橡胶型氯化聚乙烯在高压钢丝编织胶管中的应用 4页

橡胶型氯化聚乙烯在高压钢丝编织胶管屮的应用氯化聚乙烯（CM或CPE）是将高密度聚乙烯（HDPE）分子结构屮碳原子上的氢原子经氯原子取代后得到的一种高分子无规氯化物，外观为白色或微黄色、无毒无味的具有塑料和橡胶双重特性的新型聚合材料，其中氯含量为z%〜绣％的氯化聚乙烯具有弹性体特征。从分子结构上分析，橡胶型氯化聚乙烯（CM）,氯原子在乙烯碳链上的分布更均匀，（CH2-CH2）n链段更少，HDPE残留结晶完全被破坏，从而使得它具有较低的塑化温度，塑化后的生胶具有较高的柔软性、耐屈挠性、高填充性等特点。表现在材料性能上，就是有较高伸长率、较低邵氏硬度和拉伸强度，使之可以利用橡胶的显著特征。由于结构上的饱和性，它具有许多优异的性能，其用途十分广泛。近年来，橡胶型氯化聚乙烯在胶管行业中的应用越来越多,因CM具有优异的耐候性能、耐老化性能和耐油性能，以及良好的抗撕裂、耐磨、耐屈挠等物理机械性能和良好的阻燃性能，而且成本低廉、产量高，不仅可以提高和改善胶料的性能，同时还能大大降低产品成本，因此具有广阔的开发应用前景。目前氯化聚乙烯橡胶（CM）领域，全球只有美国杜邦、日本大阪制碱和国内潍坊亚星化学公司、杭州科利化工角逐。在国内，CM主要应用在电线电缆行业，在液压胶管中应用主耍是外胶的并用方面。笔者对橡胶型氯化聚乙烯在钢丝编织胶管中的应用，进行了内胶、中胶和外胶的应用研究，并取得了良好的效果。—、原材料通过基础配方试验，选择4个牌号的橡胶型氯化聚乙烯（CM）进行钢丝编织胶管的内胶、中胶和外胶配方研究，其技术指标见表1。从表1中的数据分析，这四个牌号的CM,其氯含量为34%〜39%,门尼粘度及硫化胶的物性基本符合钢丝编织橡胶软管的胶料性能要求，可作为胶管内胶、中胶和外胶的配方研究用。二、配方设计1•硫化体系由于氯化聚乙烯分子结构不含双键，英中与碳原子键合的氯原子不具有高度的反应活性，因此不能采用橡胶常用的硫黄硫化体系。CM常用的硫化体系有3种，即过氧化物体系、硫服及曝二喘体系。有机过氧化物是CM的冇效硫化，选用该硫化体系，能改善胶料耐热老化性、抗压缩永久变形及提高耐油性能。为了提高胶料的硫化速度和硫化交联程度，常加入多官能的单体TAIC和金属氧化物一一氧化镁作为共硫化剂及硫化助剂，可使硫化胶的拉伸强度显著提高，拉断伸长率及拉断永久变形减小，但撕裂强度有所降低。考虑到硫化剂和硫化助剂对胶料的物性和焦烧性能有显著影响，因此硫化剂的用量很重要G）经实验验证，CM胶料中的硫化剂DCP的最佳用量为2.5〜4份，交联助剂TAIC用量为1.5〜3份最适宜。2.补强填充体系加人补强填充材料不仅可以提高胶料的力学性能，改善胶料的加工工艺性能，而且还能降低材料成本。炭黑、白炭黑对氯化聚乙烯橡胶有明显的补强作用，随着炭黑用量的增加，硫化胶的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和硬度逐渐增大，拉断伸长率渐渐减小。从各种炭黑的比较结果看，虽然表面积大的炭黑补强效果较好，但硫化胶的定伸应力低，考虑到高压胶管内胶应具有高定伸、高强度和高硬度，选用比表面积小、结构高的半补强炭黑、通用炭黑补强效果较好，同时在胶料中易分散，可大量填充以降低成本，并提高硫化胶的拉伸强度、抗撕裂强度和定伸应力，而变形小，生热低，弹性和耐屈挠性能良好，且胶料的挤出加工性 能好。炭黑用量在60-90份为宜。白炭黑对CM也有显著的增强效果，可以提高胶料与镀黄铜钢丝的粘合性，因此并用适量的沉淀法白炭黑。2.增塑体系在氯化聚乙烯胶料中，使用增塑剂來降低胶料的粘度以获得柔软的胶料，同时有利于配合剂的分散及胶料的压出、压延及成型工艺，并且能够改善硫化胶的耐寒性能。考虑到软管的阻燃性，选用邻苯二甲酸二辛酯（DOP）并用氯化石蜡作为CM的增塑剂，它的增塑效果好，挥发性小，低温柔软性好，胶料的压延、压出工艺性能好，硫化胶的耐热性和耐候性良好。3.增粘体系软管的屮胶应充分填满骨架层之I"可的空隙，起到骨架层Z间的粘着和缓冲作用，以保证管体结构的密实性和整体性，减少管体骨架材料之间在动态下的摩擦疲劳和生热影响，防止内、外胶层与骨架层出现脱层现象，也是内胶层的保护层，因此要求胶料有良好的粘合性,良好的弹性、柔软性和耐屈挠性。考虑到中胶和外胶应与骨架材料镀铜钢丝有很好的粘着性,选用适宜氯化聚乙烯的粘合剂与硫化剂复合加入。4.防护体系氯化聚乙烯是饱和结构的聚合物，具有良好的耐热老化和耐臭氧老化等性能。在长期的应用中受到热、氧、光等环境条件的影响，述是会降解老化。另外，在加工热炼过程中会产生氯化氢，它会阻碍硫化并影响其老化性能，因此，配方中还需加人稳定剂，常用的稳定剂有氧化镁、氧化铅、金属盐类等，综合考虑选用氧化镁，用量为10份左右为宜。一般情况下，氯化聚乙烯胶料中不一定要使用防老剂，因为橡胶工业中常用的胺类防老剂对改善硫化胶的耐老化性能没有显著效果。5.阻燃剂的选择软管的外胶既要有良好的耐热性和耐臭氧性，考虑矿用钢丝编织软管还要有阻燃性。氯化聚乙烯本身阻燃性很好，选择常用的高效阻燃剂三氧化二锁、十漠联苯醸等并用，可提高其阻燃性能，满足矿用胶管对阻燃性能的要求。6.胶料配方及性能内胶：CM100,氧化镁10,无铅热稳定剂5,炭黑80,沉淀法白炭黑30,DOP30,复合硫化剂（含钢丝粘着剂）15。中胶：CM100,氧化镁10,无铅热稳定剂5,炭黑80,沉淀法白炭黑15,改型高岭土40,DOP30,氯化石蜡25,复合硫化剂（含钢丝粘着剂）15。外胶：CM100,氧化镁10,无铅热稳定剂5,炭黑20,沉淀法白炭黑20,改型高岭土60,DOP40,氯化石蜡25,复合硫化剂（含钢丝粘着剂）15。胶料性能见表2。笔者所在公司钢丝编织胶管企业标准见表3o三、生产工艺胶管生产工艺流程见图1。1.混炼CM混炼胶料由专业混炼胶制造公司批量生产，用户可直接购买符合性能要求的混炼胶，免去混炼生产工序，降低生产成本和产品成本，减少污染。表2胶料性能 表32.成型(1)压出工艺软管的内胶可由①60mm和①115mm的热喂料挤出机压出，胶料的工艺性能很好，挤出的软管表面光滑，尺寸稳定，易于操作。(2)压延工艺软管的屮胶和外胶由18吋主辘压延机压延成型，屮胶厚度可压延到0.25mm,压延工艺性能良好，易于操作，胶片尺寸稳定。原材料准备I内胶挤出内胶管钢丝编织——压延中胶片包外胶压延外胶片卷成水包布I硫化解水包布I检查、下科装配金属接头成品检验I包装入库图1钢丝编织胶管生产流程(3)胶管成型用24锭单盘钢丝编织成型①16mm二层钢丝编织胶管。(4)硫化 胶管采用硫化罐直接蒸汽硫化，硫化条件为15rCX50min,蒸汽压力为0.4MPao四、成品试验软管装配普通结构的金属管接头，按GB/T3683.1-2006标准中的R2A型软管的试验要求，进行了各种性能试验。其中脉冲试验的试验流体温度为100°C,在133%最大工作压力的脉冲压力下，软管承受住20万次的高温脉冲，通过了标准规定的各项成品性能检测。试验结果见表4。五、效益分析近几年，丁月青橡胶和氯丁橡胶价格涨幅很大，使原材料成本增大，而氯化聚乙烯价格与丁膳橡胶、氯丁橡胶相比较价格较低，涨幅也较小，直接使用专业公司生产的混炼胶，可大幅度降低材料成本，并减少生产工序，降低生产成本。六、结论通过合理的配方设计，采用橡胶型氯化聚乙烯可以代替丁膳橡胶和氯丁橡胶，制造出符合高压钢丝编织胶管性能要求的內胶、中胶和外胶，CM胶料的生产工艺性能满足钢编胶管的生产工艺条件。采用CM胶料试制生产的钢丝编织胶管达到GB/T3683.1-2006标准屮的R2A型软管的性能要求。