中壓礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽材料的配方設(shè)計

張永仲

(江蘇東峰電纜有限公司，江蘇無錫214251)

0 引言

煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT 818—2009規(guī)定中壓礦用橡套軟電纜的導(dǎo)體應(yīng)擠包半導(dǎo)電層，其目的是為了改善電場結(jié)構(gòu)，防止因?qū)w表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電。中壓礦用橡套軟電纜導(dǎo)體屏蔽的配方設(shè)計鮮有報道，而且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也沒有規(guī)定導(dǎo)體屏蔽的技術(shù)要求。為了設(shè)計出滿足電纜要求的配方，我們參考相關(guān)資料確定導(dǎo)體屏蔽的技術(shù)指標(biāo)如下:

(1)參考中壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜對導(dǎo)體屏蔽料的要求，確定礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽23℃時的體積電阻率不大于100 Ω·cm。

(2)由于中壓礦用電纜的絕緣為乙丙橡皮，其抗張強(qiáng)度不小于6.5 MPa，斷裂伸長率不小于200%。為了防止電纜在移動過程中導(dǎo)體屏蔽先損壞，我們確定礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽的機(jī)械性能不低于對絕緣的要求，即抗張強(qiáng)度不小于6.5 MPa，斷裂伸長率不小于200%。

(3)導(dǎo)體屏蔽應(yīng)與乙丙橡皮絕緣牢固粘接。

1 配方設(shè)計

(1)生膠的選擇。礦用電纜用的乙丙絕緣橡膠是非極性橡膠，為了使導(dǎo)體屏蔽與絕緣層牢固粘接，應(yīng)選用非極性或極性小的橡膠作為導(dǎo)體屏蔽的主體材料，而且其長期工作溫度應(yīng)與乙丙絕緣的長期工作溫度一致。經(jīng)過試驗，氯化聚乙烯CM135B、乙丙橡膠都能與乙丙絕緣牢固粘接。由于氯化聚乙烯在高溫硫化時會分解出氯化氫，損害絕緣的電氣性能，因此最終選擇了三元乙丙橡膠(EPDM)作為導(dǎo)體屏蔽的主體材料。

(2)導(dǎo)電材料的選擇。乙丙橡膠是優(yōu)良的絕緣材料，其體積電阻率達(dá)1015Ω·cm，為了使其導(dǎo)電，必須加入大量的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料有乙炔炭黑、石墨、導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)電炭黑等，它們在橡膠中的分布，能形成鏈狀或網(wǎng)狀分布，從而產(chǎn)生導(dǎo)電的作用。后兩種炭黑導(dǎo)電性好，但是價格昂貴，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，我們的設(shè)計思路是選擇乙炔炭黑和石墨作為導(dǎo)電材料。其中乙炔炭黑的導(dǎo)電性好，作為主導(dǎo)電劑，由于其粒徑小、結(jié)構(gòu)度高，兼做補(bǔ)強(qiáng)劑;石墨主要用于改善乙炔炭黑導(dǎo)致的膠料變硬、擠出工藝變差的缺點，但其導(dǎo)電性不如乙炔炭黑，會降低導(dǎo)電橡皮的機(jī)械性能，在滿足工藝性能的條件下，應(yīng)盡量少用或不用。在進(jìn)行配方試驗時，因為石墨對抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率的損害較大，因此最終沒用石墨。

(3)增塑劑的用量。為了使混煉膠變軟，容易擠出，應(yīng)加入適量的增塑劑。但是增塑劑本身是絕緣材料，其用量太大時會影響到導(dǎo)電橡皮的導(dǎo)電性能，因此配方設(shè)計時其用量要進(jìn)行合理選擇。

(4)其他材料的選擇。采用與乙丙絕緣一樣的硫化體系，主硫化劑為過氧化二異丙苯(DCP)，助硫化劑為三聚異氰酸三烯丙酯(TAIC)。由于導(dǎo)體屏蔽和絕緣采用同樣的硫化體系，其擠出和硫化工藝可以保持一致，生產(chǎn)時容易控制。

防老劑及其它配合劑與乙丙絕緣所用材料一樣，這樣可以防止導(dǎo)體屏蔽的配合劑滲透到絕緣層，影響絕緣的電氣性能。

2 配方試驗

試驗配方(質(zhì)量份)如下:三元乙丙橡膠(EPDM)100份;DCP 3.5份;TAIC 3份;石墨 變量;乙炔炭黑變量;防老劑RD 1.5份;氧化鋅5份;38號汽缸油變量;硬脂酸0.5份。試驗結(jié)果見表1。

表1 配方試驗測試結(jié)果

試驗結(jié)果分析:1#配方由于油的用量太大，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度很小;2#及3#配方減少了油的用量，抗張強(qiáng)度逐步提高，斷裂伸長率逐步下降，但是機(jī)械性能始終達(dá)不到要求;石墨的添加對機(jī)械性能有損害，因此4#配方去掉了石墨，機(jī)械性能得到很大改善，抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率及體積電阻率均合格。

4#配方在進(jìn)行工藝試驗時，由于乙炔炭黑用量很大，在混煉工序中不能完全捏合，為此在配方中又加入了10份石蠟，測試機(jī)械性能及電性能均有改善。這是因為適當(dāng)用量的石蠟?zāi)軒椭胰蔡亢诘姆稚?，使乙炔炭黑在混煉膠中分布均勻，使其補(bǔ)強(qiáng)作用和導(dǎo)電作用均得到有效發(fā)揮。

3 配方確定

最后確定的配方如下:EPDM 100份;DCP 3.5份:TAIC 3份;乙炔炭黑120份;防老劑RD 1.5份;氧化鋅5份;38號汽缸油30份;石蠟10份;硬脂酸0.5份。合計273.5份。性能測試結(jié)果見表2。

表2 導(dǎo)體屏蔽料的性能測試結(jié)果

4 結(jié)束語

以乙丙橡膠為主體材料，乙炔炭黑為導(dǎo)電材料，制得了導(dǎo)電性能合格的導(dǎo)體屏蔽材料。在配方設(shè)計過程中，由于乙炔炭黑會使膠料發(fā)硬，影響擠出，考慮添加一定份量的石墨。但由于石墨對導(dǎo)體屏蔽的機(jī)械性能影響很大，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率均達(dá)不到要求，因此最終沒有使用石墨。本配方的工藝性能是通過增塑劑的調(diào)整來達(dá)到的，特別是在混煉過程中添加了10份石蠟，不但解決了捏合問題，也使膠料變軟易于擠出。研制成功的導(dǎo)體屏蔽料工藝性能優(yōu)良，完全滿足中壓礦用橡套電纜生產(chǎn)要求。

［1］徐應(yīng)麟主編.電線電纜手冊(第2冊)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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

［3］李立軍.導(dǎo)電乙丙橡膠的研究［J］.石家莊化工，1995(2):11-13.

［4］孔憲武.電力電纜用可剝離型半導(dǎo)電絕緣屏蔽料研制［J］.電線電纜，1998(5):16-18.