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深圳市欧龙优新材料科技有限公司

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欧龙优热塑性耐高温弹性体合金材料的研究与发展应用

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欧龙优热塑性耐高温弹性体合金材料的研究与发展应用

发布日期:2021-04-25 00:00 来源:http://www.szolloy.com 点击:

欧龙优热塑性耐高温弹性体合金材料的研究与发展应用

 欧龙优:陈常明 欧龙优新材料 4月10日


  1、前言

 

弹性体是引领新产品设计和市场导向的优质材料,其柔软的质感和可调整的物性、硬度以及适宜多种加工工艺,无疑为产品设计师提供了巨大的发挥空间,对创新产品,提升产品价值,引领市场潮流提供了巨大的帮助。

弹性体在消费品和工业品中的应用有着不同的分化要求,工业品因使用环境的复杂性,对弹性体材料往往有着严格的技术性能要求,最具技术要求的是那些在一定特别环境中使用的材料,它们对材料的耐高温性、耐寒性、耐化学性、长期耐老化性以及阻燃性等都具有较高的要求,这需要弹性体材料研发工作者们,做出更多的努力和探索。

  利用合金和相容化技术开发新型材料一直是材料领域的热门话题,在弹性体材料方面,我们也可以将合金技术和相容性技术予以充分发挥和利用,从而开发出新的高性能弹性体材料,对此,我们在这方面做了许多开创性的工作。

 

2、热塑性耐高温弹性体合金材料的开发

   

利用合金技术可以获得性能优良的弹性体新材料,尤其是耐高温弹性体材料。一些耐高温工程材料具有特殊的性能,如耐高温,高强度,耐化学性等等,如果通过合金技术与弹性体材料进行共混改性,就为开发新型弹性体材料铸造了新的路程。高温工程材料可以分散嵌入弹性体中,增加了弹性体材料的刚性,并形成新的具有高性能的新型弹性体材料。耐高温工程材料与弹性体相容性差,通过加入增容剂可以提高两者的相容性。

通过实践证明,这些新型弹性体合金材料既具有良好的耐高温特性,又能保持弹性体的优良的弹性和良好的柔韧性以及耐低温特性。我们通过合金技术分别成功开发了耐温等级为105125150的弹性体材料,这些材料具有优良的柔韧性(可以从60-90A),拉伸强度高(10-30MPa),耐低温(-50以下),耐化学溶剂(如汽、柴油、润滑油、苯类、酮类溶剂等等),而且它们的阻燃材料也能保持良好优越的性能。

 

2.1  耐高温高柔性以及其无卤阻燃热塑性弹性体材料的开发与应用

 

让弹性体材料暨保持良好的弹性和柔韧性,又具有较高的耐温性,是可以通过合金改性技术来实现的,如,我们开发的一种软硬度为60A左右的高耐温热塑性弹性体材料,通过耐高温工程材料与弹性体共混改性,材料软硬度虽在60A左右,但可以完好的达到125℃等级材料的耐温要求。该材料测试性能如下表一:

                                  表一

项目

试验方法

单位

数值

NY125H-001

NY125H-002

密度

GB/T 1033

g/cm3

0.96

0.96

邵氏硬度

GB/T 2411

Shore A

58

    63

抗张强度

GB/T 2951.11-2008

MPa

9.5

   10.8

断裂伸长率

%

510

    550

老化条件

GB/T 2951.12-2008

℃×h

158±2×168

158±2×168

老化后抗张强度变化

GB/T 2951.11-2008

%

-11

-8

老化后断裂伸长率变化

%

13

9

低温脆化温度

GB/T 2951.14-2008

-60

-60

热收缩试验(120℃±2, 1h

GB/T 2951.13-2008

   %

1.0

1.0

热冲击试验(150℃±2, 1h

GB/T 2951.31-2008

——

无裂纹

无裂纹

体积电阻率

GB/T 1410

Ω·cm

2.8×1015

 2.8×1015

介电常数

IEC60250

100Hz

2.2

2.0

介电强度

GB/T 1408

KV/mm

33

33

材料阻燃性

  UL94

——

 V0(3mm)

V0(3mm)


从上表一中可以看出,该材料虽经过158 7天老化,其断裂伸长率却保持很小的变化,甚至正增长,说明该60A的超柔性材料具备很好的高温耐受力。另外,该材料介电常数低,电绝缘性好,同时阻燃性良好,能达到V0(3mm)级,是加工生产多种高端线缆及特种电缆以及优质密封制品的优良材料。

另外,我们还开发了其它系列高柔性耐高温弹性体合金阻燃材料,如,我们利用合金技术开发的75-78A左右耐温105-125高柔性无卤阻燃材料,产品不仅具有高柔性,还具有高达14MPa左右的拉伸强度,抗撕裂,耐油性好,可以做新能源汽车充电桩、高端数据线、电源线等护套和绝缘层材料,代表材料性能如表二:

                           表二

项目

试验方法

单位

密度

GB/T 1033

g/cm3

1.02

邵氏硬度

GB/T 2411

Shore A

78

老化前抗张强度

GB/T 2951.11-2008

MPa

15.6

老化前断裂伸长率

%

630

老化条件

GB/T 2951.12-2008

℃×h

158±2×168

老化后抗张强度变化

GB/T 2951.11-2008

%

6

老化后断裂伸长率变化

%

-12

低温脆化温度

GB/T 2951.14-2008

-60

热收缩试验(150℃±2, 15min

GB/T 2951.13-2008

   %

1.0

热冲击试验(150℃±2, 1h

GB/T 2951.31-2008

——

无裂纹

抗撕裂强度

ASTM D 624

N/mm

33

耐臭氧试验(25℃±2, 24h

GB/T 2951.21-2008

——

无裂纹

耐油试验(IRM902, 50℃±3, 20h

GB/T 2951.11-2008

——

电缆外径变化率为7%

耐油试验(汽油, 23℃±3, 20h

——

电缆外径变化率为8%

耐油试验(柴油, 23℃±3, 20h

——

电缆外径变化率为5%

介电强度

GB/T 1408

kV/mm

35

体积电阻率

GB/T 1410

Ω·cm

1.8×1015

阻燃性

UL94

——

V0(3mm)

   

 2.2 耐高温高强度弹性体合金及无卤阻燃材料的开发与应用

 

利用合金技术,可以让性能互补的材料组合成优势材料,一些工程材料本身具有良好的阻燃性和较高的拉伸强度,这样我们利用相容性技术可以组合成一个最优的阻燃弹性体材料体系,这种材料体系无卤阻燃性良好、强度高,压缩永久变形率低(小于25%)。如表三所示阻燃材料,该材料不仅阻燃性好,而且拉伸强度高达30MPa左右,能很好地抵抗外受持续冲击力,可以应用于许多特殊应用场所需求的产品,如汽车、机车、轨道交通等用密封材料、铁路地铁垫片等配件材料以及高端电线电缆等。我们开发的高强度无卤阻燃材料代表性能如表三:

                                  表三

 项目

试验方法

单位

数值

密度

GB/T 1033

g/cm3

0.96

邵氏硬度

GB/T 2411

Shore A

92

拉伸强度

GB/T 2951.11-2008

MPa

30.5

断裂伸长率

%

310

老化及老化条件

GB/T 2951.12-2008

℃×h

158±2×168

老化后抗张强度变化

GB/T 2951.11-2008

%

15

老化后断裂伸长率变化

%

-12

压缩永久变形率

GB/T7759

100,24h

%

22.5

低温脆化温度

GB/T 2951.14-2008

-60

体积电阻率

GB/T 1410

Ω·cm

2.6×1015

介电强度

GB/T 1408

KV/mm

33

材料阻燃性

  UL94

——

V0(1.6mm)


3、150 等级交联弹性体合金材料的开发与应用


     为了使弹性体合金材料具有更高的耐温性和满足特定环境产品中的使用要求,我们对合金材料作更进一步的改性,进行交联处理。如在材料中加入敏化剂后,材料用电子辐照加速器进行辐照交联处理,经过辐照交联以后,材料的分子结构由线性结构变成网状结构,材料的耐温性进一步提高,特别是材料的熔点大幅提高后,材料的使用安全性更高,更能满足材料长时间高耐温场所使用。我们根据市场需求开发的耐温等级为150℃的辐照交联弹性体新材料,分别有70A和85A两种软硬度的无卤阻燃材料,这种材料能够分别很好地满足各种场所对耐温需要达到150等级材料应用需求,材料具体性能如下表四:

                                  表四

项目

试验方法

单位

数值

JL150H-6001

JL150H-6002

密度

GB 1033

g/cm3

0.96

0.96

邵氏硬度

GB 2411

Shore A

85

70

抗张强度

GB/T 2951.11-2008

MPa

14.5

11.6

断裂伸长率

%

450

490

老化条件

GB/T 2951.12-2008

℃×h

180±2×168

180±2×168

老化后拉伸强度变化率

GB/T 2951.11-2008

%

12

16

老化后断裂伸长率变化率

%

-13

-18

长期老化(150℃±2, 3000h

GB/T 2951.12-2008

——

不开裂,

耐压不击穿

不开裂,

耐压不击穿

低温脆化温度

GB/T 2951.14-2008

-60

-60

热收缩试验(180℃±2, 1h

GB/T 2951.13-2008

%

0.5

0.6

热冲击试验(175℃±2, 1h

GB/T 2951.31-2008

——

无裂纹

无裂纹

热延伸试验(200℃±3,15min,20N/cm2

GB/T 2951.21-2008




负荷下伸长率,最大

%

50

55

冷却后永久伸长率,最大

%

20

18

耐磨试验

JB/T 10696.6-2007

——

通过

通过

耐臭氧试验(25℃±2, 24h

GB/T 2951.21-2008

——

无裂纹

无裂纹

耐油试验(IRM902, 50℃±3, 20h

GB/T 2951.11-2008

——

电缆外径变化率为5%

电缆外径变化率为4%

耐油试验(汽油, 23℃±3, 20h

——

电缆外径变化率为7%

电缆外径变化率为8%

耐油试验(柴油, 23℃±3, 20h

——

电缆外径变化率为5%

电缆外径变化率为5%

介电强度

GB/T 1408

kV/mm

38

36

体积电阻率

GB/T 1410

Ω·cm

2.2×1015

2.3×1015

阻燃性

UL 94

——

V0(3mm)

V0(3mm)

 

这种材料体系还较好地弥补了目前市场上其它品种的150等级耐温材料的缺陷,如与目前市场上应用较多的150等级辐照交联聚烯烃无卤阻燃材料相比,该材料具有以下优势特点:

   1、交联弹性体合金材料柔韧性、耐低温性更好。交联弹性体合金材料柔韧性能做到85A以下这样终端用户则可有更多的选择性和使用方便性;而交联阻燃聚烯烃材料柔韧性要做到85A及以下则很难实现,或者勉强实现了,其它性能指标难以实现均衡发展。从耐低温性方面,交联聚烯烃耐低温一般-40℃,而交联弹性体合金材料耐低温可达-60℃所以,从使用环境的适应性来看,交联弹性体合金材料适用环境范围广

 2、聚烯烃材料辐照交联前,耐温只有70-80℃,辐照交联后,聚烯烃耐温才提高,而交联弹性体合金材料,即使不辐照,其耐温本身也已达125℃,因此,如果材料因为不小心未辐照到位,则聚烯烃材料就会有大使用风险,而交联弹性体合金材料即使因用户不小心未辐照到位,也比交联聚烯烃材料安全。

 3交联弹性体合金材料相比较表面质感、耐刮性和柔软舒适性更好。交联弹性体合金材料因柔软和表面耐刮擦性好而质感非常舒适阻燃聚烯烃材料大多应添加了大量的无机阻燃剂而使其质感较硬,表面非常容易刮白擦伤。因此交联阻燃弹性体合金材料用户体验感好,也便于用户安装、拖磨等后续加工处理。

 4交联弹性体合金材料比重轻,只有0.96,而阻燃交联聚烯烃材料,比重一般在1.3-1.5之间,很显然,交联弹性体合金材料许多终端成品追求减轻重量的目标是一致的。

 5交联弹性体合金材料因成炭性更好,其无卤阻燃性比聚烯烃更容易实现因此,加工生产高阻燃性的成品,交联弹性体合金材料相比交联聚烯烃材料更容易达到目标。

 6一些阻燃线缆成品有要求达到175℃以上缠绕试验老化要求,150交联弹性体合金材料因为其良好的的柔韧性和弹性,则较易此要求,而交联阻燃聚烯烃线缆因为材料本身问题是能达到此要求的。

从以上的陈述可见,耐高温弹性体合金材料因为交联,而使其应用扩展了更多的选择性,譬如,我们还通过合金技术,开发了一些耐油(如耐902#903#双油)耐高温的交联弹性体合金无卤阻燃材料等。

 

 

4、结语

    利用合金技术开发新型材料,一直是改性材料领域的热门课题。利用合金技术开发新型弹性体材料,特别是耐高温弹性体材料,也应该是一个新的发展方向,我们做了很多这方面的探讨和工作,也获得了不少有益的收获,希望能给大家带来一些启示和帮助。

 

                 

 

                            

深圳市欧龙优新材料科技有限公司是一家专业从事高性能高分子新材料研究和生产的国家高新技术企业。公司主要研发、生产和销售各种无卤阻燃高性能电线电缆料、各种高性能塑胶弹性体合金材料、塑料合金相容剂、增韧剂等产品,尤其在无卤阻燃耐高温弹性体材料领域,具有领先的独特技术优势。公司的耐高温105-150℃等级无卤阻燃弹性体材料,是目前国内外耐温等级较高、性价比较优的无卤阻燃弹性体材料。

  欧龙优耐高温弹性体材料产品主要应用于新能源汽车充电桩电缆线、汽车用线、机车线、轨道交通线、高端建筑用线、高端电源数据线、通讯线等高端电缆线领域以及车用耐高温弹性体密封配件材料、铁路桥梁垫片、各种高档装饰密封条材料等等。

成为高性能耐高温弹性体材料领域领导型企业,为全球用户提供高性能创新弹性体解决方案并提供最佳服务,是我们宗旨。


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