中压电缆用乙丙橡胶绝缘配方研究

张 新，张 蓓，孔德忠，张 勇，董振园，江斌斌，廉 果，潘明星，李名珍

(1.江苏亨通电力电缆有限公司，江苏吴江215234;2.无锡工艺职业技术学院，江苏宜兴214206)

0 引言

三元乙丙橡胶(EPDM)是以乙烯、丙烯为主要单体，经溶液聚合并加入不饱和的第三单体(非共轭二烯烃)制成的三元共聚物，属于饱和碳链橡胶。

由于三元乙丙橡胶分子链中没有极性取代基团，空间位阻小，分子链比较柔顺，使得三元乙丙橡胶不仅表现出优良的耐屈挠性、回弹性和耐低温性，同时还具有很好的化学结构稳定性，广泛应用于汽车工业、电线电缆、密封材料和耐热制品等领域［1］。

近些年，随着我国经济的高速发展，能源供应紧张的矛盾日益突出，各行各业都采用大功率的设备以提高产能，因而对与之配套的传输电缆的要求不断提高，电压等级也随之提高，煤矿电缆、舰船电缆、石油平台用电缆采用乙丙橡胶绝缘的越来越多。

1 试验部分

1.1 主要原材料及生产厂

三元乙丙橡胶，牌号KEP210，韩国锦湖石油化学株式会社;防老剂RD，浙江黄岩华星化学厂;纳米氧化锌，安徽省含山县锦华氧化锌厂;煅烧陶土，中国高岭土有限公司(苏州);DCP，上海高桥石化精细化工有限公司;硫化促进剂HVA－2，上海方锐达有限公司;石蜡基油主要选择Sunpar 2280;其他原料均为市售。

1.2 乙丙橡胶选择

乙丙材料中常用的有二元乙丙和三元乙丙，不同类型的乙丙橡胶的本质差别在于分子量、结晶度、二烯含量和粘度，并将影响橡胶的工艺性能、挤出性能、冷热强度和物理特性。根据特定的应用，可简单地分为无定形和半结晶两种，并可按粘度和二烯含量进一步区分。一般来说，较高粘度的胶料具有优良的拉伸强度、撕裂强度，较高的模量和永久变形性能。第三单体含量的提高可以提高交联密度，且压缩永久变形小，模量高。半结晶胶料具有高硬度、高模量和高拉伸强度，电气性能和物理性能优异。

EPDM的乙烯含量越高意味着其电性能越好，但是乙烯含量高会影响加工性能和低温性能，不少论文都谈到选用陶氏化学的Nordel IP 3722P三元乙丙橡胶，笔者曾经也选用过这种材料做基料。此种材料有很多优点，比如有很好的电气性能和物理机械性能，填充量也较大，但是存在一个很大的缺点就是，其第三单体含量少(0.5%)，在硫化时交联密度低，又加之具有结晶橡胶的特点，高温永久变形大，导致在挤出多芯电缆时存在绝缘线芯严重压扁现象。笔者通过多次试验，在电性能和永久变形方面找寻一个平衡，最终选择韩国锦湖KEP210作为基体材料。KEP210主要的技术指标为:ML(1+4)，125℃为42，乙烯含量65%，第三单体含量57%。

1.3 性能测试

试样性能按 GB 7594—1987、GB 5013—2008、GB 2951—2008进行测试。

2 配方中材料的选择

2.1 硫化体系

EPDM为主链饱和的橡胶，硫化剂可采用硫脲、有机过氧化物、多胺以及硅烷等，考虑到产品须具有良好的耐热性能，采用过氧化物硫化。过氧化物交联体系具有硫化温度高，不易焦烧的特点，容易控制硫化速度，不污染，可以使硫化胶得到优良的机械性能，压缩永久变形小，耐热性好。常用的过氧化物有DCP、BIBP、TPB、BCPO、F －80、双 2，5 等，考虑到成本，配方体系选用DCP做硫化剂。

EPDM采用过氧化物硫化体系时，配方中一般要添加具有官能团的共硫化剂。共硫化剂的加入，可大大加快硫化速度，提高交联密度，改善硫化胶的耐温性能。适用的共硫化剂有TAC、TAIC、HVA-2、EDMA、DAIC、DAP、TMPTM、TMPTA 等，其中以TAC、TAIC、HVA-2共硫化效果较好，我们选用HVA-2作共硫化剂。

硫化剂及硫化助剂的用量对胶料的焦烧时间和硫化胶的机械性能有显著影响，用量太多，在混炼及挤出加工过程中易焦烧;用量太少，硫化不充分，机械强度偏低，伸长率大。考虑到我公司连续硫化管道的长度等因素，DCP用量为3份，HVA-2用量为2份，可满足产品性能及生产要求。

2.2 补强填充体系

加入填充材料，可增大体积、降低成本、改善加工工艺性能，如减少半成品收缩率、提高半成品表面平整性、提高硫化胶硬度及定伸应力等，填料对未硫化胶的加工性能和硫化胶的物理机械性能及动态力学性能和电性能有很大的影响。加入补强材料，可满足胶料的加工及性能要求。常用的补强填充剂有白炭黑、改性煅烧陶土、碳酸钙、滑石粉等。

白炭黑以其优良的补强性能成为最主要的补强填充剂，白炭黑呈微酸性，会消耗过氧化物，造成线材欠硫或表面起孔，重要的一点是白炭黑若添加过多，对其电性能有很大影响，因此在中压乙丙橡皮配方中白炭黑要慎用或少用。

碳酸钙有一定的补强作用，但碳酸钙有一定的吸水性，用量过大会降低胶料电性能，特别是对浸水电容影响很大;在阻燃电缆配方中加入过多碳酸钙会降低电缆的阻燃性能。

改性煅烧陶土不但能提高橡胶的物理机械性能，还能提高混炼胶的电性能。陶土经900℃左右的高温煅烧后，可降低其表面的亲水基—OH基含量;用硅烷偶联剂处理过后，则不但会进一步封闭粒子表面—OH基团，使亲水性变为疏水性，由此胶料的电绝缘性能可以进一步提高和稳定，而且硅烷偶联剂的另一端与橡胶形成化学键，增加填料与橡胶的结合力，这进一步提高了橡胶的机械性能。其次，煅烧陶土的形状呈圆球状，可延长电击穿路径并对电击穿起屏障作用，从而提高了橡胶的介电性能。

滑石粉可使挤出表面更光滑，使胶料具有较好的挺性，减小压缩变形，并有助于混炼胶在密炼时分散，改善胶料加工时存在的粘辊现象，使胶料有良好的包辊性［2］。笔者对碳酸钙、超细滑石粉、改性煅烧陶土进行实验对比，实验结果见表1。

表1 不同填料对硫化胶性能的影响

综合考虑，改性煅烧陶土为80份，性能较好。

2.3 软化体系

乙丙橡胶中加入软化剂，主要是为了改善胶料的工艺性能，同时可以降低产品的成本。

乙丙橡胶为非极性橡胶，一般用非极性石油作为操作油［3］，同时添加微晶石蜡也能改善胶料的加工性能。石蜡系油以Sunpar 2280为佳，蜡类以微晶石蜡为最佳，添加微晶石蜡，有助于提高橡胶的抗臭氧性及耐热老化性能，因为在胶料受热的时候，微晶石蜡易喷出，夹带橡胶内的防老剂迁移至绝缘层表面，形成有效保护膜，从而提高橡胶的抗臭氧性及耐热老化性能。

2.4 防老剂和稳定剂

提高EPDM的耐热性使用最普遍的防老剂一般是自由基捕捉剂，如防老剂 RD、BLE、264等，与防老增效剂MB、MTI等并用，耐热防老化效果更好。通常在中压绝缘配方中，防老剂RD对橡胶的物理机械性能影响较大，而MB对其影响较小，并且增加MB用量，橡胶的电气性能有所改善，同时还可以防止在橡皮高温硫化时的导体氧化。综合分析，RD在0.8～1.0份，MB在1.0～1.5份，这样的配合可以获得性能优异的中压乙丙橡胶。

3 胶料物理机械性能

3.1 胶料的物理机械性能

优化后胶料的物理机械性能见表2。

表2 混炼胶性能

3.2 混炼工艺

先将EPDM在70～80℃密炼机中塑炼2～3 min;其次加入改性煅烧陶土2～3 min;最后加入剩下材料混炼3～4 min。密炼机温度在100～110℃开始排料，将混炼胶在开炼机上薄通1、2次，并在摆胶装置上摆胶2、3次，三辊压延机压延过粉箱后出片。混炼胶存放8 h后放入密炼机混炼，温度在100℃以下加硫化剂DCP和硫化助剂HVA-2，混炼1 min左右排料，开炼机薄通1、2次并机摆胶2、3次，三辊压延机开条出片，经冷却辊冷却，过粉箱(用硬脂酸锌作为隔离剂)制得成品。

4 成品电缆绝缘性能

按MT 818.6—2009试制型号规格为 MYPTJ－8.7/10 kV 3×70+3×25/3+3×2.5的橡皮绝缘电缆，电缆外径为80mm，共生产2 000 m，挤出在德国TROESTER三层共挤冷喂料 150+ 90+ 70连续硫化挤橡机上进行。硫化管为不锈钢管，长118 m，倾斜25 m，最高蒸汽压力2.0 MPa，温度200℃左右，冷却水槽长20 m。中压绝缘挤出温度分布:模口105～110℃，机头95～100℃，喂料口45～50℃，机身一区75～80℃，机身二区85～90℃，螺杆45～50℃。挤出机各部位及螺杆的温度均用模温机加热冷却调节，挤出电缆外径均匀一致，表面光滑，屏蔽料和绝缘粘联良好，剥离力在10N左右，断面没有气孔。该电缆的物理机械性能见表3。

表3 成品电缆绝缘性能

5 结论

(1)研制的橡皮绝缘电缆用中压乙丙橡皮绝缘，性能完全满足MT 818—2009的要求;成品电缆物理机械性能符合GB 7594.5—1987的要求。

(2)EPDM橡胶综合性能良好，使用本厂自制的中压乙丙橡胶，可有效地降低生产成本。

［1］赵泉林，李晓刚.三元乙丙橡胶老化进展研究［J］.绝缘材料，2010(43):37 －41.

［2］Eberhart R C，Donbbins R W.Neural Network PC Tool:A Practical Guide［M］.New York:Academic Press，1990.67.

［3］唐 斌，李晓强.乙丙橡胶应用技术［M］.陕西:化学工业出版社，2005.119 －120.