关键词：充油体系、白油、充电桩电缆料、撕裂强度
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充电桩电缆是连接充电桩和充电枪的线缆，要求可在室内或室外使用，在室外使用时充电桩电缆应能满足高寒、日光、雨水以及汽车用油类物质的侵蚀，因此需具备抗紫外线和臭氧、耐高低温和化学侵蚀等特殊性能 。充电桩电缆应能承受频繁的拉伸弯曲或被电动汽车碾压等外界的机械损伤，因此需满足特殊的力学性能要求，出厂前需进行曲绕、弯曲、车辆碾压试验等。目前用于充电桩电缆的材料有热塑性弹性体（TPE）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚氯乙烯/丁腈橡胶（PVC/NBR）、交联三元乙丙橡胶（EPR）和交联聚烯烃（XLPO）等。 TPE是以苯乙烯类弹性体、接枝改性弹性体及改性聚烯烃为基料，加入特殊改性剂、抗氧剂、高效无卤阻燃剂等助剂，经特殊工艺加工而制得的粒状料，具有优良的阻燃性能、电绝缘性能和耐热性能，优异的耐低温性能、耐老化性能、耐紫外线和热老化性能，可广泛用于手机充电器线材、计算机排线、插座开关、数据线、USB线、天线、音视频线、游戏机线材、耳机线、医疗制品、体育器材、工具手柄的包覆和牙刷柄包胶等领域。根据GB/T33594-2017要求，TPE越来越多地应用在充电桩电缆中。由于充电桩电缆拖拽频繁，对于撕裂强度指标要求高，普通的TPE撕裂强度低（≤10N/mm），不能满足充电桩电缆的要求（≥20N/mm）。本研究通过改善充油体系来提高充电桩电缆用TPE的撕裂强度，同时考察TPE的拉伸性能及加工性能等。
03实验
1主要原材料SEBS，牌号分别为6150、6151、6152、6154，白油，牌号分别为18#、36#、48#、68#、100#，白油所对应的平均运动黏度依次为18、36、48、68、100m2/s；聚丙烯线性低密度聚乙烯磷氮阻燃剂，氰尿酸三聚氰胺（MCA）、硅酮母粒、抗氧剂。
2试样制备按照实验配方（如表2所示），先使用高速混合机充油，之后用双螺杆挤出机进行挤出造粒。将造好的颗粒在流变仪中挤出，挤出温度设定在165～205℃，转速为50r/min。再在175℃的液压机中不加压预热6min，然后加压至15MPa加热4min并冷却至室温，制得厚度为1mm的试片，然后将试片按照要求制成哑铃型试样和裤型试样，由不同牌号的SEBS和不同黏度的白油制成不同试样。
3性能测试拉伸性能测试：拉伸强度和断裂伸长率试验按GB/T1040.1-2006进行，试样为II型哑铃片，厚度为(1.0±0.1)mm，拉伸速度为(250±50)mm/min。撕裂强度测试：按GB/T2951.11-2008进行，试验速度为(250±25)mm/min，试验环境：温度为25℃，湿度约为50%。热延伸试验：按GB/T2951.21-2008进行，试验温度为200℃，试样为II型哑铃片，厚度为(1.0±0.1)mm，试样的负荷为0.2MPa。SEM测试：将试样表面喷金，然后在SEM上观察，加速电压为10kV。
02结果与讨论
1不同分子量SEBS对TPE力学性能的影响图1是不同分子量的SEBS对TPE加工扭矩的影响，从图1可以看出，随着SEBS分子量的增加，TPE加工扭矩逐渐增大。这是因为SEBS分子量越大，其分子链越长，分子链之间缠绕程度就越高，导致分子间流动性降低，所以加工扭矩增大。
图2、图3分别是不同分子量的SEBS对TPE拉伸性能和撕裂强度的影响。由图2和图3可以看出，随着SEBS分子量的增加，试样的拉伸强度和断裂伸长率以及撕裂强度呈上升趋势，这是因为SEBS分子量越高，分子缠绕程度越高，分子间不易滑动，所需拉伸力增大，试样的拉伸强度和伸长率以及撕裂强度增大 。不同分子量的SEBS对TPE力学性能的影响表明，在TPE材料中加入SEBS后，随着SEBS分子量的增加，聚合物分子链的运动难度增加，从而导致加工扭矩增大，能耗增大，所以加工性能降低。同时，SEBS分子量的增大，导致分子链间的作用力变大，提高了材料的断裂伸长率、拉伸强度和撕裂强度。
2不同黏度的白油对TPE力学性能的影响白油是液体类烃类的混合物，主要成分为C16～C31的正异构烷烃的混合物，是SEBS增塑剂中最常用的添加改性剂。白油可以进入SEBS分子内部，降低SEBS的分子间作用力，改善SEBS的加工性能和流动性能，从而提高挤出速度。白油可分为石蜡基白油和环烷基白油，取相同质量的两种白油，测试其对SEBS力学性能的影响，结果如表3所示。从表3可以看出，添加环烷基白油的试样性能比添加石蜡基白油的低。这是由于SEBS中含有苯环，根据相似相溶原理，环烷基白油和SEBS中的苯环相溶，破坏了SEBS中“海岛”中的“岛”，使其力学性能下降。所以本研究选用石蜡基白油。
图4是不同黏度石蜡基白油对TPE材料加工扭矩及质量损失的影响。从图4可以看出，白油黏度越大，扭矩越高，添加运动黏度为100m2/s白油的TPE加工扭矩达到25N·m，说明其加工很困难，主要原因是黏度越高，白油分子间作用力越大，流动性越差，很难进入SEBS分子里面。同时，石蜡基白油黏度越大，越难挥发，因此质量损失随着黏度增大而降低。
图5是不同黏度石蜡基白油对TPE材料拉伸强度和撕裂强度的影响。从图5可以看出，随着石蜡基白油运动黏度的增加，试样的拉伸强度和撕裂强度先升高后降低，这是因为低黏度白油进入SEBS分子链中比较容易，使得SEBS充分塑化，拉伸强度和撕裂强度呈递增趋势，但当白油黏度增大时，进入SEBS分子链中很困难，SEBS不能充分塑化，拉伸强度和撕裂强度呈下降趋势。综合不同黏度白油对TPE力学性能和质量损失的影响，可知选用运动黏度为68㎡/s的白油最佳。
图6是不同充油放置时间对TPE撕裂强度和加工扭矩的影响。从图6可以看出，随着充油放置时间的延长，撕裂强度呈先增大后减小的趋势，而扭矩呈先减小后增大的趋势，其中放置8h时试样的撕裂强度最大，扭矩最小。这是因为放置8h时白油已经完全进入SEBS分子链中，使其分子链完全舒展，分子链运动阻力变小，当放置12h时白油会有少量析出。
图7是不同充油放置时间对试样拉伸性能的影响。从图7可以看出，随着充油放置时间的延长，试样的拉伸强度和断裂伸长率呈先增大后减小的趋势，其中放置8h的试样拉伸性能最好。这是因为随着放置时间的延长，白油慢慢渗入聚合物中，使得拉伸强度和断裂伸长率增大，而放置8h时白油已经完全进入SEBS分子链中，使其分子链达到一个平衡的状态，拉伸强度和断裂伸长率最大。因此最佳的充油放置时间为8h。
3不同充油放置时间的TPE试样表面形貌将在平板硫化机上压好的片材分别充油放置0、4、8h，采用扫描电镜对片材表面进行观察，结果如图9所示。由图9可以看出，当试样未进行充油放置时，表面有许多“油滴”，而随着放置时间的延长，试样表面逐渐变得平整。这是因为白油被SEBS充分吸收，增加了和其他组份的界面相容性，使试样表面变得平整；同时白油的吸收增加了其他组分与小分子的相容性，不仅避免了白油的迁移，也避免了小分子随着白油的迁移而析出。
01结论通过对不同分子量的SEBS、不同黏度的白油以及不同充油时间对TPE材料力学性能的研究并对材料表面进行观察，得出以下结论：
①随着SEBS分子量的增大，TPE分子间的流动性降低，试样加工扭矩增大，拉伸强度和伸长率以及撕裂强度呈上升趋势。②石蜡基白油比环烷基白油对材料的力学性能和撕裂强度破坏小。③随着石蜡基白油黏度的增加，试样的拉伸强度和撕裂强度先增大后减小，其中运动黏度为68㎡/s的石蜡基白油性能最佳。④随着充油放置时间的延长，试样表面逐渐变得平整，放置8h时试样的撕裂强度最大，力学性能最好。
来源：文献，utpe编辑整理，如侵删如转注中广核三角洲（苏州）新材料研发有限公司国家能源核电非金属材料寿命评价与管理技术实验室
作者：肖红杰 单永东 马芝森 李建喜
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