3 300 V 光纖電力復(fù)合扁形堆取料機(jī)電纜用乙丙橡膠絕緣料的研制

陳安元，張國(guó)平，陳文剛，宋少亮

(上海南洋電材有限公司，上海201615)

0 引言

我公司在2004年開(kāi)發(fā)了3 300 V光纖電力復(fù)合扁形橡套軟電纜。這種電纜是將電力線、光纖等集合在一根扁電纜中，現(xiàn)已大量應(yīng)用在煉鋼廠、火力發(fā)電廠、港口的移動(dòng)機(jī)械上。為了使該電纜能達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求和性能指標(biāo)，我公司研發(fā)了相應(yīng)的乙丙絕緣料，本文介紹這種乙丙絕緣料的研發(fā)情況。

我們對(duì)乙丙基料做了一系列研究，最終選擇了荷蘭DSM乙丙橡膠為基料，它與其他三元乙丙膠不同，它的第三單體為:“1，4-HD”型(1，4-己二烯)，這在世界上是獨(dú)一無(wú)二的?！?，4-己二烯”的引入，使三元乙丙膠具有優(yōu)良的耐熱性、加工性及良好的電氣性能，由于其第三單體較為獨(dú)特，其配合與加工也與其它膠種有所不同，為此，我公司電纜課題組利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)，對(duì)配方硫化體系、軟化及防老體系、填充補(bǔ)強(qiáng)體系做了研究。

1 硫化體系

荷蘭DSM乙丙膠采用DCP硫化，硫化速度較慢，為了提高其硫化速度，需添加一定量的硫化助劑HVA-7(美國(guó)杜邦公司)，它對(duì)硫化膠的物理機(jī)械性能、電氣性能以及浸水后電氣性能穩(wěn)定性，都有一定的改善。

2 軟化及防老體系

荷蘭DSM乙丙膠配方中，石蠟類以微晶蠟為宜，石蠟系油以300號(hào)及60號(hào)油為主，操作油以輕質(zhì)操作油為好，添加石蠟類加工助劑，有助于提高橡皮的抗臭氧性及熱老化性能。

3 填充補(bǔ)強(qiáng)體系及其它

適當(dāng)?shù)奶盍峡筛纳颇z料的加工性能，并賦予絕緣橡皮良好的物理機(jī)械性能和電氣性能。我們?cè)谝酝囊冶浞街校蠖鄶?shù)采用滑石粉、輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑等作填料。但在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用這種體系后擠出外徑波動(dòng)大，成品橡皮拉伸變形大，絕緣線芯會(huì)有壓扁現(xiàn)象;而改以煅燒陶土，微?；奂拜p質(zhì)碳酸鈣，則可克服以上缺點(diǎn)。為了改善橡皮浸水后性能的穩(wěn)定性，需添加硅烷偶聯(lián)劑。它一方面與煅燒陶土、微?；鄣群趸璧臒o(wú)機(jī)填料自發(fā)偶合，可顯著降低填料的粘度，提高聚合物與填料的濕潤(rùn)性，同時(shí)在硫化過(guò)程中通過(guò)不飽和鍵和橡膠結(jié)合形成“橡膠—填料”鍵，從而提高了硫化速度、抗強(qiáng)強(qiáng)度、電氣性能及浸水穩(wěn)定性。

在配方設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們利用了CAD技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，按照多元線性回歸的方法，可確定在自然狀態(tài)下各因子對(duì)橡皮性能影響的多元線性回歸方程，其方程及分析見(jiàn)表2。

表2 線性回歸方程及分析

表3為多目標(biāo)規(guī)劃的約束條件。由表3可知，各因子對(duì)膠料性能影響程序，其中HVA-2對(duì)橡皮各性能都起一定的改善作用，尤其是對(duì)抗張強(qiáng)度、耐空氣熱老化性能、擊穿強(qiáng)度更為顯著;試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)硫化DCP用量不足時(shí)，橡皮的抗張強(qiáng)度等性能較差，用量過(guò)大時(shí)，對(duì)耐熱空氣老化性能又產(chǎn)生不良影響，這是因?yàn)橄鹌ぶ袣埓鍰CP影響了橡皮的耐熱性。

表3 多目標(biāo)規(guī)劃的約束條件

為尋找符合標(biāo)準(zhǔn)要求的最佳配方，必須考慮各因子對(duì)橡皮性能的綜合影響，即多目標(biāo)規(guī)劃就是利用各因子對(duì)性能指標(biāo)的要求，形成多目標(biāo)規(guī)劃的約束條件，再利用CAD技術(shù)對(duì)其進(jìn)行多目標(biāo)歸化后，從優(yōu)化結(jié)果得到 x1、x2、x3、x4的用量(重量份):

膠料加工性能:威氏塑性 0.4～0.43;門(mén)尼粘度 37.2;門(mén)尼焦燒(min)80～82。

膠料180℃硫化特性:T10(min)1.0～1.1;T90(min)9.0～9.5。

為了驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果正確性，按各因子的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行配合，各項(xiàng)性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比見(jiàn)表4。由表4可知，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值基本符合，說(shuō)明優(yōu)化結(jié)果是可行的，也顯示了采用多目標(biāo)規(guī)劃約束條件選擇配方的優(yōu)越性。

表4 實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的比較

表5 CEFR/SA 0.6/1 kV電纜性能試驗(yàn)之一

4 最佳配方的確定和驗(yàn)證

首先，做小配方模擬試驗(yàn)，以 IEC 60092-351、IEC 60092-359、JIS C 3327(日本電線工業(yè)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))［3］和 IEC 60332-3A［4］標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，進(jìn)行電性能、機(jī)械性能和阻燃性能對(duì)比試驗(yàn)，最終確定最佳配方，并生產(chǎn)了一根長(zhǎng)度約250 m、型號(hào)為CEFR/SA 0.6/1 kV船用電力電纜。按標(biāo)準(zhǔn)做了全性能驗(yàn)證試驗(yàn)，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。表5及表6為試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值的對(duì)照表，而且所有數(shù)據(jù)的裕度都相當(dāng)大。其中，電纜阻燃性能按IEC 3332-3A類進(jìn)行試驗(yàn)，電纜燃燒直到自然熄滅時(shí)，測(cè)得的噴燈上方最大炭化長(zhǎng)度為0.8 m，而標(biāo)準(zhǔn)允許的最大長(zhǎng)度為2.5 m，說(shuō)明有較大裕度。

表6 CEF/SA 0.6/1 kV電纜性能試驗(yàn)之二

5 結(jié)束語(yǔ)

采用自行開(kāi)發(fā)的乙丙橡膠絕緣料，配合我公司的生產(chǎn)工藝和技術(shù)于2004年底完成了堆取料機(jī)用電纜的生產(chǎn)?，F(xiàn)電纜已在寶山鋼鐵公司使用了5年多，至今仍運(yùn)行正常，說(shuō)明該配方的研制是成功的。

［1］IEC 60092-351:2004［E］.船用和近海電力、控制、儀表、通信和數(shù)據(jù)電纜的絕緣材料［S］.

［2］IEC 60092-359:1999 船用電力和通信電纜護(hù)套材料［S］.

［3］JIS C3327:1993 橡膠絕緣軟電纜［S］.

［4］IEC 60332-2A:2000 電纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)［S］.

［5］王春江主編.電線電纜手冊(cè)(第1冊(cè))［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［6］王洪偉編.最新橡膠的配方設(shè)計(jì)實(shí)用全書(shū)［M］.北京:中國(guó)知識(shí)出版社，2009.

［7］張殿榮編.現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.