紅色粉對三元乙丙橡膠絕緣材料性能的影響

李茁實，金志健，吳淑龍(寶勝科技創新股份有限公司，江蘇 揚州 225800)

0 引言

三元乙丙橡膠(EPDM)是乙烯、丙烯以及少量非共軛二烯烴的三元共聚物，因其主鏈是由化學穩定的飽和烴組成，只在側鏈中含有不飽和雙鍵，故其具有優異的電絕緣性能、耐候、耐臭氧、耐熱、耐水蒸氣等性能[1-2]，在電氣工程領域是橡膠電線電纜絕緣材料重要的基材之一[3]。EPDM作為絕緣材料，通常由乙丙橡膠、補強劑、軟化劑、防老劑、阻燃劑、加工助劑等配方組分組成[4-5]，其作為橡膠儀表電纜、控制電纜絕緣材料使用時，往往有分色要求(紅、黑、棕、白等)，故其配方中須添加不同種類及不同比例的色粉，以制備出不同顏色的橡膠絕緣材料。筆者在開發不同分色的橡膠絕緣料試制儀表電纜(1×2×0.5 mm2)過程中，發現絕緣工序中，紅色線芯表面較為粗糙，先期經過設備排查(主要是溫控系統精度)、工藝優化(溫度區間從90～110 ℃調試)，其外觀粗糙問題依舊，由于問題集中出現在紅色線芯，文章擬對紅色粉與潤滑劑的兼容性、不同粒徑紅色粉、色粉品種及表面活化方式等因素對三元乙丙橡膠絕緣材料的常規性能、轉矩加工性能、擠出表面的影響進行分析與研究。

1 實驗部分

1.1 主要原材料及配方

三元乙丙橡膠：3722 P；陶氏化學：100 phr；氫氧化鋁阻燃劑：hw-1；山東鋁業：135 phr；白炭黑：濟寧青云化工，15 phr；氧化鋅：臺懋實業，5 phr；過氧化二異丙苯(DCP)：市售，2.5 phr；防老劑RD：華星宿遷，1.5phr；石蠟油：2#，昆侖石化，4phr；紅色粉：氧化鐵紅/大分子紅，市售，0.4phr；硅烷A172：市售，1.5phr。phr是否正規表述方式？

1.2 主要設備

雙輥開煉機：LABTECH，型號LRMR-S-150/EW；平板硫化機：LABTECH，型號LP-S-50；氧指數測試儀：南京江寧分析儀器有限公司，型號JF-3；門尼粘度儀：埃爾法，型號MV2000；無轉子硫化儀：埃爾法，型號MDR2000；體積電阻率儀：型號ZC36，上海第六儀表廠；老化箱：型號RL200，常熟環境儀器廠。

1.3 樣品制備

按配方稱取各組分，依次加入到開煉機上，將混合物在雙輥開煉機上90 ℃混煉10 min，最后加入DCP，混煉1 min；出片后在平板硫化機上180 ℃/15 min后壓制成所需測試材料膠片。

1.4 測試與表征

機械性能按GB/T 528測試，熱延伸按GB/T2951.21測試，氧指數按GB/T 2406.2測試；體積電阻率按GB/T 1410測試，硫變按企業標準測試，門尼粘度按GB/T1232測試。

2 結果和討論

2.1 潤滑劑與色粉相容性驗證試驗

通常來講，潤滑劑對色粉的分散、顯色度及性能都有一定的影響[6]，我們選取了4個配方組分的石蠟油進行經實驗，相關性能對比見表1。可以看出，隨著潤滑劑份數的增加，材料強度上升，伸長率下降，體積電阻率有輕微提高，氧指數下降，6phr以上時，表面顏色顯色度會有所增強，但潤滑劑的添加量對擠出絕緣表面無明顯影響，需進一步排查色粉自身對擠出工藝的影響。

2.2 不同粒徑紅色粉對絕緣性能影響試驗

我們選取了市場上主流的4種粒徑范圍的氧化鐵紅色粉進行性能驗證，并以不添加色粉的本色絕緣料作為比對樣，實驗結果如表2所示，轉矩流變曲線如圖1所示。

表1 不同含量潤滑劑對絕緣材料性能的影響

可看出，五組配方隨著色粉的添加及粒徑變小，絕緣材料強度(伸率)呈略微提高(下降)的趨勢，電性能、硫變性能、氧指數變化較小，均符合材料企業標準要求；從轉矩流變圖可看出，去除色粉的配方，同樣條件下，扭矩最低，擠出材料外觀光滑，說明紅色粉的添加對絕緣擠出表面有重要影響；不同粒徑的紅色粉品種，在相同的添加比例下，紅色粉2 (D50：9～11 μm)的配方，最高扭矩最小(80 Nm)，電流最低，表面平滑、光亮，擠出外觀得以明顯改觀，為最佳色粉添加方案。

表2 不添加色粉及不同粒徑色粉對絕緣性能影響

圖1 不同紅色粉添加材料轉矩流變曲線圖

2.3 色粉的種類及表面活化方式對膠料性能影響試驗

選用兩種色粉(有機大分子紅、無機鐵氧紅)以及用硅烷A172對色粉進行表面改性，經測試，主要性能幾無變化，外觀無明顯改觀，詳細數據及圖表略，基本排除色粉品種及表面活化對材料擠出表面及性能的影響。

3 結語

通過對紅色粉對三元乙丙絕緣材料性能的影響研究發現：

(1)潤滑劑對膠料的顯色性及機械性能稍有影響，但對擠出表面的外觀改良無明顯效果；

(2)色粉的粒徑對擠出轉矩性能有影響，表現在外觀平滑度上顯著不同；紅色粉粒徑D50在9～11 μm范圍時，紅色膠料擠出外觀有明顯改良，獲得有效工藝改良配方。

(3)色粉的品種種類(有機、無機)、色粉的表面活化方法，對擠出外觀平滑度及主要性能幾乎沒有影響。