中壓礦用橡套電纜導體屏蔽材料的配方設計

張永仲

(江蘇東峰電纜有限公司，江蘇無錫214251)

0 引言

煤炭部標準MT 818—2009規定中壓礦用橡套軟電纜的導體應擠包半導電層，其目的是為了改善電場結構，防止因導體表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電。中壓礦用橡套軟電纜導體屏蔽的配方設計鮮有報道，而且產品標準也沒有規定導體屏蔽的技術要求。為了設計出滿足電纜要求的配方，我們參考相關資料確定導體屏蔽的技術指標如下:

(1)參考中壓交聯聚乙烯絕緣電纜對導體屏蔽料的要求，確定礦用橡套電纜導體屏蔽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體屏蔽先損壞，我們確定礦用橡套電纜導體屏蔽的機械性能不低于對絕緣的要求，即抗張強度不小于6.5 MPa，斷裂伸長率不小于200%。

(3)導體屏蔽應與乙丙橡皮絕緣牢固粘接。

1 配方設計

(1)生膠的選擇。礦用電纜用的乙丙絕緣橡膠是非極性橡膠，為了使導體屏蔽與絕緣層牢固粘接，應選用非極性或極性小的橡膠作為導體屏蔽的主體材料，而且其長期工作溫度應與乙丙絕緣的長期工作溫度一致。經過試驗，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)作為導體屏蔽的主體材料。

(2)導電材料的選擇。乙丙橡膠是優良的絕緣材料，其體積電阻率達1015Ω·cm，為了使其導電，必須加入大量的導電材料。導電材料有乙炔炭黑、石墨、導電炭黑、超導電炭黑等，它們在橡膠中的分布，能形成鏈狀或網狀分布，從而產生導電的作用。后兩種炭黑導電性好，但是價格昂貴，從經濟性的角度考慮，我們的設計思路是選擇乙炔炭黑和石墨作為導電材料。其中乙炔炭黑的導電性好，作為主導電劑，由于其粒徑小、結構度高，兼做補強劑;石墨主要用于改善乙炔炭黑導致的膠料變硬、擠出工藝變差的缺點，但其導電性不如乙炔炭黑，會降低導電橡皮的機械性能，在滿足工藝性能的條件下，應盡量少用或不用。在進行配方試驗時，因為石墨對抗張強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電橡皮的導電性能，因此配方設計時其用量要進行合理選擇。

(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。試驗結果見表1。

表1 配方試驗測試結果

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

4#配方在進行工藝試驗時，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，測試機械性能及電性能均有改善。這是因為適當用量的石蠟能幫助乙炔炭黑的分散，使乙炔炭黑在混煉膠中分布均勻，使其補強作用和導電作用均得到有效發揮。

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。性能測試結果見表2。

表2 導體屏蔽料的性能測試結果

4 結束語

以乙丙橡膠為主體材料，乙炔炭黑為導電材料，制得了導電性能合格的導體屏蔽材料。在配方設計過程中，由于乙炔炭黑會使膠料發硬，影響擠出，考慮添加一定份量的石墨。但由于石墨對導體屏蔽的機械性能影響很大，導致抗張強度和斷裂伸長率均達不到要求，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整來達到的，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。研制成功的導體屏蔽料工藝性能優良，完全滿足中壓礦用橡套電纜生產要求。

［1］徐應麟主編.電線電纜手冊(第2冊)［M］.北京:機械工業出版社，2009.

［2］張殿榮.現代橡膠配方設計［M］.北京:化學工業出版社，2001.

［3］李立軍.導電乙丙橡膠的研究［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電絕緣屏蔽料研制［J］.電線電纜，1998(5):16-18.