矿用橡套电缆绝缘屏蔽的配方设计

张玉红

(广州广日电气设备有限公司，广东 广州511447)

0 引言

3.6/6 kV及以上电压等级的矿用橡套软电缆的绝缘屏蔽层应采用直接挤包在绝缘线芯上的形式，其目的是使乙丙橡皮绝缘层内的电场更均匀。此外为了安全起见，千伏级的MYP、MCP矿用电缆绝缘层外也需加一层屏蔽层，标准规定可以采用挤包结构。绝缘屏蔽主要是以下三个方面的要求:

(1)导电性要好，参考中压交联聚乙烯绝缘电缆对导体屏蔽料的要求，确定矿用橡套电缆绝缘屏蔽23℃时的体积电阻率不大于100Ω·cm。

(2)由于中压矿用电缆的绝缘为乙丙橡皮，其抗张强度不小于6.5 MPa，断裂伸长率不小于200%。为了防止电缆在移动过程中绝缘屏蔽先损坏，我们确定矿用橡套电缆导体屏蔽的机械性能不低于对绝缘的要求，即抗张强度不小于6.5 MPa，断裂伸长率不小于200%。

(3)绝缘屏蔽应是可剥离的，按照MT 818—2009的要求，剥离力不小于4 N，且不大于45 N，剥离后绝缘上应不残留。

1 配方设计思路

1.1 生胶的选择

矿用电缆绝缘层胶种一般采用乙丙橡胶(EPR)，它是非极性橡胶，为了使绝缘屏蔽与绝缘层宜于剥离，根据相容性原理，应选用极性橡胶作为绝缘屏蔽的主体材料。参考文献［2］报道使用醋酸乙烯酯(VA)含量56%的乙烯－醋酸乙烯酯橡胶(EVA)可以满足可剥离性的要求，但是由于市场不易得到，我们只得采用VA含量40%的EVA进行了试验。试验结果证明这种含量的EVA不能满足可剥离性的要求。其他极性橡胶材料还有氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、丁腈橡胶等。由于氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯价格极其昂贵，加工性较差，而且含有氯原子，在高温条件下硫化时会分解出氯化氢，损害绝缘的电气性能，因此我们最终选择了LG化学有限公司的B6850丁腈橡胶作为绝缘屏蔽的主体材料。

在配方研究的过程中发现，单用B6850丁腈橡胶作为主体材料时，其与绝缘的剥离力很小，几乎为零。因此我们添加了非极性的丁苯橡胶以降低混合胶料的极性，丁腈橡胶和丁苯橡胶混合胶料的极性随着丁苯橡胶的用量增加而逐渐减小，其与乙丙绝缘的剥离力会逐渐增加，配方试验结果见表1。

从表1可以看出，丁苯橡胶与丁腈橡胶的比例为25∶75时，剥离力可以满足标准的要求。当比例为35∶65时，虽然剥离力在标准范围内，但是绝缘表面有少量炭黑残留;当比例为50∶50时，混炼胶的极性太小，与乙丙绝缘粘合太牢，剥离时绝缘被扯伤。根据试验结果，确定丁苯橡胶与丁腈橡胶的用量比例为25∶75。

表1 丁腈橡胶和丁苯橡胶的用量比例对剥离力的影响

1.2 导电材料的选择

1.2.1 导电材料的选择

导电材料有乙炔炭黑、石墨、导电炭黑等，它们在橡胶中能形成链状或网状分布，从而产生导电的作用。乙炔炭黑和石墨一般配合使用，由于乙炔炭黑的导电性不算太好，过量加入又会使胶料变硬，因此需要加入一定量的石墨作为辅助导电材料，同时改善胶料的加工性能。导电炭黑由于粒径更小、结构度更高，因此导电性非常好，只要加入很少份量就可以达到导电性的要求。由于添加量不是很大，因此可以满足胶料的加工性能要求。由于近一段时间以来乙炔炭黑的价格上涨非常厉害，出于成本因素的考虑，我们选择了用导电炭黑作为导电剂。导电炭黑由于粒径小、结构度高，同时也作为补强剂。

1.2.2 导电炭黑和增塑剂的用量

导电炭黑的添加量与胶料导电率的关系见图1。在图1中的拐点前随着导电炭黑份量的增加，胶料的体积电阻率下降很快，但是过了拐点以后曲线趋于平坦。因此导电炭黑的用量并不是越多越好。

为了使混炼胶变软，容易挤出，应加入适量的DOP作为增塑剂。但是DOP本身是绝缘材料，其用量太大时会影响到导电橡皮的导电性能。随着DOP用量的增加，导电炭黑的用量也要相应增加，而导电炭黑用量太大又会影响到胶料的工艺性能，我们用威氏塑性值来考核。

图1 导电炭黑的添加量与导电率的关系

由于导电炭黑和DOP的用量存在相互影响的关系，将两者综合在一起进行试验，结果如表2。

表2 导电炭黑和增塑剂的用量选择

配方1和配方2由于导电炭黑的用量不够，因此胶料的导电性不好;配方3和配方4胶料的导电性都可以满足要求，但是可塑性不好，根据实际生产经验，威氏塑性值应在0.35～0.50之间，否则混炼和挤橡都有困难;配方5和配方6都可以满足设计要求，但是配方6更优，因其导电性更好。

1.3 硫化体系的选择

由于主体材料采取丁腈橡胶和丁苯橡胶并用，因此选择硫化体系时要兼顾两种橡胶，使二者都能得到充分硫化。丁腈橡胶和丁苯橡胶的硫化体系相同，可以采用二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)和脂肪基的多硫化物(VA－7)作为硫化剂。经过我们的多次配方试验，VA－7在硫化效率、硫化程度及加工分散性等方面都比TMTD好，因此我们选用了VA－7作为硫化剂。硫化促进剂采用二硫化二苯并噻唑(DM)、N－环已基－2－苯并噻唑次磺酰胺(CZ)、二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC)共用，其中ZDC是快速硫化剂，其临界温度为80℃，添加ZDC后的胶料硫化速度很快，若仅采用DM和CZ作为硫化促进剂，则胶料的硫化速度很慢，易产生欠硫。

1.4 防老剂的选择

防老剂的选择也要兼顾两种橡胶，我们选用防老剂D及防老剂MB－A并用，其中防老剂D作为丁腈橡胶的防老剂，防老剂MB－A作为丁苯橡胶的防老剂。

2 定型配方及性能

根据以上设计思路，经反复试验，最后确定配方如下:丁腈橡胶75份;丁苯橡胶25份;VA－7 1.7份;导电炭黑40份;防老剂D 2份;防老剂MB－A 1.5份;DOP 15份;其它22份;共计182.2份。

试验结果见表3。

3 结束语

生产实践表明，该配方的混炼及挤橡工艺性能良好，机械性能及剥离力均合格，体积电阻率小于100Ω·cm，电缆过渡电阻小于3 kΩ。这说明该配方是成熟的，可以满足矿用橡套电缆的要求。

表3 配方试验测试结果

［1］张殿荣.现代橡胶配方设计［M］.北京:化学工业出版社，2001.290-298.

［2］刘召建.矿用电缆半导电屏蔽层胶料的研制［J］.橡胶工业，2000(4):214-216.