礦用橡套電纜絕緣屏蔽的配方設(shè)計(jì)

張玉紅

(廣州廣日電氣設(shè)備有限公司，廣東 廣州511447)

0 引言

3.6/6 kV及以上電壓等級(jí)的礦用橡套軟電纜的絕緣屏蔽層應(yīng)采用直接擠包在絕緣線芯上的形式，其目的是使乙丙橡皮絕緣層內(nèi)的電場(chǎng)更均勻。此外為了安全起見(jiàn)，千伏級(jí)的MYP、MCP礦用電纜絕緣層外也需加一層屏蔽層，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以采用擠包結(jié)構(gòu)。絕緣屏蔽主要是以下三個(gè)方面的要求:

(1)導(dǎo)電性要好，參考中壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜對(duì)導(dǎo)體屏蔽料的要求，確定礦用橡套電纜絕緣屏蔽23℃時(shí)的體積電阻率不大于100Ω·cm。

(2)由于中壓礦用電纜的絕緣為乙丙橡皮，其抗張強(qiáng)度不小于6.5 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率不小于200%。為了防止電纜在移動(dòng)過(guò)程中絕緣屏蔽先損壞，我們確定礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽的機(jī)械性能不低于對(duì)絕緣的要求，即抗張強(qiáng)度不小于6.5 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率不小于200%。

(3)絕緣屏蔽應(yīng)是可剝離的，按照MT 818—2009的要求，剝離力不小于4 N，且不大于45 N，剝離后絕緣上應(yīng)不殘留。

1 配方設(shè)計(jì)思路

1.1 生膠的選擇

礦用電纜絕緣層膠種一般采用乙丙橡膠(EPR)，它是非極性橡膠，為了使絕緣屏蔽與絕緣層宜于剝離，根據(jù)相容性原理，應(yīng)選用極性橡膠作為絕緣屏蔽的主體材料。參考文獻(xiàn)［2］報(bào)道使用醋酸乙烯酯(VA)含量56%的乙烯－醋酸乙烯酯橡膠(EVA)可以滿足可剝離性的要求，但是由于市場(chǎng)不易得到，我們只得采用VA含量40%的EVA進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明這種含量的EVA不能滿足可剝離性的要求。其他極性橡膠材料還有氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯、丁腈橡膠等。由于氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯價(jià)格極其昂貴，加工性較差，而且含有氯原子，在高溫條件下硫化時(shí)會(huì)分解出氯化氫，損害絕緣的電氣性能，因此我們最終選擇了LG化學(xué)有限公司的B6850丁腈橡膠作為絕緣屏蔽的主體材料。

在配方研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，單用B6850丁腈橡膠作為主體材料時(shí)，其與絕緣的剝離力很小，幾乎為零。因此我們添加了非極性的丁苯橡膠以降低混合膠料的極性，丁腈橡膠和丁苯橡膠混合膠料的極性隨著丁苯橡膠的用量增加而逐漸減小，其與乙丙絕緣的剝離力會(huì)逐漸增加，配方試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，丁苯橡膠與丁腈橡膠的比例為25∶75時(shí)，剝離力可以滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)比例為35∶65時(shí)，雖然剝離力在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但是絕緣表面有少量炭黑殘留;當(dāng)比例為50∶50時(shí)，混煉膠的極性太小，與乙丙絕緣粘合太牢，剝離時(shí)絕緣被扯傷。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定丁苯橡膠與丁腈橡膠的用量比例為25∶75。

表1 丁腈橡膠和丁苯橡膠的用量比例對(duì)剝離力的影響

1.2 導(dǎo)電材料的選擇

1.2.1 導(dǎo)電材料的選擇

導(dǎo)電材料有乙炔炭黑、石墨、導(dǎo)電炭黑等，它們?cè)谙鹉z中能形成鏈狀或網(wǎng)狀分布，從而產(chǎn)生導(dǎo)電的作用。乙炔炭黑和石墨一般配合使用，由于乙炔炭黑的導(dǎo)電性不算太好，過(guò)量加入又會(huì)使膠料變硬，因此需要加入一定量的石墨作為輔助導(dǎo)電材料，同時(shí)改善膠料的加工性能。導(dǎo)電炭黑由于粒徑更小、結(jié)構(gòu)度更高，因此導(dǎo)電性非常好，只要加入很少份量就可以達(dá)到導(dǎo)電性的要求。由于添加量不是很大，因此可以滿足膠料的加工性能要求。由于近一段時(shí)間以來(lái)乙炔炭黑的價(jià)格上漲非常厲害，出于成本因素的考慮，我們選擇了用導(dǎo)電炭黑作為導(dǎo)電劑。導(dǎo)電炭黑由于粒徑小、結(jié)構(gòu)度高，同時(shí)也作為補(bǔ)強(qiáng)劑。

1.2.2 導(dǎo)電炭黑和增塑劑的用量

導(dǎo)電炭黑的添加量與膠料導(dǎo)電率的關(guān)系見(jiàn)圖1。在圖1中的拐點(diǎn)前隨著導(dǎo)電炭黑份量的增加，膠料的體積電阻率下降很快，但是過(guò)了拐點(diǎn)以后曲線趨于平坦。因此導(dǎo)電炭黑的用量并不是越多越好。

為了使混煉膠變軟，容易擠出，應(yīng)加入適量的DOP作為增塑劑。但是DOP本身是絕緣材料，其用量太大時(shí)會(huì)影響到導(dǎo)電橡皮的導(dǎo)電性能。隨著DOP用量的增加，導(dǎo)電炭黑的用量也要相應(yīng)增加，而導(dǎo)電炭黑用量太大又會(huì)影響到膠料的工藝性能，我們用威氏塑性值來(lái)考核。

圖1 導(dǎo)電炭黑的添加量與導(dǎo)電率的關(guān)系

由于導(dǎo)電炭黑和DOP的用量存在相互影響的關(guān)系，將兩者綜合在一起進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2。

表2 導(dǎo)電炭黑和增塑劑的用量選擇

配方1和配方2由于導(dǎo)電炭黑的用量不夠，因此膠料的導(dǎo)電性不好;配方3和配方4膠料的導(dǎo)電性都可以滿足要求，但是可塑性不好，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，威氏塑性值應(yīng)在0.35～0.50之間，否則混煉和擠橡都有困難;配方5和配方6都可以滿足設(shè)計(jì)要求，但是配方6更優(yōu)，因其導(dǎo)電性更好。

1.3 硫化體系的選擇

由于主體材料采取丁腈橡膠和丁苯橡膠并用，因此選擇硫化體系時(shí)要兼顧兩種橡膠，使二者都能得到充分硫化。丁腈橡膠和丁苯橡膠的硫化體系相同，可以采用二硫化四甲基秋蘭姆(TMTD)和脂肪基的多硫化物(VA－7)作為硫化劑。經(jīng)過(guò)我們的多次配方試驗(yàn)，VA－7在硫化效率、硫化程度及加工分散性等方面都比TMTD好，因此我們選用了VA－7作為硫化劑。硫化促進(jìn)劑采用二硫化二苯并噻唑(DM)、N－環(huán)已基－2－苯并噻唑次磺酰胺(CZ)、二乙基二硫代氨基甲酸鋅(ZDC)共用，其中ZDC是快速硫化劑，其臨界溫度為80℃，添加ZDC后的膠料硫化速度很快，若僅采用DM和CZ作為硫化促進(jìn)劑，則膠料的硫化速度很慢，易產(chǎn)生欠硫。

1.4 防老劑的選擇

防老劑的選擇也要兼顧兩種橡膠，我們選用防老劑D及防老劑MB－A并用，其中防老劑D作為丁腈橡膠的防老劑，防老劑MB－A作為丁苯橡膠的防老劑。

2 定型配方及性能

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最后確定配方如下:丁腈橡膠75份;丁苯橡膠25份;VA－7 1.7份;導(dǎo)電炭黑40份;防老劑D 2份;防老劑MB－A 1.5份;DOP 15份;其它22份;共計(jì)182.2份。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

3 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐表明，該配方的混煉及擠橡工藝性能良好，機(jī)械性能及剝離力均合格，體積電阻率小于100Ω·cm，電纜過(guò)渡電阻小于3 kΩ。這說(shuō)明該配方是成熟的，可以滿足礦用橡套電纜的要求。

表3 配方試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

［1］張殿榮.現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.290-298.

［2］劉召建.礦用電纜半導(dǎo)電屏蔽層膠料的研制［J］.橡膠工業(yè)，2000(4):214-216.