乙丙橡胶在电线电缆中的应用

乙丙橡胶在电线电缆中的应用（nordel in ware and cable）前言近二十年来，乙丙橡胶已经成为七大合成橡胶中发展最快的一个品种，目前其已经成为继丁苯和顺丁橡胶之后的第三大合成橡胶。

随着对于乙丙橡胶认知度的提高，乙丙橡胶先后在密封条，胶管，胶带，轮胎，模塑制品，防水材料，电线电缆等许多方面得到广泛的应用，也使乙丙橡胶在新产品开发中的重要性日益显现。

对于电线电缆方面，乙丙橡胶正在代替传统的NR、IIR、CR等橡胶，不断地扩大了在电线电缆方面的应用。

其主要应用于低，中，高压电线电缆绝缘层；还应用于船舶电缆；车辆电缆；室外电缆护套；变压器零件；绝缘垫；电器及电表零件等。

同时，在用于超高压引线、接线方面是其他橡胶不能代替的。

如何认识乙丙橡胶结构与性能的关系，如何正确选择生胶，如何合理进行配合，如何进行配方的设计，这些对于橡胶加工和使用是需要理解和掌握的。

目录1.乙丙橡胶的分类与结构特性 (1)2.乙丙橡胶的基本性能 (1)2.1 物理机械性能 (1)2.1.1影响物理机械性能的因素 (2)2.2弹性和低温性能 (2)2.3 耐热性 (3)2.4 耐天候性及耐臭氧性 (3)2.5耐油及耐化学腐蚀性 (3)2.6耐水和水蒸气性能 (3)2.7电性能 (3)2.8乙丙橡胶的缺点 (4)3.EPDM的基本配合体系 (4)3.1硫化体系 (4)3.1.1硫化速率的影响因素 (4)3.1.2过氧化物的选择 (5)3.1.3过氧化物硫化体系的配合 (5)3.1.4过氧化物硫化体系的影响因素 (5)3.2补强填充剂 (6)3.3无机填充剂 (6)3.4防老剂体系 (6)3.5软化增塑体系 (7)3.6加工助剂 (7)3.7阻燃剂（总结篇） (8)3.8硅烷偶联剂 (8)4.EPDM的加工工艺 (9)4.1开炼机混炼 (9)4.2密炼机混炼 (9)4.2.1密炼机混炼方法以及工艺特点 (9)4.3过滤 (10)4.4挤出 (10)4.5硫化 (11)5.EPDM的典型配合体系 (12)5.1阻燃性 (12)5.2电绝缘性 (14)5.2.1生胶的选择 (14)5.2.2 硫化剂 (15)5.2.3补强体系 (15)5.2.4无机填料 (16)5.2.5软化剂 (16)5.2.6典型配方的设计 (16)1.乙丙橡胶的分类与结构特性EPM(二元乙丙橡胶)：乙烯与丙烯的共聚物，其分子链呈完全饱和的直链结构。

分子链中乙烯，丙烯进行无规排列，因此具有橡胶的弹性。

EPM 不可以用硫磺进行硫化，只可以用过氧化物硫化体系进行硫化。

EPR(乙丙橡胶)EPDM(三元乙丙橡胶)：其分子主链同EPM 一样是饱和的。

不同的是在其支链上引入了不饱和的第三单体，使其在保持了二元乙丙橡胶优异特性的同时实现了可以同时使用硫磺和过氧化物进行硫化。

其主要可以分为两类：DCPD型：优良的耐热，耐天候，耐臭氧；生胶成本低。

用于：防水卷材；用过氧化物硫化可制成耐热性与绝缘性极佳的电线电缆绝缘层；汽车配件等。

ENB 型：优良的耐热，耐天候，耐臭氧老化性能；可适应连续蒸汽硫化等多种加工方法，生产效率高；硫化胶的物理机械性能优良，可选择性强。

2.乙丙橡胶的基本性能乙丙橡胶的主链全部是由乙烯，丙烯单元链节所构成具有完全饱和性及高度柔顺性。

使其表现出优良的耐屈挠性，回弹性，耐低温性，优异的化学稳定性，优异的耐臭氧、耐天候性，合理的耐热，良好的耐水蒸气，优异的耐绝缘性。

2.1 物理机械性能常温下，乙丙橡胶属于非结晶橡胶，其纯胶的强度较低，因此需要在加工过程中配合补强剂才能使硫化胶具有使用价值。

2.1.1影响物理机械性能的因素1.分子量：分子量对于乙丙橡胶的物理机械性能和加工性能具有重要的影响，分子量越大代表门尼粘度越大，随着分子量的增加，生胶、混炼胶、硫化胶的拉伸强度、定伸应力、抗撕裂强度、填充性增大；但是其加工性能较差。

2.分子量的分布：分子量分布越宽，其加工性能越好。

这是由于宽的分布中具有一些低分子量组分，可起到内润滑的作用，提供了较好的流动性、可塑性，混炼时吃粉快、收缩小、基础膨胀小。

但是物理机械性能及均匀性不及分子量分布窄的牌号。

3.乙烯的含量：随着乙烯含量的增加，生胶、混炼胶、硫化胶具有较高的强度；更大的填充性，降低成本；更大的热塑性；良好的挤出性能及外观质量，但是硫化胶的永久变形增大。

4.结晶：结晶的产生能使生胶和硫化胶的拉伸强度提高，并且是乙丙橡胶在常温下保持良好的刚性、较高的硬度和密度，较低的冷流性。

但是结晶对混炼加工及硫化胶的弹性造成不利影响。

5.第三单体：根据第三单体的种类分为ENB-EPDM、DCPD-EPDM、HD-EPDM.其中DCPD型单体对于硫磺硫化体系具有最小的硫化速度，而ENB型赋予了胶料最快的硫化速度和较容易控制的聚合过程。

随着第三单体含量的增加，将会消耗更多的过氧化物，同时产生更多的副产物，这些副产物会使硫化胶的耐热性及抗撕裂强度降低。

2.2弹性和低温性能乙丙橡胶的分子主链完全由化学结构稳定的饱和烃组成，乙烯与丙烯单元都是沿主链方向呈无规排列，即使在侧链上引入了少量的不饱和双键，但因分子内无极性取代基的存在，分子间内聚能较低，仍然能在较宽的温度范围内保持分子链的柔顺性。

分子链的高度柔顺性决定了乙丙橡胶具有很好的弹性和低温性能。

2.3 耐热性乙丙橡胶的分子主链完全饱和的碳-碳稳定结构，使其具有良好的耐热性和耐老化性。

其耐热及耐热氧化性能优于其他通用橡胶，只要配合适当，其长期工作温度可达120℃，最高连续工作温度为150℃，短时间的使用温度达260℃。

加入适当的防老剂RD ，会进一步改善乙丙橡胶的耐高温性能。

2.4 耐天候性及耐臭氧性与其他通用橡胶相比，乙丙橡胶分子主链饱和度高，化学结构稳定。

因此，无论是是在静态和动态条件下，乙丙橡胶都具有很好地耐天候及耐臭氧老化性能。

乙丙橡胶能够经受长期的臭氧，氧气、阳光、紫外线、干燥、潮湿等自然天候老化的作用。

这一突出性能使其在汽车和建筑用密封条、防水卷材、橡胶水坝、船舶部件、户外帐篷等耐候性要求极高的领域中得到广泛的应用。

2.5耐油及耐化学腐蚀性乙丙橡胶硫化胶耐许多化学品和溶剂，特别是极性材料如磷酸酯类，酮类，醇类和乙二醇。

它们也可以接触各种酸，碱，和植物油。

但是它们在脂肪族和芳香族溶剂和氯化烃中急剧膨胀。

2.6耐水和水蒸气性能过氧化物硫化乙丙橡胶具有很好地耐水性能和耐水蒸气性能。

其可以长期在浸泡中使用，因此适合做在水中使用的电线电缆。

此外优异的耐高温性使它在耐热和耐高压蒸汽的胶管、耐热密封件应用广泛。

2.7电性能由于乙丙橡胶分子链中不含有极性基团，因此其具有优异的电绝缘性能。

其体积电阻达到1015--1016Ω.㎝，击穿电压也很大。

耐电晕性能、耐电弧性、耐电龟裂性与丁基橡胶相近。

由于乙丙橡胶还同时具有很好的耐臭氧、耐热、耐水、耐天候老化性，所以其在电绝缘制品的领域中占据了主导地位。

它们广泛应用于电线电缆的绝缘护套、火花塞护套、电插头绝缘体、电器螺纹接套等绝缘制品中。

值得注意的是乙丙具有良好的耐水性，特别适合于制造在水中使用的电线电缆，其在浸水后的电性能变化很小。

2.8乙丙橡胶的缺点（1）自黏和互黏性差；（2）市场价格较高；（3）由于不饱和度低，所以硫化速度较慢；（4）耐油性与阻燃性较差，不能单独用于耐油产品中；阻燃时需要加入更多的阻燃填料，从而造成较高的成本。

3.EPDM的基本配合体系3.1硫化体系EPDM 橡胶即可以通过过氧化物硫化系统硫化，也可以用硫磺硫化。

通常，硫磺硫化系统硫化产品的耐热性相比过氧化物硫化物差，其只适用于低压绝缘电缆和护套，而过氧化物硫化系统有很宽的应用范围，可以应用于高压绝缘护套。

过氧化物硫化过程中的第一步反应是过氧化物中的过氧基热的作用下均裂成活性自由基，第二步活性自由基夺取聚合物上的氢原子形成聚合物自由基，最后聚合物自由基偶合形成交联。

过氧化物硫化胶的耐热性好、压缩永久变形小、定伸应力大、回弹性高，但是其机械性能和抗撕裂强度都略低于硫磺硫化胶，但是通过调整过氧化物的用量可以提高过氧化物硫化胶相应的物理机械性能。

3.1.1硫化速率的影响因素（1）过氧化物的用量和自身的分解速度决定着硫化速率；（2）硫化反应过程中由过氧化物分解产生的自由基夺取聚合物上H原子的难易程度；（3）温度过高不利于偶合交联反应。

并且交联活性和EPDM的类型有关，其中交联活性VNB-EPDM>DCPD-EPDM>ENB-EPDM>HD-EPDM （4）填料的类型和用量也会影响过氧化物的半衰期从而影响硫化速率。

3.1.2过氧化物的选择过氧化物的分解速度用某一温度下的半衰期t1/2表示，半衰期越小，分解越快。

同时，过氧化物的分解速度与受热程度有关，提高硫化温度可以缩短半衰期，提高硫化速度。

通常，硫化时间达到4-5个半衰期时硫化状态最佳。

以DCP为例，160℃时的半衰期是4-5分钟，典型的硫化条件就是160℃×20min。

过氧化物DCP 在硫化时应用最为广泛，但是硫化后会产生严重的刺激气味。

使用双2,5（166℃）、双（叔丁过氧基）二异丙基苯（VCP）（170℃）可以减少这种气味，但是硫化温度高，价格高，有时还会在电缆产品的表面产生结晶状喷霜。

3.1.3过氧化物硫化体系的配合过氧化物有时要配合一定量的活性剂TAC/TAIC，这些硫化助剂除了自身形成补强粒子外，还参与聚合物自由基反应，提供额外的交联活性点，从而加快硫化速度，提高交联度。

进一步提高胶料的模量、定伸应力、拉伸强度、硬度、交联程度和耐热性，降低压缩永久变形。

在过氧化物硫化体系中加入少量的（0.2-0.5份）的硫磺，其可以消除聚合物自由基反应的不利副反应，这种复合体系在保持过氧化物硫化胶优异性能的同时可以使定伸应力和拉伸强度进一步提高，改善了抗撕裂性能和疲劳性，压缩永久变形稍大。

过氧化物硫化体系中必要时需要配合5份的氧化锌和一定量的硬脂酸，其中氧化锌是活性剂，硬脂酸只作为加工助剂使用。

3.1.4过氧化物硫化体系的影响因素对于不含酸性基团的过氧化物，如DCP，双2,5，在酸的作用下发生分解，因此要控制酸性填料的用量。

（如槽法炭黑、白炭黑、硬质陶土、硬脂酸等），在配方中加入少量的金属氧化物（氧化锌、氧化镁）或者芳香胺DPG对胶料加以中和。

防老剂最好选用对于过氧化物硫化影响较小的RD.对于软化增塑剂，EPDM中推荐使用石蜡油，例如Sunpar 2280.硫化时要选择蒸汽硫化，事先通入蒸汽或者氮气排除空气，避免空气造成过氧化物硫化胶表面发黏，出现欠硫的状态。

3.2补强填充剂乙丙橡胶属于非自补强性橡胶，需要加入炭黑等补强剂补强后才具有良好的综合性能。

应用最广泛的是炉法炭黑；白炭黑是补强性最好的浅色填料，并且具有较好的绝缘性，在EPDM 的浅色电绝缘胶料中普遍适用。