DCP硫化体系对矿用电缆橡胶护套力学性能的影响研究

2019-07-08 版权声明 举报文章

摘 要:文章通过简化的两变量二次回归试验设计法试验了硫化剂DCP和助硫化剂CAMV的用量对氯化聚乙烯橡胶(CM)物理性能的影响,研究了DCP和CAMV最佳配比及用量的确定。实验结果表明,DCP与CAMV用量同时变化时,从拉伸强度和扯断伸长率等值线图中可以非常直观的看出,当DCP与CAMV的用量均在4~5左右时,硫化胶CM140B具有较好的力学性能,分子链距离增大和单双键增加从而撕裂强度增大并达到极大值,使得矿用电缆橡胶护套的力学性能达到最佳。

关键词:二次回归试验设计;DCP硫化;配比;力学性能

DCP出现之后,广泛应用于定睛胶、乙丙橡胶、聚氨酯等多种橡胶中,目前我国矿用电缆生产企业使用的过氧化物主要为DCP。对于矿用电缆橡胶护套CM过氧化物交联的机理为:过氧化物从聚合物主链中脱去氢,然后通过自由基加成反应并形成C-C交联键。由于矿用电缆橡胶护套的硫化胶是以直链状的聚氯乙烯为主要原料,因而由过氧化物产生裂变生成烷氧自由基,两个邻近聚合物链的自由基结合, 形成碳-碳键的行为为有效交联反应。当CM用过氧化物硫化时,若用多官能单体为硫化助剂,则可显著增强硫化效果。

CAMV作为助剂有效缩短胶料焦烧时间的倾向。但是对焦烧不产生影响,是代表性的助剂。橡胶的动态硫化中,硫化剂和助硫化剂的关系是助交联剂为促进剂,催化或促进交联剂硫化。DCP、CAMV皆为硫化剂,两者之间存在着交互作用,选择合适的配比是配方设计的关键。文章对过氧化物交联剂和助硫化剂的用量对矿用电缆橡胶护套的原料CM140B力学性能的影响作了实验考察。

1 试验设计方法

矿用电缆橡胶护套的硫化剂和助硫化剂分别选择DCP和CAMV,试验主要考察配合剂DCP(x1)、CAMV(x2)两因素对橡套的主要原料CM140B硫化胶料性能的影响。

DCP和CAMV用量范围:2≤x1≤8,2≤x2≤8;其他配合剂为固定值。

由于考察的因子有两个,试验采用简化的两变量二次回归试验设计,采用三水平,即-1,0,+1。配合剂的实际用量与水平的关系是:配合剂实际用量=0水平用量十水平间距×间距。DCP、CAMV的水平与用量之间的关系见表1。

表1 水平分布及用量

,试验的基础配方为:CM140B(100);炭黑(40);DOP(15);MgO(10)。硫化温度165°C×16min。

2 DCP用量对CM140B硫化胶料力学性能的影响

将CAMV用量固定在5份,考察DCP用量对CM140B硫化胶料物理机械性能的影响见图1、2。

从图1可以看出,随着DCP用量的增多,硫化橡胶的拉伸强度随着交联键能先增加而减小。随着DCP含量逐渐增加,硫化胶弱键的早期断裂可产生结晶材料,是有利于健康的主结晶取向,所以会有更高的拉伸强度;当DCP用量增加到一极值时,硫化胶料的交联点之间的分子量就相应减小使得交联密度逐渐变大,拉伸强度随着交联密度的变大而增长,出现最大值后继续增加交联密度,有效网链数减小使得网链不能均匀承载,拉伸强度会大幅下降。

伴随DCP用量的加多,CM140B的扯断伸长率降低,这说明扯断伸长率随交联程度的提高而减小。由于交联密度增加到一极值时,过分密集的交联网络会形成应力集中,造成扯断伸长率持续下降。

图2 CM140B的300%定伸应力及撕裂强度与DCP用量的相关性

从上图2可以看出,CM140B的300%定伸应力是随着DCP用量的增加逐渐增大,胶料抵抗变形的能力增高。这说明定伸应力随交联程度的提高而增大。同时,由于CM橡胶的大分子链上带有极性原子,分子间的作用力较大,其硫化胶的定伸应力较高,定伸应力增加达到一极值后不再增大。

随DCP用量的增加,CM140B的撕裂强度逐渐减小,也是由于交联密度增加的缘故。分子间的作用力伴随硫化胶交联程度的逐步加大而增加,因而撕裂强度伴随CM140B物理交联点的增加而降低,但CM140B最佳撕裂强度时的交联密度比最佳拉伸强度时的交联密度更低。

3 CAMV对CM140B硫化胶力学性能的影响

实验考察在硫化剂DCP用量固定时,助硫化剂CAMV用量CM140B物理机械性能的影响。

图3 CM140B的拉伸强度及扯断伸长率与CAMV用量的关系

由上图可以看出,CM140B的拉伸强度伴随助硫化剂CAMV用量的加多而渐渐变大,扯断伸长率渐渐降低。CM140B的分子链的运动随着交联密度的增加受到局限,形成变形所要达到的力就越大,因而拉伸强度渐渐增加。实际生产过程中必须同时考虑到这两个因素的影响,选择最优的配合比。

由图4可知,CM140B硫化胶的300%定伸应力伴随CAMV用量的加大而渐渐变大,撕裂强度渐渐降低。随着交联程度的提高,CM140B的分子链的运动受到限制,使得撕裂强度逐渐减小。实际生产过程中必须同时考虑到这两个因素的影响,选择最优的配合比。

4 DCP、CAMV变量对CM140B力学性能的影响

DCP、CAMV皆为硫化剂,两者之间存在着交互作用,选择合适的配 比是配方设计的关键。试验中其它配合剂的用量固定,考察DCP、CAMV对拉伸强度和扯断伸长率的交互影响。

图5 拉伸强度等值线图 图6 扯断伸长率等值线

图5、图6为其它配合剂固定的情况下,交联剂DCP与助硫化剂CAMV用量同时变化时对CM140B的拉伸强度和扯断伸长率的影响。从等值线图中可以非常直观的从图中选择DCP与CAMV的合适配比。DCP与CAMV的用量均在4~5左右时,CM140B硫化胶具有较好的综合力学性能,非常适合矿用电缆橡胶护套原料CM140B为原料的电线电缆的硫化。

5 结论

5.1 助硫化剂CAMV用量固定时,CM140B的扯断伸长率伴随DCP用量的加大而渐渐降低,只有具有较高的拉伸强度,扯断伸长率随交联程度的提高而减小;CM140B的撕裂强度由于交联密度的增加的缘故,分子间的作用力伴随硫化胶交联程度的逐步加大而增加,因而撕裂强度伴随CM140B物理交联点的增加而降低,但CM140B最佳撕裂强度时的交联密度比最佳拉伸强度时的交联密度更低。

5.2 硫化剂DCP用量固定时,CM140B的拉伸强度伴随助硫化剂CAMV用量的加多而渐渐变大,扯断伸长率渐渐降低。CM140B的分子链的运动随着交联密度的增加受到局限,形成变形所要达到的力就越大,因而拉伸强度渐渐增加。CM140B硫化胶的300%定伸应力伴随CAMV用量的加大而渐渐变大,随着交联程度的提高撕裂强度渐渐降低。

5.3 当交联剂DCP与助硫化剂CAMV用量同时变化时,DCP与CAMV的用量均在4~5左右时,CM140B硫化胶具有较好的综合力学性能,非常适合矿用电缆橡胶护套原料CM140B为原料的电线电缆的硫化。

参考文献

[1]杨春丽.煤矿移动类阻燃软电缆用氯化聚乙烯(CM)橡皮护套的优化设计.煤炭科学研究总院,2010.

[2]杨春丽.电缆氯化聚乙烯橡皮护套的BIPB硫化体系试验研究.煤矿安全,2012.8.

[3]林浩.氯化聚乙烯及其硫化体系的研究.新疆石油学院学报,1999.11(1).

[4]全国电线电缆标准化技术委员会.电线电缆标准汇编 装备用电线电缆卷.中国标准出版社,2003.

作者简介:杨春丽(1979-),女,辽宁省凌源市人,工程师,硕士,一直从事电缆及非金属检测检验技术研究工作,完成了多项行业标准的修订起草,发表学术论文多篇。

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