氯磺化聚乙烯(Chlorosulfonted Poloothylene,CSPE)是将聚乙烯溶解在四氯化碳、四氯乙烯或六氯乙烷中,以偶氮二异丁腈为催化剂或紫外光照射下,通入氯和二氧化硫的混合气体或亚磺酰氯反应而得。聚乙烯经氯化和磺化处理后,其分子结构规整性被破坏,变成常温下柔软而有弹性的聚合物。氯磺化聚乙烯平均分子量约2~10万。它的化学结构式可表达为
1.氯磺化聚乙烯的结构特点
1)它是以聚乙烯为主链的不含双键的饱和性橡胶。CSPE-20是采用分子量为2~4万的低密度聚乙烯制得的,分支性大、工艺性能好但物理力学性能稍差;CSPE-40是采用分子量为8~10万的高密度聚乙烯制得的,聚乙烯本身基本上没有支链,结晶性比较大。
2)分子结构中含有氯原子,由于氯原子的引入,打破了聚乙烯规整性,使它不易结晶,所以随着含氯量的增加,分子链刚度减少,据实验测定,含氯量为25%~38%时,分子链刚度最小,完全处于适宜的弹性范围。含氯量继续增加,刚度反而急剧增大。
3)分子结构中由于氯磺酰基的存在,使氯磺化聚乙烯可以像通用橡胶那样易于达到充分硫化,有利于橡胶的弹性充分发挥,不过氯磺酰基过多,易于焦烧。
2.氯磺化聚乙烯的性能
1)优异的耐臭氧、耐日光和耐大气老化性,由于本身具有高度饱和的结构,故耐臭氧性特别优越,如在常温和张力作用下,150×10-4%臭氧中氯磺化聚乙烯超过两周也不龟裂,可见耐臭氧性超过氯丁橡胶、丁基橡胶等,在使用时可不必加防臭氧剂。通常利用此特性与其他不耐臭氧的橡胶并用,只要氯磺化聚乙烯并用量达到25%,既可获得足够的耐臭氧性。
2)较好的耐热性和耐寒性;长期使用温度为90~105℃,优于氯丁橡胶和丁腈橡胶。耐寒性也好,脆化温度为-40~-60℃,可在-50℃使用。
3)良好的物理力学性能。氯磺化聚乙烯属于自补性强橡胶,不加补强剂就具有很好的强度(拉伸强度为17.5MN/m2),炭黑补强后,强度进一步提高(拉伸强度为21MN/m2),而且耐磨性也十分优良,可与丁苯橡胶比拟。缺点是压缩永久变形较大。(www.xing528.com)
4)良好的电绝缘性,氯磺化聚乙烯的电性不仅优于氯丁橡胶,而且比氯化聚乙烯好。由于分子结构中引进了氯原子和氯磺酰基,使橡胶具有偶极性,不过它在极性橡胶中电性能是最好的,而且它的电阻几乎不受浸水的影响,水和湿气对介电常数和介质损耗影响也较小,因此可以作为低压电缆的绝缘,又由于其具有突出的耐电晕和局部放电性,这是常用以制造飞机、汽车、打火线的基本条件。此外,它还有较好的耐辐射性。
5)能耐酸、碱等多种化学药品,特别是能耐强氧化剂如硝酸等。氯磺化聚乙烯的耐油性属于中等水平,与氯丁橡胶相仿,并与分子中氯含量有关,氯含量愈高,耐油性越好。在120℃下将其放入石油质机械油中浸18h,拉伸强度和伸长率只变化15%左右。
6)良好的工艺性能,可在一般橡胶设备上进行加工,与其他橡胶掺合性能也很好。
此外,还具有优异的耐燃性,由于分子结构中含有较多的氯原子,不会延燃,离开火焰自行熄灭。它的耐燃性仅次于氯丁胶。
氯磺化聚乙烯的品种很多,按含氯量不同可分为CSPE-20、CSPE-30、CSPE-40等七种类型。CSPE-20的含氯量为29%,CSPE-40的含氯量为35%;含硫量1.0%~1.4%,在分子链中大致是每6~7个碳原子有一个氯磺酰基。根据电线电缆使用特点,最宜使用CSPE-40,常用于绝缘和护层,也可以使用CSPE-20,用于绝缘橡皮。随着含氯量增加,工艺性能、力学性能、耐老化性能、耐水性、耐油性、耐溶剂、耐燃性和耐大气老化性等提高,但在电性方面和永久变形和耐寒性上,CSPE-40比CSPE-20差一些。而在加工黏度、耐低温性、耐曲挠性、柔软性、耐臭氧和耐热等方面两者基本相同。
氯磺化聚乙烯的主要缺点是压缩永久变形大、抗撕裂性差、低温弹性差、耐油性远不如丁腈橡胶、价格较贵。
氯磺化聚乙烯在电缆工业中,主要用作护层材料,是船用电缆、矿用电缆、电气机车和内燃机车电缆、电焊机电缆的优良护层材料。还可作高压电机和F级电机引接线,以及飞机、汽车的点火线和电压等级2000V以下的电线的绝缘。其电线电缆制品可以长期在户外使用。
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