此根据这一特点，结合NV5075橡胶的阻燃性能，我们在配方设计时采用了无机阻燃剂和有机阻燃剂相结合的阻燃系统。
（2）补强填充剂的选择
炭黑和白炭黑是NV5075橡胶最常用的补强剂，不同的炭黑品种对橡皮的物理机械性能有着不同的影响。
    高耐磨炭黑（N326），工艺性能好，压缩变形小，但生热快。
    快压出炉黑（N550），补强性能中等，硫化胶的伸长率较高。
    通用炉黑（N660），补强性能一般，胶料的工艺性能好，生热慢，抗撕裂强度高，但伸长率较低。
    色素炭黑（RCF30）补强性能好，抗撕强度高，但易延迟胶料的硫化速度。
    沉淀白炭黑，混炼分散性较差，必须与偶联剂配合使用补强效果才较明显。
    通过试验我们选用了RCF30和N550两种炭黑并用。
l     其它配合剂的选择
（1）防老剂的选择
NV5075橡胶与纯丁腈橡胶的防老剂差不多，最常用的有4010NA、RD、MB等 ，而我们在配方设计中为了把橡皮的耐温等级提高到85℃，采用了MB和NBC并用的防老体系。
（2）软化剂的选择
由于NV5075橡胶具有较强极性，分子间作用力大，加工时需加入一定量的软化剂，同时考虑到橡皮的阻燃性能，我们选用了液体氯化石蜡、磷酸三甲苯酯（TCP）作为NV5075橡胶的软化剂。
四、应用实例
NV5075橡胶通过密炼机混炼，胶料不粘辊，易于加工。在连续硫化机上挤出船用电缆CEFR/SA 3×50mm2产品的护层 ，温度控制与天然丁苯胶一样，胶料不易焦烧，产品表面光滑。经测试产品通过了IEC332—3电线电缆成束燃烧试验A类的要求。表4 列出了其护层的物理性能。
从表4可以看出，NV5075橡胶的耐油性能非常好，其耐热等级可达到85℃。因此NV5075橡胶完全可以用做船用电缆，煤矿阻燃电缆，油矿电缆以及电机引出线等产品的护套，还可用做汽车输油管等橡胶制品。但由于其耐酸碱化学腐蚀性较差，最好不要用于有强酸强碱腐蚀的场合。
表4 护层的物理性能
试 验 项 目    单位    标准要求    实测值
1 老化前试样            
1.1 抗张强度     中间值     最小 MPa    10.0    11.5
1.2 断裂伸长率  中间值     最小    %      300    380
2 空气箱热老化试验（耐温等级85℃）            
2.1 老化条件   温度 ℃    100±2     
                              时间 h    7×24    
2.2 老化后抗张强度     变化率 最大  %      ±30    +16.2
2.3 老化后断裂伸长率   中间值 最小 %       250    270
                                        变化率 最大 %       ±40    ﹣28.9
3 热延伸试验            
3.1 试验条件   空气温度  ℃      200±3     
                            载荷时间 min         15     
                           机械应力  N/㎝2      20   
3.2 载荷下伸长率       最大%           175    30
3.3 冷却后永久变形   最大%           25    15
4 浸油试验            
4.1 试验条件   油液温度 ℃       100±2    121±2
                            浸油时间  h             24     24
4.2 浸油后抗张强度     变化率   最大%      ﹣40    +13.2
4.3 浸油后断裂伸长率  变化率   最大 %     ﹣40   ﹣15.8
试 验 项 目    单位    标准要求    实测值
5 抗撕试验            
抗撕裂强度   中间值   最小    N/mm    5.0    6.5
6 氧指数 %       －    41
7 耐96%浓硫酸试验            
7.1 试验条件     环境温度  ℃    －    25±2
                                    时间    h      －    24
7.2 试验结果        －    严重膨胀至溶解
8 耐33%盐酸试验            
8.1 试验条件     环境温度  ℃    －    25±2
                                   时间      h      －    7×24
8.2 试验结果     抗张强度变化率   %     －    ﹣21.9
                          断裂伸长率变化率  %      －    ﹣50
五、结束语
l     通过五种硫化体系的试验，确定了硫化剂DCP和VA－7并用是NV5075橡胶最合适的硫化体系，再配以MB和NBC防护体系，可使NV5075橡皮的耐温等级提高到85℃。
l     由于NV5075橡胶自身的阻燃性和强度并不是很理想，因此要提高橡皮的阻燃性和抗张强度必须加入大量的阻燃剂和补强剂。特别应注意在加入大量的无机阻燃剂后，容易使橡皮的物理性能变差，建议最好使用超细或经活化处理过的产品，这样既可以保证阻燃性能，又不会降低橡皮的物理性能。

l     由于NV5075橡胶具有很好的耐油性能和耐热性能，完全可以替代氯丁橡胶，用于船用电缆，煤矿阻燃电缆，油矿电缆，通用橡套软电缆（W型）以及电机引出线等产品的护套。

［billma 在 2009-11-13 8:26:22 编辑过］