彈性體TPE電線電纜料改性注意問(wèn)題

彈性體TPE電線電纜料改性注意問(wèn)題摘要：在設(shè)計(jì)熱塑性彈性體TPE電線電纜料配方時(shí)，需要充分了解產(chǎn)品的使用要求、使用環(huán)境、存放條件，雙螺桿擠出造粒和客戶(hù)端押出機(jī)成型過(guò)程中可能存在影響正常生產(chǎn)的問(wèn)題等。目前，TPE類(lèi)電線電纜存在的問(wèn)題有表面析出白霜、出油、發(fā)黃、起顆粒、開(kāi)裂等，客戶(hù)端押出時(shí)存在線徑不穩(wěn)、螺桿打滑、眼膜渣堆積嚴(yán)重等。針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行原因分析并給出合理建議，規(guī)避品質(zhì)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：TPE；電線電纜；配方設(shè)計(jì)；塑料改性MattersneedingattentioninthemodificationofelastomerTPEwireandcablematerialsGuoYuming(DongguandienIndustrialCo.,Ltd，Dongguan，China)Abstract:WhendesigningthethermoplasticelastomerTPEwireandcablematerialformulation,itisnecessarytofullyunderstandtheproduct'suserequirements,useenvironment,storageconditions,andproblemsthatmayaffectnormalproductionduringthetwin-screwextrusiongranulationandtheextrusionmachinemoldingprocess.Atpresent,theproblemsofTPEwiresandcablesincludewhitefrost,oil,yellowing,particles,cracking,etc.onthesurface,unstablewirediameter,screwslip,seriousaccumulationofeyefilmslag,etc.Analyzethecausesoftheaboveproblemsandgivereasonablesuggestionstoavoidqualityproblems.Keywords:TPE；Wireandcable；Formulationdesign；Plasticmodification熱塑性彈性體(thermoplasticelastomer，TPE)是一種具有橡膠彈性，在熔融條件下又像塑料一樣可塑化成型的材料，擁有手感柔軟舒適，耐溫性、耐候

性及柔韌性良好等特性，同時(shí)又是一種綠色環(huán)?？裳h(huán)利用的材料，廣泛應(yīng)用于電線電纜、兒童玩具、智能穿戴和電動(dòng)工具包膠等領(lǐng)域。其中，熱塑性彈性體分為聚氯乙烯類(lèi)彈性體（PVC）、苯乙烯類(lèi)彈性體（TPS）、聚烯烴類(lèi)彈性體（TPO）、聚氨酯類(lèi)彈性體（TPU）、聚酯類(lèi)彈性體（TPEE）和動(dòng)態(tài)硫化類(lèi)彈性體（TPV）。目前，研究和應(yīng)用最多的是苯乙烯類(lèi)彈性體，性?xún)r(jià)比高，工藝流程簡(jiǎn)單。本文主要是對(duì)苯乙烯類(lèi)彈性體作為電線電纜外被料改性時(shí)需要注意的一些問(wèn)題進(jìn)行探討與分析。1配方組成苯乙烯類(lèi)彈性體電線電纜料配方的主要組成材料有：熱物性橡膠SEBS、增塑劑、聚丙烯PP、增韌劑、相容劑、無(wú)機(jī)填充物、阻燃劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑等，其中SEBS、增塑劑和聚丙烯是最基礎(chǔ)的組成部分，其它成分則看要求添加。目前，SEBS性?xún)r(jià)比較高的是中石化岳化生產(chǎn)的產(chǎn)品，常用于制作要求不高的產(chǎn)品，要求較高的產(chǎn)品則多數(shù)選用臺(tái)橡或科騰的SEBS；增塑劑常用的是環(huán)烷油或石蠟油；增韌劑一般是與SEBS、PP相容性和性?xún)r(jià)比較好的POE/POP或者EPDM等;無(wú)機(jī)填充物則更多是碳酸鈣，其目數(shù)不能過(guò)低，也不能過(guò)高，一般適宜在1250-2500目之間；相容劑選用較多的是馬來(lái)酸酐接枝SEBS、馬來(lái)酸酐接枝PP或馬來(lái)酸酐接枝POE等；阻燃劑則選用的是環(huán)保無(wú)鹵的磷系、氮系或者兩者復(fù)配的阻燃劑；潤(rùn)滑劑則常用有機(jī)硅酮目粒、硅酮粉、硅油或芥酸酰胺等。工程師在設(shè)計(jì)配方時(shí)要根據(jù)樣品的具體信息合理選用各種材料進(jìn)行搭配。各類(lèi)型線材成份組成可會(huì)＞4^主

參考表1。會(huì)＞4^主

參考表1。表1TPE電線電纜配方組成透明線材非阻燃線材阻燃線材SEBSSEBSSEBS透明線材非阻燃線材阻燃線材SEBSSEBSSEBS增塑劑 增塑劑 增塑劑PP PP PP潤(rùn)滑劑 增韌劑 增韌劑抗氧劑 碳酸鈣 阻燃劑光穩(wěn)定劑 潤(rùn)滑劑 相容劑抗氧劑 分散劑光穩(wěn)定劑 潤(rùn)滑劑抗氧劑光穩(wěn)定劑2常見(jiàn)問(wèn)題探討與分析2.1表面析出白霜表面析出白霜俗稱(chēng)噴霜，在黑色或顏色較深的產(chǎn)品上最為明顯，在白色或淺色系產(chǎn)品上則觀察不明顯。析出的白色物質(zhì)一般為固體助劑類(lèi)小分子，因其分子量小，與基體高分子材料相容性差，遷移性強(qiáng)。遷移性受相容性影響，助劑在基材內(nèi)相容性好，在基體材料內(nèi)相對(duì)易于運(yùn)動(dòng)，但不易從材料內(nèi)部遷出表面流失［1］。因此，產(chǎn)品在濕熱的環(huán)境，相容性不好的小分子物質(zhì)因熱運(yùn)動(dòng)而緩慢遷移到產(chǎn)品的表面，形成白霜層，影響產(chǎn)品的美觀度。電線電纜產(chǎn)品，從押出成型到裁剪、焊接組裝、成品包裝的周期時(shí)間較長(zhǎng)，特別是夏季，產(chǎn)品在炎熱的倉(cāng)庫(kù)中存放過(guò)程，最容易出現(xiàn)噴霜現(xiàn)象。其中，析出的小分子物質(zhì)，大多數(shù)是配方中添加的抗氧劑、光穩(wěn)定劑等，要想避免出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)黑色或深顏色的產(chǎn)品配方時(shí)，不添加或盡量少添加析出后形成白霜的助劑小分子物質(zhì)。2.2表面滲油表面滲油的產(chǎn)品，摸起來(lái)手感粘糊糊，給人極其不舒服的感覺(jué)，同時(shí)表面很容易沾灰，黑色或深色產(chǎn)品較為明顯。這現(xiàn)象主要是增塑劑或者油性爽滑劑遷移造成，增塑劑在基體材料中經(jīng)常以滲出、溶出及揮發(fā)等方式遷移到產(chǎn)品表面⑵。根據(jù)筆者的多年經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，要想降低產(chǎn)品的滲油風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)配方時(shí)可以從以下幾點(diǎn)考慮：1、在兼具加工性和成本的基礎(chǔ)上，盡量選擇粘度高的增塑劑；2、選擇分子量分布窄、油品佳的增塑劑；3、選用中高分子量鎖油能力強(qiáng)的SEBS；4、降低體系充油比；5、充油放置時(shí)間盡量控制在12-24小時(shí)；6、控制油性爽滑劑的添加量。2.3發(fā)黃電線電纜顏色發(fā)黃多數(shù)是指白色或淺色系產(chǎn)品，顏色比原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)色要明顯偏黃，黃變是材料與周邊環(huán)境進(jìn)行能量交換的一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，材料內(nèi)部薄弱的分子結(jié)構(gòu)在受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的攻擊下產(chǎn)生自由基，特別是在氧氣的作用下加速老化進(jìn)程⑶，發(fā)生結(jié)構(gòu)和性能上的改變，進(jìn)而導(dǎo)致老化或是降解，宏觀表現(xiàn)則是黃變。因此，要想把黃變風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低，在配方設(shè)計(jì)選材上需要注意以下幾點(diǎn)：1、SEBS盡量選用氫化度高的產(chǎn)品，SEBS是氫化SBS，SBS含有不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)，易氧化黃變；2、增塑劑選用石蠟基白油要比環(huán)烷油抗黃變效果好。白油都是由飽和鏈烴結(jié)構(gòu)組成，因此在抗熱氧老化的時(shí)候要比含有不飽和結(jié)構(gòu)的環(huán)烷油好，當(dāng)然，不同廠家生產(chǎn)的增塑劑品質(zhì)也不一樣，要選用品質(zhì)穩(wěn)定的廠家；3、淺色系阻燃產(chǎn)品在添加PPO作為阻燃劑時(shí)，需要控制好添加的份量，PPO抗uv性能較差，在受到紫外線照射時(shí)易發(fā)黃；4、搭配添加適量的抗氧劑、光穩(wěn)定劑，可以有效的降低產(chǎn)品的黃變等級(jí)。2.4表面起顆粒表面起顆粒的線材，正常目視較難發(fā)現(xiàn)，用手順著線體捋過(guò)即可明顯的感受到凸起的小顆粒。造成表面起顆粒的原因可分為外部和內(nèi)部因素，外部因素：1、機(jī)器內(nèi)部有碳化不融的雜質(zhì)；2、在生產(chǎn)過(guò)程中混入不融的雜質(zhì)，如金屬、木質(zhì)或熔點(diǎn)高的工程塑料等。內(nèi)部因素：1、配方體系熔融粘度大，機(jī)器難于塑化充分；2、原料在合成反應(yīng)過(guò)程中，存在交聯(lián)過(guò)度，產(chǎn)生死膠；3、橡膠粉充油時(shí)攪拌不均勻，存在部分沒(méi)有吸油的SEBS；4、選用的碳酸鈣目數(shù)較低。針對(duì)外部因素的改善措施是：1、機(jī)器在生產(chǎn)前仔細(xì)徹底的清理，如有需要將螺桿抽出打磨螺桿清理；2、在造?；蜓撼鰰r(shí)在下料處加裝磁力架防止鐵質(zhì)掉入。內(nèi)部因素改善建議：1、在配方選材時(shí)，盡量選易塑化的材料，如SEBS不要選用分子量過(guò)高的，充油比例不要過(guò)低等，或選擇長(zhǎng)徑比大、塑化能力強(qiáng)的雙螺桿擠出機(jī)加工；2、選擇市場(chǎng)品質(zhì)穩(wěn)定、口碑良好的產(chǎn)品；3、橡膠粉充油時(shí)，增塑劑緩慢加入，或采用噴灑方式充油，避免將增塑劑一下全部倒入橡膠粉中，造成吸油不充分；4、碳酸鈣選用1250-2500目的即可，如對(duì)表面平整度要求較高的產(chǎn)品，可相應(yīng)選擇目數(shù)高一點(diǎn)，再在模頭擋板處放置目數(shù)高的過(guò)濾網(wǎng)。當(dāng)前TPE電線電纜材料的改性工廠在加工時(shí)，大多數(shù)采用二次加工的方式，提高材料塑化程度。經(jīng)過(guò)二次加工的材料，塑化更加充分，做出的線材產(chǎn)品手感更加平整細(xì)膩舒適。2.5開(kāi)裂開(kāi)裂是電線電纜存在的一個(gè)嚴(yán)重品質(zhì)問(wèn)題，線體開(kāi)裂會(huì)直接將內(nèi)部芯線暴露出來(lái)，存在安全隱患。開(kāi)裂現(xiàn)象一般存在阻燃和高無(wú)機(jī)填充材料中居多。由于苯乙烯類(lèi)彈性體TPE的組分比較復(fù)雜以及當(dāng)前阻燃技術(shù)的限制，TPE線材要想達(dá)到UL1581VW-1阻燃等級(jí)，需要添加30-45份的阻燃劑，而阻燃劑與基材的相容性欠佳，當(dāng)大份量的添加阻燃劑時(shí)就容易存在線體開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，高無(wú)機(jī)填充與添加阻燃劑的開(kāi)裂原因相同。當(dāng)填料份量較多時(shí)，材料整體韌性變差，同時(shí)，線材成品多數(shù)是180°對(duì)折折疊包裝，因此在對(duì)折處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，韌性不好的材料就很容易出現(xiàn)開(kāi)裂。為了降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，在配方設(shè)計(jì)選材時(shí)，要著重考慮整體相容性及抗撕裂處理。因此，需要加入足量的相容劑和增韌劑。2.6線徑不穩(wěn)線徑不穩(wěn)是指在押出機(jī)擠線的過(guò)程中，線材的直徑（OD）時(shí)大時(shí)小，無(wú)法控制在合理的數(shù)值范圍。線徑不穩(wěn)的根本原因是熔體在押出機(jī)機(jī)頭段無(wú)法形成穩(wěn)定的壓力場(chǎng)。造成這一現(xiàn)象有以下兩點(diǎn)分析：1、設(shè)備陳舊，螺桿與炮筒磨損嚴(yán)重，熔體往前輸送量不足；2、材料熔體粘度較低，材料熔融后，由于重力原因，熔體無(wú)法完全充滿(mǎn)炮筒，進(jìn)而造成壓力不穩(wěn)定。其中，第二點(diǎn)是造成線徑不穩(wěn)的常見(jiàn)原因。因此在配方設(shè)計(jì)時(shí)，要控制材料的熔體粘度，即充油比不能過(guò)高，還有就是盡量不選高流動(dòng)PP或添加其它高流動(dòng)性輔料。2.7螺桿打滑螺桿打滑的表現(xiàn)就是在下料斗處無(wú)法正常消耗材料，螺桿炮筒內(nèi)無(wú)法往前輸送熔體。這就會(huì)造成線材外被時(shí)有時(shí)無(wú)，無(wú)法正常生產(chǎn)。造成原因有以下兩點(diǎn)：1、材料潤(rùn)滑劑添加過(guò)量；2、押出機(jī)下料段溫度過(guò)高，在下料段即開(kāi)始熔融，造成螺桿缺乏往前輸送的摩擦力。因此，控制好潤(rùn)滑劑的添加量及客戶(hù)端合理設(shè)置押出機(jī)各區(qū)段溫度即可。2.8眼模渣堆積眼模渣堆積就是電線電纜在擠出過(guò)程中，眼模四周出現(xiàn)有顆粒狀的料渣子，時(shí)不時(shí)還有部分被線體帶走，進(jìn)而粘在線表面，形成顆粒。這種眼模渣堆積的情況易在阻燃和高無(wú)機(jī)填充的材料上出現(xiàn)，造成原因是阻燃劑和無(wú)機(jī)填充材料在膠料內(nèi)分散性和相容性不好，尤其是填充粉體的粒徑較小時(shí)，在膠料內(nèi)易形成團(tuán)聚。由于膠料在模頭受到擠壓，當(dāng)其被快速擠出口模時(shí)就會(huì)出現(xiàn)出口膨脹的現(xiàn)象，其中相容性和分散性不好的填料缺乏膠料粘附力，在快速擠出和膨脹的作用下粘到口模四周形成眼模渣現(xiàn)象。針對(duì)該現(xiàn)象的改善措施是添加足量的相容劑和分散劑以及對(duì)填充粉體做好預(yù)分散處理。3結(jié)語(yǔ)熱塑性彈性體TPE作為電線電纜外被使用，包覆金屬銅線或其它金屬導(dǎo)體，具有較高的附加值。因此，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品配方時(shí)，需要全方位了解膠料的生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景，提前作出預(yù)判，規(guī)