乙丙橡胶电力电缆绝缘一步法硅烷交联工艺.pdf

2 0 0 5 年第 2 期 N o . 2 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi re 同时介绍了一步法硅烷交联乙丙橡胶绝缘电力电缆的性能指标。 关键词: 乙丙橡胶电力电缆; 硅烷交联; 一步法; 工艺 中图分类号: T M 2 1 5 . 1文献标识码: A文章编号: 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 0 5 ) 0 2 - 0 0 2 2 - 0 3 C a b s il P r o c e s s o f E P R P o w e r C a b l e s C o mp o u n d WA N G F u - z h i ，e t a l ( B a o f e n g W i r e a n d C a b l e C o . ， L t d . ， H e b e i , H e j i a n 0 6 2 4 5 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t : T h i s p a p e r p re s e n t s t h e m e c h a n i s m o f s i l a n e c r o s s l i n k i n g o f E P R a n d t h e n e w C a b s i l p r o c e s s . I n t e r m s o f t h e C a b s i l p r o c e s s , t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e s e l e c t i o n o f r a w m a t e ri a l s , f o r m u l a t i o n o f c o m p o u n d e d s i l a n e a n d p ro c e s s a s w e ll a s t h e p e r f o r m a n c e re q u i re m e n t s o f E P R p o w e r c a b l e s m a n u f a c t u r e d场t h e C a b s i l p r o c e s s . K e y w o r d s : E P R p o w e r c a b l e s ; s i l a n e c r o s s l i n k i n g ; C a b s i l p r o c e s s ; p r o c e s s 1 引言 乙丙橡胶是以乙烯、 丙烯或乙烯、 丙烯及少量的 非共扼双烯为单体， 采用溶液法或悬浮法进行二元 或三元共聚而制得的无规聚合物， 前者称为二元乙 丙橡胶( E P M ) ， 后者称为三元乙丙橡胶( E P D M ) 。乙 丙橡胶是一种无定型的非结晶聚合物， 其分子主链 上乙烯和丙烯单体单元呈无规排列， 失去了聚乙烯 或聚丙烯结构的规整性， 成为具有弹性的橡胶〔 ‘ 〕 。 乙丙橡胶作为电缆的绝缘， 其耐温等级、 老化性 能、 柔软性等都优于交联聚乙烯。传统的乙丙橡胶 绝缘电缆生产采用蒸汽连续硫化工艺， 以硫磺或过 氧化物作为交联剂， 同时需要加人大量的添加剂， 其 优点是效率高， 质量稳定。但是其工艺繁琐， 频繁更 换规格时会造成很大的浪费。而硅烷交联乙丙橡胶 就可以改变这种状况， 其生产方式与硅烷交联聚乙 烯一样。 根据工艺的不同， 硅烷交联乙丙橡胶可分为一 步法硅烷交联和两步法硅烷交联。目前国内还没有 开发出硅烷交联乙丙橡胶材料， 国外已经开发出两 步法硅烷交联乙丙橡胶， 如意大利潘德那公司、 美国 道化学公司、 英国A E I 公司等均有样本介绍〔 2 ] 。但 是进口的硅烷交联乙丙橡胶材料价格昂贵， 无法与 国内传统的硫化工艺相抗衡。一步法硅烷交联乙丙 橡胶是采用硅烷作为交联剂， 将其直接注入一步法 挤出机中与生胶混合， 共混、 接枝、 成型等一步完成， 工艺简单、 易操作， 只要拥有一步法挤出机就能够实 现批量生产。我公司就是利用公司原有一步法设备 成功开发出一步法硅烷交联乙丙橡胶绝缘电缆。 2 交联机理 硅烷交联乙丙橡胶的交联机理和硅烷交联聚乙 烯相同， 是在有机过氧化物引发作用下， 将含有不饱 和乙烯基和易于水解的硅氧基多官能团的硅烷接枝 到乙丙橡胶的主链上， 然后将此接枝物在水及硅醇 缩合催化剂作用下发生水解并缩合形成一S i -0 - S i 一交联键， 将乙丙橡胶主链连接成立体网状结构， 即得到硅烷交联乙丙橡胶。反应式如下: ( 1 ) 在乙丙共聚物上接枝反应 ① 乙烯链上接枝反应: R O - O R - 2 R 0" -C 几-C 玩-C 玖一 +R O ’ 一 -C 玩-C H -C 玩一 + R O H 一C H Z 一C H -C H Z 一+ H , C = C H -S i ( O R ) ， 一 - C 氏-C H 一 一 C 玫一 } 玫C - C H -S i ( O R ) , 收稿日期二 2 0 0 4 - 0 6 - 0 7 作者简介: 王福志( 1 9 7 3 一) ， 男， 辽宁沈阳人， 工程师. 作者地址: 河北河间市景和工业区〔 0 6 2 4 5 1 ] . 接枝链段上的活性基将会引发其它主链进行接 枝传递或偶联。 ② 丙烯链上接枝反应: 万方数据 2 0 0 4 年第 2 期 N o . 2 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e 1 , 3 一 二特丁基过氧化二异 丙苯分解温度为1 8 2 0 C . 加人抗氧剂可以保证加工过程中物料的稳定性 及制品的使用稳定性， 抑制氧化降解， 提高使用寿 命。四【 日 一 ( 3 , 5 一 二叔丁基一 4 - 经基苯基) 丙酸〕 季戊四 醇醋( 代号为 1 0 1 0 ) 是一种挥发性低、 无毒、 无污染 的抗氧剂， 是抗氧剂的首选品种。我们选用抗氧剂 1 0 1 0 和抗氧剂4 0 1 0 配合使用效果很好。 加入合适的交联催化剂可以大大缩短交联时 间， 提高生产效率。一般采用二丁基锡二月桂酸醋 作为交联催化剂。 复合型硅烷的具体配方见表 t o 表 1 复合型硅烷配方 ， ‘一 H 2 C - C H 2一 } iO H ) 催化剂 组分名称重量份数组分名称 交联催化剂 分散剂 重量份数 2520 1001050 R O R oR O !} ( - H Z C - C 气S i- O - S {一 “ H Z一 C H ,一 ) ‘ H , O OR OR 硅烷中三个烷氧基全部水解并缩合， 便将乙丙 共聚物连接成立体网状结构。 4 生产工艺 4 . 1 工艺流程( 见图1 ) 3 原材料 3 . 1 乙丙橡胶材料 我们选用三元乙丙橡胶( E P D M) 作为橡胶绝缘 材料。一步法硅烷交联的特点是要求硅烷能够迅速 接枝到乙丙橡胶的主链上， 这就要求三元乙丙橡胶 应具有很高的活性。三元乙丙橡胶所用的第三单体 为非共扼二烯烃类， 其种类和用量对交联速度、 橡胶 的机械物理性能均有直接的影响。第三单体为乙叉 降冰片烯的三元乙丙橡胶( E N B - E P D M ) 是比较合适 的硅烷交联橡胶材料， 其中E N B的含量在5 %为宜。 国内外均有厂家生产此类材料， 如美国杜邦公司、 中 国吉林化学工业公司等是提供E N B - E P D M的理想厂 家。 图1 生产工艺流程 4 . 2 工艺参数 ( 1 ) 复合型硅烷注人比例。复合型硅烷以 1 % 一 3 %的比例注人一步法挤出机。 ( 2 ) 工艺温度。建议按如下控制: 机身为 1 5 0 0 C , 1 7 0 0 C , 1 8 0 0 C , 1 9 0 0 C , 1 9 0 0 C 机头为 2 0 0 0 C , 2 1 0 0 C , 2 1 0 0 C 模口为2 1 0 0 C o 2 3 万方数据 2 0 0 4年第 2期 No . 2 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t ri c Wi r e& C a b l e 2 0 0 5 年4月 A p r . , 2 0 0 5 ( 3 ) 水浴温度为 8 0 - 9 0 0 C ， 水浴时间为5 - 6h 。应长时间停留在挤出机内， 以防止出现焦烧或过早 4 . 3 注意事项交联。挤出过程中不得有水分进人， 色母料须在6 0 为了促使乙丙橡胶和复合型硅烷均匀混合以及一 7 0 0 C 的除湿烘干器中至少干燥 4h 。若电缆导体 能够充分接枝， 建议采用分离型螺杆或屏障型螺杆，材料为铜线， 则需要在复合型硅烷中加人金属纯化 螺杆长径比为 3 0倍为宜。但值得注意的是物料不剂， 以防止铜线对乙丙橡胶绝缘的催化老化。 表 2 乙丙橄胶绝缘电力电缆的性能 检验项 目 2 0 0 C 绝缘电阻常数/ ( M o. 9 0 0 C 绝缘电阻常数/ ( M O . 标准要求实侧结果标准要求实测结果 k m) 3 6 7 k m) 3 . 6 7 检验项 目 空气箱老化后 : 工频耐压试验( 7 . 2 k V , 4 h ) 9 5 0 C 下冲击电压试验 ( 4 0 k V正负极性各 1 0 次) 绝缘机械性能试验 不击穿 抗张强度变化率/ % 断裂伸长率变化/ % t 3 0+5 士3 0+ 1 1 不击穿 热延伸试验( 2 5 0 0 C , 1 5 m in , 0 . 2 M P a ) 负载下伸长率/ % 冷却后永久变形/ % 耐臭氧试验 吸水试验 重量变化/ ( m g / c m 2 ) , 1 7 5 4 0 ‘1 5 老化前: 抗张强度/ M P a 断裂伸长率1 % 注: 耐奥氧试验中臭氧含量为 0 不开裂通过 蛋1 . 0 0 . 0 4 7858通通1447 :4 . 2 妻2 0 0 . 0 2 5 % 一 0 . 0 3 0 %， 试验时间为 3 0 h o 5 性能指标 我公司为广州地铁三号线提供的直流 1 5 0 0 V 硅烷乙丙橡胶绝缘电力电缆顺利通过了国家电线电 缆质量监督检验中心的检测， 各项指标均达到合同 和标准要求， 性能指标见表2 0 6 结束语 ( 1 ) 乙丙橡胶一步法硅烷交联工艺工序少、 易 操作、 成本低， 有能力和传统的蒸汽硫化工艺竞争。 ( 2 )乙丙橡胶绝缘电缆是船用电缆、 矿用电缆 和机车车辆用电缆优先采用的品种， 一步法硅烷交 联乙丙橡胶绝缘直流电缆在广州地铁三号线得到成 功应用， 有着广阔的市场前景。 ( 3 )乙丙橡胶一步法硅烷交联工艺的出现， 为 乙丙橡胶开辟了另一条发展产品的途径。 参考文献 : I l l 徐应麟， 主编. 电线电缆手册( 第 2 册) [ M ] . 北京: 机械工业出 版社， 2 0 0 1 , 4 2 8 一 4 5 9 . [ 2 ] 张兆焕. 硅烷交联乙丙橡胶的应用[ J ] . 中国电线电缆网刊， 2 0 0 4 , ( 5 ) : 3 - 4 . ( 上接第2 1 页) 对冷缩与热缩式及预制式电缆附件的特点进行 了分析， 在此基础上完成了电缆附件的选型， 在由超 导电缆本体、 中间连接及终端模型组成的电缆集成 体模型上完成终端及电缆中间连接的绝缘加工， 并 进行3 4 h x 3 5 k V及 1 m i n x 4 2 k V耐压试验。 试验表明绝缘的设计与加工是成功的。超导电 缆本体及中间连接与终端绝缘的顺利完成为即将进 行的挂网运行试验奠定了基础。 【 鸣谢: 感谢王银顺博士及张建涛， 韩军杰、 赵祥 工程师等给予的支持与帮助。非常感谢中科院电工 研究所应用超导重点实验室及甘肃长通电缆科技公 司技术中心、 深圳沃尔核材料公司的大力支持) [ A ] . t h e 2 0 " I n t e r n a t i o n a l C ry o g e n i c E n g i n e e r i n g C o n f e re n c e [ C ] . H e f e i C h i n a , 2 0 0 4 . 〔 2 」P i e t r o C o r s a r o . M a n u f a c t u r i n g a n d c o m m is s io n i n g o f 2 4 k V s u p e r c o n d u c t i n g c a b l e i n D e t r o i t [ J ] . P h y s i c a C 3 7 8 - 3 8 1 ， 2 0 0 2 : 1 1 6 8 - 1 1 7 3. [ 3 ] W e s c h e R . D e s i g n o f s u p e r c o n d u c t in g p o w e r c a b l e [ J ] . C ry o g e n ic s , 1 9 9 9 , ( 3 9 ) : 7 6 7 一 7 7 5 . [ 4 ] 滕玉平， 肖立业. 1 0 . 5 k V / 1 . 5 k A高温超导电力电缆电场分析 及绝缘 〔 J l 电工电能新技术( 已录用， 待刊出) . [ 5 ] G o u g e M J . D e v e l o p m e n t a n d t e s t i n g o f H T S c a b le a n d t e r m i n a t i o n s a t O R N L [ J ] I E E E T r a n s a c t i o n o n A p p li e d S u p e r c o n D u c t i v i t y , 2 0 0 1 , 1 1 ( 1 ) . [ 6 ] T a k a t o M a s u d a . D e v e l o p m e n t o f t e r m in a t io n f o r t h e 7 7 k V - c l a s s h i g h T c s u p e r c o n d u c t i n g p o w e r c a b l e [ J ] P o w e r E n g in e e r i n g R e v i e w , I E E E , 1 9 9 7 , 1 7 ( 1 ) : 3 7 - 3 8 . 今考文献: [ 1 1 L i n Y B . D e v e l o p m e n t a n d t e s t in g o f 1 0 . 5 k V / 1 . 5 k A H I S p o w e r c a b l e 2 4 ‘ . 万方数据