3 300 V 光纖電力復合扁形堆取料機電纜用乙丙橡膠絕緣料的研制

陳安元，張國平，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年開發了3 300 V光纖電力復合扁形橡套軟電纜。這種電纜是將電力線、光纖等集合在一根扁電纜中，現已大量應用在煉鋼廠、火力發電廠、港口的移動機械上。為了使該電纜能達到產品技術要求和性能指標，我公司研發了相應的乙丙絕緣料，本文介紹這種乙丙絕緣料的研發情況。

我們對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)，這在世界上是獨一無二的?！?，4-己二烯”的引入，使三元乙丙膠具有優良的耐熱性、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算機輔助設計(CAD)技術，對配方硫化體系、軟化及防老體系、填充補強體系做了研究。

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(美國杜邦公司)，它對硫化膠的物理機械性能、電氣性能以及浸水后電氣性能穩定性，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號及60號油為主，操作油以輕質操作油為好，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 填充補強體系及其它

適當的填料可改善膠料的加工性能，并賦予絕緣橡皮良好的物理機械性能和電氣性能。我們在以往的乙丙配方中，大多數采用滑石粉、輕質碳酸鈣和白炭黑等作填料。但在實際生產加工過程中發現，采用這種體系后擠出外徑波動大，成品橡皮拉伸變形大，絕緣線芯會有壓扁現象;而改以煅燒陶土，微?；奂拜p質碳酸鈣，則可克服以上缺點。為了改善橡皮浸水后性能的穩定性，需添加硅烷偶聯劑。它一方面與煅燒陶土、微?；鄣群趸璧臒o機填料自發偶合，可顯著降低填料的粘度，提高聚合物與填料的濕潤性，同時在硫化過程中通過不飽和鍵和橡膠結合形成“橡膠—填料”鍵，從而提高了硫化速度、抗強強度、電氣性能及浸水穩定性。

在配方設計過程中，我們利用了CAD技術、數理統計原理，按照多元線性回歸的方法，可確定在自然狀態下各因子對橡皮性能影響的多元線性回歸方程，其方程及分析見表2。

表2 線性回歸方程及分析

表3為多目標規劃的約束條件。由表3可知，各因子對膠料性能影響程序，其中HVA-2對橡皮各性能都起一定的改善作用，尤其是對抗張強度、耐空氣熱老化性能、擊穿強度更為顯著;試驗還發現硫化DCP用量不足時，橡皮的抗張強度等性能較差，用量過大時，對耐熱空氣老化性能又產生不良影響，這是因為橡皮中殘存DCP影響了橡皮的耐熱性。

表3 多目標規劃的約束條件

為尋找符合標準要求的最佳配方，必須考慮各因子對橡皮性能的綜合影響，即多目標規劃就是利用各因子對性能指標的要求，形成多目標規劃的約束條件，再利用CAD技術對其進行多目標歸化后，從優化結果得到 x1、x2、x3、x4的用量(重量份):

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

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

為了驗證優化結果正確性，按各因子的優化結果進行配合，各項性能指標的實測值與預測值對比見表4。由表4可知，實測值與預測值基本符合，說明優化結果是可行的，也顯示了采用多目標規劃約束條件選擇配方的優越性。

表4 實測值與預測值的比較

表5 CEFR/SA 0.6/1 kV電纜性能試驗之一

4 最佳配方的確定和驗證

首先，做小配方模擬試驗，以 IEC 60092-351、IEC 60092-359、JIS C 3327(日本電線工業會標準)［3］和 IEC 60332-3A［4］標準作為依據，進行電性能、機械性能和阻燃性能對比試驗，最終確定最佳配方，并生產了一根長度約250 m、型號為CEFR/SA 0.6/1 kV船用電力電纜。按標準做了全性能驗證試驗，所有試驗數據均達到規定的標準值。表5及表6為試驗實測值與標準值的對照表，而且所有數據的裕度都相當大。其中，電纜阻燃性能按IEC 3332-3A類進行試驗，電纜燃燒直到自然熄滅時，測得的噴燈上方最大炭化長度為0.8 m，而標準允許的最大長度為2.5 m，說明有較大裕度。

表6 CEF/SA 0.6/1 kV電纜性能試驗之二

5 結束語

采用自行開發的乙丙橡膠絕緣料，配合我公司的生產工藝和技術于2004年底完成了堆取料機用電纜的生產。現電纜已在寶山鋼鐵公司使用了5年多，至今仍運行正常，說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、通信和數據電纜的絕緣材料［S］.

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

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

［6］王洪偉編.最新橡膠的配方設計實用全書［M］.北京:中國知識出版社，2009.

［7］張殿榮編.現代橡膠配方設計［M］.北京:化學工業出版社，2001.