船用电缆乙丙橡皮绝缘配方的研制

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【摘 要】随着海上平台建筑工程的不断发展，对船用电缆的要求越来越高。过去以天然、丁苯胶为绝缘的船用电缆由于耐压等级低，耐热温度差和不耐臭氧等缺点，已逐步被耐高压、高温，抗吸水，以及耐臭氧性能优异的乙丙绝缘电缆所代替。为适应更新性能的船缆要求，适应这些高性能的新的船用电缆绝缘配方的研制与生产，无疑对海上平台的建筑用电缆的发展起到了一定的推动作用。

【关键词】海上平台；电缆；配方；乙丙橡胶

随着海上平台建筑工程的不断发展，对船用电缆的要求越来越高。过去以天然、丁苯胶为绝缘的船用电缆由于耐压等级低，耐热温度差和不耐臭氧等缺点，已逐步被耐高压、高温、抗吸水，以及耐臭氧性能优异的乙丙绝缘电缆所代替。为适应更新性能的船缆要求，新的国家标准GB9331对船用电缆的技术性能做了明确的规定，并增加了抗吸水的技术要求，因而适应这些高性能的新的船用电缆绝缘配方的研制与生产，无疑对海上平台的建筑用电缆的发展起到了一定的推动作用。

乙丙橡皮绝缘除用于船用电缆外，还可用于电站电缆，矿山电缆，轨道交通用电缆等场合。

一、对乙丙绝缘橡皮配方的技术要求

1.适合于90℃的电缆长期工作温度，物理机械性能符合国家标准GB/T7594.8-1987规定，见表I

2.绝缘的体积电阻系数不小于1×1013 Ω.m （常温）

3.电容增值要求：C14-C1≤0.15C1； C14-C7≤0.05C7

4.绝缘不与铜导体发生化学反应，即不使导体腐蚀氧化。

5.保证在混炼和连续硫化机组挤出等工艺生产时顺利通过。

二、配方原则

1.胶种的选择

橡胶制品的性能，主要取决于所用橡胶的品种，所以在设计配方时，首先应考虑生胶的选择。橡胶的化学稳定性是耐热的一个重要因素，因为在高温条件下，一些化学物质如果与氧、臭氧、酸、碱以及有机溶剂等接触，都会促进橡胶的腐蚀，降低耐热性。化学稳定性与橡胶分子结构密切相关，三元乙丙橡胶无极性、电性能高、不饱和度小，耐热性好，耐臭氧老化优异，它的主要原料乙烯和丙烯是石油化工的基础原料，来源方便，加工容易，目前在国内、外已得到广泛应用，成为最普遍的胶种。

2.老化体系的选择。防老剂MB（2-硫醇基苯并咪唑），属非污染性防老剂，并对氧老化，天候老化及静态老化有中等防护效能，防老剂RD对热氧老化，防护作用极佳，适宜于高温环境中的电缆，因而配方中选择防老剂MB和RD并用体系。

3.填充体系的选择。为了降低混合胶的成本，改善工艺性能，配方中需要加入大量粉状的填充材料。便于电缆绝缘主线与地线区分开，主线大都制成白色或彩色，而地线多采用黑色，这样在选择填充材料时，多选用白色填料。本配方中选用钛白粉、滑石粉和煅烧陶土作为填充剂，不仅使混合胶的致密性较好，使绝缘电性能也得到了提高。挤出绝缘线芯的表面致密、光滑。再加入少量的偶联剂，提高了橡胶与SiO2成分填料的湿润性，并提高了硫化胶的物理机械性能、电性能和耐水稳定性。

4.硫化体系的选择。在硫化体系的确定上，选择过氧化物硫化。采用有机过氧化物硫化，不但可以提高硫化速度，而且硫化程度也可以大大提高，并有较高的耐热性能。在过氧化物中，由于过氧化二异丙苯价格较低，货源较广，所以配方中采用过氧化二异丙苯（DCP）作为主硫化剂，加入少量的TAC作助硫化剂，可以起到辅助交联的作用。

硫化时，过氧化物受热分解，生成自由基，如：

R-O-O-R2RO. RO.+RHROH+R. R.+R.R-R （交联）

三元乙丙橡胶用过氧化物硫化按自由基机理进行，通过橡胶自由基的直接反应，橡胶分子链间形成C-C键，这种键比硫黄硫化的C-S-C键稳定。

5.其它材料的选择

为了增加橡胶与填料的湿润程度，并使胶料容易挤出，使电缆绝缘线芯表面光滑圆整，加入石蜡作为软化剂，石蜡在制品硫化后常常喷出于制品表面，形成一物理保护膜，对臭氧龟裂也起到了一定的防护作用。加入适量的氧化锌，可以提高硫化胶的交联度，使胶料的物理机械强度得到一定的改善，耐热性提高。

三、配方试验过程

φ160×320mm开炼机混炼450T硫化压床压片（160℃×30min）测试

试验方法：物理机械性能采用GB2951.18试验方法；空气箱老化试验GB2951.7；空气弹老化试验GB2951.8；热延伸GB2951.18；耐臭氧 GB2951.35；绝缘电阻试验GB3048.6

生产工艺流程：密炼机开炼机过滤冷却切断存放加硫碾页冷喂料挤出机连续硫化绝缘线芯火花试验配组成缆护套硫化成品电缆

四、试验结果讨论

1.胶料的选择对主要性能的影响

通过对比天然、丁苯胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶耐热性、抗吸水性和耐臭氧性，乙丙橡胶综合性能较好。

2.防老剂用量比例的确定

在不加防老剂的情况下，老化系数很小，达不到性能要求指标，当并用量达到3份时，老化系数很高，说明此时的老化效果最好。

3.填充粒径对橡胶性能的影响

在选择填充剂粒径时，既要考虑性能上的要求，又要考虑工艺上的切实可行因为粒子愈细，分散愈困难。

4.偶联剂对硫化胶物性的影响

偶联剂可以同第一次填料一起加入密炼机混合，加入的先后对硫化橡胶的机械性能会产生一定影响，先加入时，对抗张强度和断裂伸长率都有提高。

五、基本配方确定

由以上试验结果可以看出，乙丙橡胶作为绝缘材料是比较理想的胶种，选用适当的防老剂体系对橡皮的耐热老化有明显的作用，在填充材料中加入适量的偶联剂能够使填充材料达到理想的补强效果，由此确定基本配方如下：

材料 份数（重量以生胶为100）

EPDM 100

防老剂 3

抗氧补强剂 10

软化剂 5

偶联剂 1.2

补强填充料（二种） 74 +29

硫化剂+硫化助剂 3+0.6

配方性能如表2

以上试验结果完全满足配方标准要求

六、工艺验证

选择导体截面1.0mm2线芯电缆在φ90连续硫化挤出机进行工艺试验，机头温度：85～90℃，机身温度：50～60℃，硫化汽压：1.0～1.5Mpa，硫化速度：45～55m/min，绝缘厚度1.0mm，挤出顺利，线芯表面光滑圆整、有弹性。成缆后挤包护套。成品电缆经检验，符合产品标准要求。

结论

研制的船用电缆绝缘橡皮配方有较好的电绝缘性能，物理机械性能满足GB7594.8和GB9331的规定，有较好的工艺挤出性能，适合现有的连续硫化生产设备，可以用于大批量生产。