煤礦用中壓電力電纜用乙丙橡膠絕緣材料研究.docx

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煤礦用中壓電力電纜用乙丙橡膠絕緣材料研究 字?jǐn)?shù)：2909 來源：中小企業(yè)管理與科技下旬刊 2011年9期 字體：大 中 小打印當(dāng)頁正文 　　摘要：煤礦用電纜、盾構(gòu)電纜等中壓電力電纜的絕緣越來越多采用乙丙橡膠絕緣材料，從基體材料選擇、配合劑的選擇、加工工藝等方面進行了探討，研制的乙丙絕緣材料及其制品具有優(yōu)良的機械電氣性能和加工性能。 　　關(guān)鍵詞：中壓電力電纜 乙丙橡膠 配合劑 硫化 　　0 引言 　　交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣材料在中壓電纜的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，但是，低溫柔軟性、耐水樹、耐電樹及耐電暈性能等方面仍在不足。與XLPE、PE及油紙絕緣相比，乙丙橡膠絕緣具有很高的運行可靠性及其它優(yōu)點，如高的耐濕性能，浸水后電氣和機械性能幾乎不下降，耐水樹形成能力高，耐電暈及耐熱性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。隨著橡膠生產(chǎn)、加工混煉和硫化工藝等方面的技術(shù)發(fā)展，使乙丙橡膠用于中壓電纜的可靠不斷提高其在電纜生產(chǎn)中的用量也不斷增加。 　　近幾年，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源供應(yīng)緊張的矛盾越來越突出，為滿足這一需求，各大煤礦采用大功率的采煤設(shè)備提高產(chǎn)能，而與之配套傳輸電力的電纜的要求不斷提高，電壓等級提高，導(dǎo)體截面變大，電纜質(zhì)量要求提高。根據(jù)煤礦的設(shè)計要求，設(shè)計的電纜型號規(guī)格為MYPTJ 8.7/10kV 3*150+3*50/3+3*2.5供煤礦移動變電站使用。并且，國內(nèi)盾構(gòu)電纜、船用電纜等采用乙丙絕緣電纜越來越多。 　　在國內(nèi)電纜制造企業(yè)中，用于做電纜絕緣的三元乙丙膠的牌號很多，配合劑種類繁多，為進一步提高煤礦用中壓電纜產(chǎn)品質(zhì)量，我們結(jié)合公司的經(jīng)驗和工藝特點，重點研究了適合于中壓電纜使用乙丙橡膠絕緣材料。本文主要介紹了橡膠選擇、配合劑的選擇及工藝技術(shù)，研制材料符合MT818-2009標(biāo)準(zhǔn)的性能要求。 　　1 乙丙絕緣料的配方研究 　　1.1 基材的選用 　　乙丙材料中常用的有二元乙丙和三元乙丙，不同類型的乙丙橡膠的本質(zhì)差別在于分子量、結(jié)晶度、二烯含量和粘度，并將影響橡膠工藝性能、擠出性能、冷熱強度和物理特性。根據(jù)特定的應(yīng)用，可簡單的分為無定形和半結(jié)晶兩種，并可按粘度和二烯含量進一步區(qū)分。一般來說，較高的粘度膠料具有較高的模量和拉伸強度。半結(jié)晶膠料具有高硬度、高模量和高拉伸強度，并具有優(yōu)異的電氣性能和物理性能。 　　由于XLPE具有更高的介電性能，因此中高壓電力電纜用絕緣材料適宜選用較高乙烯含量的三元乙丙橡膠（EPDM），并綜合加工性能和電氣物理性能的要求，我們選擇乙烯含量較高（70%左右）、低門尼粘度、半結(jié)晶的橡膠Nordel IP 3722P作為主要基體材料，主要技術(shù)指標(biāo)如下：ML1+4 125C 20，乙烯含量70.5%，二烯含量0.5%，中等分子量分布。 　　1.2 硫化體系 　　乙丙橡膠的二烯含量對于采用硫磺硫化體系的混煉膠的硫化速度和交聯(lián)度有很大的影響。增加二烯含量會增加硫化點，從而導(dǎo)致更快的硫化速度和更高的交聯(lián)度，但采用過氧化物硫化體系時二烯含量對硫化速度及交聯(lián)度影響很小。乙丙橡膠通常采用過氧化物或硫磺和促進劑進行硫化，一般來說，硫磺硫化體系僅用于低壓絕緣和護套材料配方，而過氧化物硫化體系適用于廣泛低壓、中壓的絕緣配方。 　　不論有無共硫化劑，采用過氧化物硫化的乙丙橡膠具有快速硫化，加工安全性好，很好的耐熱性和干濕環(huán)境下優(yōu)異的電氣穩(wěn)定性等特點。二?；?、二烷基和過氧化酯類型有機過氧人物適用于乙丙橡膠硫化。 　　共硫化劑是由多個不飽和官能團的有機物，與過氧化物進行共交聯(lián)，常用于增加硫化速度和交聯(lián)度。由于是低分子量物質(zhì)，可以降低膠粘粘度而改善加工性能。常用的共硫化劑有HVA-2、TAC及TA1C。 　　1.3 填料選用 　　過氧化物硫化體系中必須使用中性或堿性的填料。二氧化硅和未經(jīng)處理陶土一般呈酸性，應(yīng)該避免使用。煅燒陶土和表面處理煅燒陶土由于經(jīng)煅燒后粒子呈堿性，并降低陶土的親水性，從而使膠料具有良好的電氣絕緣性能。但對于中高壓電纜用乙丙絕緣材料，填料不宜多加，一般添加50～70phr(每百重量份橡膠中的份數(shù))。我閃一般選擇了Polarite 503S，Translink-37等表面處理煅燒陶土。 　　1.4 加工助劑 　　由于與乙丙橡膠爭奪自由基，所有的加工油均會降低過氧化物的硫化效率，其中石蠟油影響最小。同樣，添加石蠟和微晶石蠟不但可以改善橡膠的加工性能，還可同時作為物理防老劑，以提高橡膠的耐熱、耐臭氧和耐電暈性。石蠟基油主要選擇Sunpar 2280或Tudalen 16。 　　硅烷偶聯(lián)劑的使用可以改善無機填料與橡膠結(jié)合性，增加填料的分散，從而改善橡膠在水中（尤其是90℃水中）的電氣穩(wěn)定性以及橡膠的工藝性能和物理機械性能。 　　1.5 防老劑 　　苯酚類防老劑對乙丙硫化的不利影響最大，容易使自由基鈍化，從而降低硫化效率；喹啉類影響最??；胺類影響介于兩者之間。 　　1.6 金屬氧化物 　　氧化鋅在乙丙橡膠中作為硫化促進劑使用，相對來說，活性氧化鋅會提高硫化速度和硫化效率。 　　5～8phr氧化鉛（紅丹）的使用可以進一步提高橡膠的耐熱性和潮濕環(huán)境下的電氣穩(wěn)定性。 　　2 加工工藝 　　2.1 混煉工藝 　　作為中壓電力電纜用乙丙絕緣料，材料的潔凈度相當(dāng)重要。電纜行業(yè)中塑料粒子已廣泛使用。因此用于加工粒狀材料的設(shè)備也在大量使用。實際情況下，普通無定形乙丙橡膠進行造粒加工，由于材料偏軟，粘性大，經(jīng)一段時間堆放后容易發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。 　　作為半結(jié)晶材料的Nordel IP 3722P就可以實現(xiàn)乙丙橡膠的顆?；a(chǎn)?；鞜捘z經(jīng)過密煉機混煉完成后，直接進入濾橡機進行過濾，并形成直徑3～4mm的條狀，經(jīng)過冷水冷卻后吹干，再由切粒機切粒。切好的粒子經(jīng)過風(fēng)冷干燥后即可，而不必采用滑石粉等粉末隔離劑，保證材料的品質(zhì)。 　　2.2 擠出硫化工藝 　　本研究的中壓乙丙絕緣料適宜于采用冷喂料擠出機，并且實踐表明，材料平滑擠出，擠出壓力穩(wěn)定。 　　3 成品電纜的性能 　　通過上述研究，我們研制了中壓乙丙絕緣料，共混煉了12t絕緣料，并批量生產(chǎn)了煤礦用移動金屬屏蔽監(jiān)視型軟昲，型號規(guī)格為MYPTJ 8.7/10kV 3*150+3*50/3+3*2.5共約8km，主要性能見表1。 　　4 結(jié)束語 　　4.1 本研究的乙丙橡膠絕緣采用Nordel IP 3722P的基本材料，填充選擇用表面處理燃燒陶土，采用過氧化物DCP硫化體系。產(chǎn)品試制結(jié)果表面，該材料具有電氣性能優(yōu)異、加工工藝好等特點，同時還具有很好的機械物理性能。采用該絕緣材料生產(chǎn)的電纜產(chǎn)品性能符合MT818-2009的要求。 　　4.2 本研究采用新型的混煉加工生產(chǎn)線，制造的材料具有潔凈度高、批量生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定的特點，并且可以順利進行顆粒材料的加工。 　　4.3 本研究開發(fā)的材料大提高了煤礦用中壓電纜產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，為煤礦電力傳輸提供了保障。