高能電子束輻照交聯氯化聚乙烯電纜料的開發

郝建鋼，劉 偉

(天津市技術物理研究所，天津 300192)

電線電纜是傳輸電能、傳遞信息和制造各種電機、電器、儀表所不可缺少的基礎器材，是未來電氣化、信息化社會中必要的基礎產品。氯化聚乙烯的拉伸性、耐候性、耐臭氧性、耐熱性、耐寒性、阻燃性、顏色穩定性均為優良。在耐熱、耐臭氧等方面優于氯丁橡膠。耐老化性能優于氯醚橡膠、丁睛橡膠、氯丁橡膠和氯磺化聚乙烯橡膠。具有較好的阻燃性同時能耐大多數腐蝕性介質，如高濃度的無機酸、堿和鹽的溶液，但不耐強氧化劑和溶劑化作用的藥品，如濃硝酸、鉻酸、高氯酸和有機胺等(張新等，2012;曾凡偉等，2012;王新星等，2012;王文艷等，2012;王保良等，2012;邱敦瑞等，2012;魯冰雪等，2012)。除上述優點外，加工性能優良，可制得表面光滑、圓整的橡膠制品。本身為潔白粉末，有良好的著色性和耐老化性，可以制成色彩艷麗并耐久的橡膠制品。但傳統的硫化的方式需要添加硫化劑、促進劑等化學助劑并且需要加熱，污染環境增加排放(付鐵柱等，2011;郭曉東，2011;李朋朋等，2012;劉林國等，2012)。本文以性能優異的氯化聚乙烯替代傳統的天然橡膠和合成橡膠。以輻射交聯代替傳統的加熱硫化的方式，制備輻照交聯氯化聚乙烯橡膠電纜料。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

氯化聚乙烯CPE135B，山東維坊亞星公司;滑石粉，梅林化工公司;炭黑，重慶索特星博;其它原料均為市售。

1.2 設備與儀器

GJ-15型地那米型電子加速器;SU-70型實驗用微型密煉機，常州蘇研科技有限公司;KS20型單螺桿擠出機，天津廣新盛海塑料機械設備有限公司。

1.3 實驗方法

將不同組分的原料在微型密煉機中進行密煉混合，然后在電子加速器的高能電子束下進行輻照交聯。

1.4 檢測方法

性能測試按照國家標準GBT5013.1—2008進行。

2 結果與討論

2.1 不同的炭黑的品種對氯化聚乙烯電纜料性能的影響

炭黑是橡膠工業中最重要的補強性填料，對于填充聚合物體系的加工性能和成品性能具有決定性的影響。炭黑的加入能是橡膠的拉伸強度、撕裂強度及耐磨耗性同時獲得明顯提高的作用，也使橡膠其他性能發生變化，如硬度的提高、定伸應力的提高，而且還常常產生一些不良副作用，如應力松弛性能變差、滯后損失增大、壓縮永久變形增大等。

表1 不同的炭黑的品種對氯化聚乙烯電纜料性能的影響Table 1 Influence of different carbon black on chlorinated polyethylene cable material＇s

從表1中可以看出，隨著炭黑粒徑的減小，氯化聚乙烯的拉伸強度呈現出先增大后減小的趨勢，這是因為炭黑的粒徑太小，在膠料中的分散性不好，這可以從炭黑分散度上看出來，隨著炭黑粒徑的增大，其在氯化聚乙烯中的分散性提高，強度也隨之增大，但是炭黑的粒徑太大，補強性能下降，致使強度降低隨著炭黑粒徑的變化。氯化聚乙烯的斷裂伸長率是增大的隨著炭黑粒徑的減小，氯化聚乙烯的硬度逐漸降低。

2.2 其他補強填充劑對氯化聚乙烯電纜料性能的影響

補強填充劑對于氯化聚乙烯可起到增大體積、降低成本，改善加工工藝性能的作用，如減少半成品收縮率、提高半成品表面平彈性、提高交聯膠硬度及定伸應力等作用，填料對未交聯的氯化聚乙烯的加工性能和交聯的氯化聚乙烯的物理機械性能及動態力學性能有很大的影響(表2)。

表2 不同的補強填充劑對氯化聚乙烯電纜料性能的影響Table 2 Influence of the different reinforcing filler on chlorinated polyethylene cable material＇s performance

從表2試驗數據上可以看出，白炭黑補強氯化聚乙烯的拉伸強度是最高的，但是氯化聚乙烯的硬度也是最高的，導致氯化聚乙烯的耐老化性也差，這是因為相比與其它淺色填料，白炭黑粒子更細，表面積更大從強度上來看，輕質碳酸鈣和陶土的性能比較差，滑石粉、高嶺土的性能差不多?；奂庸ば阅茌^好，輕質碳酸鈣、高嶺土和鍛燒陶土的相對差不多，均比白炭黑低很多。

2.3 輻射劑量對于氯化聚乙烯電纜料性能的影響

從圖1中可以看出，氯化聚乙烯的拉伸強度隨著輻射劑量的增大而增大，這是由于隨著輻射劑量的增加，氯化聚乙烯的交聯程度也隨著增加。但增大到一定的輻射劑量后，氯化聚乙烯的拉伸強度隨著輻射劑量的增大而減少，這是由于輻射劑量過大時氯化聚乙烯出現了降解的反應。選擇一個適合的輻射劑量可以保證氯化聚乙烯的交聯度達到合適的程度。

圖1 不同輻射劑量的拉伸強度的示意圖Fig.1 The different radiation doses’tensile strength

3 結語

我國經濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環境被破壞的代價，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，群眾對環境污染問題反應強烈。本項目以輻射交聯代替傳統的加熱硫化的方式。減少了對于煤炭，石油等能源的消耗，同時也降低了這個礦物能源燃燒后的排放。

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