張 新，張 蓓，孔德忠，張 勇，董振園，江斌斌，廉 果，潘明星，李名珍

(1.江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇吳江215234;2.無錫工藝職業(yè)技術學院，江蘇宜興214206)

0 引言

三元乙丙橡膠(EPDM)是以乙烯、丙烯為主要單體，經溶液聚合并加入不飽和的第三單體(非共軛二烯烴)制成的三元共聚物，屬于飽和碳鏈橡膠。

由于三元乙丙橡膠分子鏈中沒有極性取代基團，空間位阻小，分子鏈比較柔順，使得三元乙丙橡膠不僅表現(xiàn)出優(yōu)良的耐屈撓性、回彈性和耐低溫性，同時還具有很好的化學結構穩(wěn)定性，廣泛應用于汽車工業(yè)、電線電纜、密封材料和耐熱制品等領域［1］。

近些年，隨著我國經濟的高速發(fā)展，能源供應緊張的矛盾日益突出，各行各業(yè)都采用大功率的設備以提高產能，因而對與之配套的傳輸電纜的要求不斷提高，電壓等級也隨之提高，煤礦電纜、艦船電纜、石油平臺用電纜采用乙丙橡膠絕緣的越來越多。

1 試驗部分

1.1 主要原材料及生產廠

三元乙丙橡膠，牌號KEP210，韓國錦湖石油化學株式會社;防老劑RD，浙江黃巖華星化學廠;納米氧化鋅，安徽省含山縣錦華氧化鋅廠;煅燒陶土，中國高嶺土有限公司(蘇州);DCP，上海高橋石化精細化工有限公司;硫化促進劑HVA－2，上海方銳達有限公司;石蠟基油主要選擇Sunpar 2280;其他原料均為市售。

1.2 乙丙橡膠選擇

乙丙材料中常用的有二元乙丙和三元乙丙，不同類型的乙丙橡膠的本質差別在于分子量、結晶度、二烯含量和粘度，并將影響橡膠的工藝性能、擠出性能、冷熱強度和物理特性。根據(jù)特定的應用，可簡單地分為無定形和半結晶兩種，并可按粘度和二烯含量進一步區(qū)分。一般來說，較高粘度的膠料具有優(yōu)良的拉伸強度、撕裂強度，較高的模量和永久變形性能。第三單體含量的提高可以提高交聯(lián)密度，且壓縮永久變形小，模量高。半結晶膠料具有高硬度、高模量和高拉伸強度，電氣性能和物理性能優(yōu)異。

EPDM的乙烯含量越高意味著其電性能越好，但是乙烯含量高會影響加工性能和低溫性能，不少論文都談到選用陶氏化學的Nordel IP 3722P三元乙丙橡膠，筆者曾經也選用過這種材料做基料。此種材料有很多優(yōu)點，比如有很好的電氣性能和物理機械性能，填充量也較大，但是存在一個很大的缺點就是，其第三單體含量少(0.5%)，在硫化時交聯(lián)密度低，又加之具有結晶橡膠的特點，高溫永久變形大，導致在擠出多芯電纜時存在絕緣線芯嚴重壓扁現(xiàn)象。筆者通過多次試驗，在電性能和永久變形方面找尋一個平衡，最終選擇韓國錦湖KEP210作為基體材料。KEP210主要的技術指標為:ML(1+4)，125℃為42，乙烯含量65%，第三單體含量57%。

1.3 性能測試

試樣性能按 GB 7594—1987、GB 5013—2008、GB 2951—2008進行測試。

2 配方中材料的選擇

2.1 硫化體系

EPDM為主鏈飽和的橡膠，硫化劑可采用硫脲、有機過氧化物、多胺以及硅烷等，考慮到產品須具有良好的耐熱性能，采用過氧化物硫化。過氧化物交聯(lián)體系具有硫化溫度高，不易焦燒的特點，容易控制硫化速度，不污染，可以使硫化膠得到優(yōu)良的機械性能，壓縮永久變形小，耐熱性好。常用的過氧化物有DCP、BIBP、TPB、BCPO、F －80、雙 2，5 等，考慮到成本，配方體系選用DCP做硫化劑。

EPDM采用過氧化物硫化體系時，配方中一般要添加具有官能團的共硫化劑。共硫化劑的加入，可大大加快硫化速度，提高交聯(lián)密度，改善硫化膠的耐溫性能。適用的共硫化劑有TAC、TAIC、HVA-2、EDMA、DAIC、DAP、TMPTM、TMPTA 等，其中以TAC、TAIC、HVA-2共硫化效果較好，我們選用HVA-2作共硫化劑。

硫化劑及硫化助劑的用量對膠料的焦燒時間和硫化膠的機械性能有顯著影響，用量太多，在混煉及擠出加工過程中易焦燒;用量太少，硫化不充分，機械強度偏低，伸長率大。考慮到我公司連續(xù)硫化管道的長度等因素，DCP用量為3份，HVA-2用量為2份，可滿足產品性能及生產要求。

2.2 補強填充體系

加入填充材料，可增大體積、降低成本、改善加工工藝性能，如減少半成品收縮率、提高半成品表面平整性、提高硫化膠硬度及定伸應力等，填料對未硫化膠的加工性能和硫化膠的物理機械性能及動態(tài)力學性能和電性能有很大的影響。加入補強材料，可滿足膠料的加工及性能要求。常用的補強填充劑有白炭黑、改性煅燒陶土、碳酸鈣、滑石粉等。

白炭黑以其優(yōu)良的補強性能成為最主要的補強填充劑，白炭黑呈微酸性，會消耗過氧化物，造成線材欠硫或表面起孔，重要的一點是白炭黑若添加過多，對其電性能有很大影響，因此在中壓乙丙橡皮配方中白炭黑要慎用或少用。

碳酸鈣有一定的補強作用，但碳酸鈣有一定的吸水性，用量過大會降低膠料電性能，特別是對浸水電容影響很大;在阻燃電纜配方中加入過多碳酸鈣會降低電纜的阻燃性能。

改性煅燒陶土不但能提高橡膠的物理機械性能，還能提高混煉膠的電性能。陶土經900℃左右的高溫煅燒后，可降低其表面的親水基—OH基含量;用硅烷偶聯(lián)劑處理過后，則不但會進一步封閉粒子表面—OH基團，使親水性變?yōu)槭杷裕纱四z料的電絕緣性能可以進一步提高和穩(wěn)定，而且硅烷偶聯(lián)劑的另一端與橡膠形成化學鍵，增加填料與橡膠的結合力，這進一步提高了橡膠的機械性能。其次，煅燒陶土的形狀呈圓球狀，可延長電擊穿路徑并對電擊穿起屏障作用，從而提高了橡膠的介電性能。

滑石粉可使擠出表面更光滑，使膠料具有較好的挺性，減小壓縮變形，并有助于混煉膠在密煉時分散，改善膠料加工時存在的粘輥現(xiàn)象，使膠料有良好的包輥性［2］。筆者對碳酸鈣、超細滑石粉、改性煅燒陶土進行實驗對比，實驗結果見表1。

表1 不同填料對硫化膠性能的影響

綜合考慮，改性煅燒陶土為80份，性能較好。

2.3 軟化體系

乙丙橡膠中加入軟化劑，主要是為了改善膠料的工藝性能，同時可以降低產品的成本。

乙丙橡膠為非極性橡膠，一般用非極性石油作為操作油［3］，同時添加微晶石蠟也能改善膠料的加工性能。石蠟系油以Sunpar 2280為佳，蠟類以微晶石蠟為最佳，添加微晶石蠟，有助于提高橡膠的抗臭氧性及耐熱老化性能，因為在膠料受熱的時候，微晶石蠟易噴出，夾帶橡膠內的防老劑遷移至絕緣層表面，形成有效保護膜，從而提高橡膠的抗臭氧性及耐熱老化性能。

2.4 防老劑和穩(wěn)定劑

提高EPDM的耐熱性使用最普遍的防老劑一般是自由基捕捉劑，如防老劑 RD、BLE、264等，與防老增效劑MB、MTI等并用，耐熱防老化效果更好。通常在中壓絕緣配方中，防老劑RD對橡膠的物理機械性能影響較大，而MB對其影響較小，并且增加MB用量，橡膠的電氣性能有所改善，同時還可以防止在橡皮高溫硫化時的導體氧化。綜合分析，RD在0.8～1.0份，MB在1.0～1.5份，這樣的配合可以獲得性能優(yōu)異的中壓乙丙橡膠。

3 膠料物理機械性能

3.1 膠料的物理機械性能

優(yōu)化后膠料的物理機械性能見表2。

表2 混煉膠性能

3.2 混煉工藝

先將EPDM在70～80℃密煉機中塑煉2～3 min;其次加入改性煅燒陶土2～3 min;最后加入剩下材料混煉3～4 min。密煉機溫度在100～110℃開始排料，將混煉膠在開煉機上薄通1、2次，并在擺膠裝置上擺膠2、3次，三輥壓延機壓延過粉箱后出片?；鞜捘z存放8 h后放入密煉機混煉，溫度在100℃以下加硫化劑DCP和硫化助劑HVA-2，混煉1 min左右排料，開煉機薄通1、2次并機擺膠2、3次，三輥壓延機開條出片，經冷卻輥冷卻，過粉箱(用硬脂酸鋅作為隔離劑)制得成品。

4 成品電纜絕緣性能

按MT 818.6—2009試制型號規(guī)格為 MYPTJ－8.7/10 kV 3×70+3×25/3+3×2.5的橡皮絕緣電纜，電纜外徑為80mm，共生產2 000 m，擠出在德國TROESTER三層共擠冷喂料 150+ 90+ 70連續(xù)硫化擠橡機上進行。硫化管為不銹鋼管，長118 m，傾斜25 m，最高蒸汽壓力2.0 MPa，溫度200℃左右，冷卻水槽長20 m。中壓絕緣擠出溫度分布:?？?05～110℃，機頭95～100℃，喂料口45～50℃，機身一區(qū)75～80℃，機身二區(qū)85～90℃，螺桿45～50℃。擠出機各部位及螺桿的溫度均用模溫機加熱冷卻調節(jié)，擠出電纜外徑均勻一致，表面光滑，屏蔽料和絕緣粘聯(lián)良好，剝離力在10N左右，斷面沒有氣孔。該電纜的物理機械性能見表3。

表3 成品電纜絕緣性能

5 結論

(1)研制的橡皮絕緣電纜用中壓乙丙橡皮絕緣，性能完全滿足MT 818—2009的要求;成品電纜物理機械性能符合GB 7594.5—1987的要求。

(2)EPDM橡膠綜合性能良好，使用本廠自制的中壓乙丙橡膠，可有效地降低生產成本。

［1］趙泉林，李曉剛.三元乙丙橡膠老化進展研究［J］.絕緣材料，2010(43):37 －41.

［2］Eberhart R C，Donbbins R W.Neural Network PC Tool:A Practical Guide［M］.New York:Academic Press，1990.67.

［3］唐 斌，李曉強.乙丙橡膠應用技術［M］.陜西:化學工業(yè)出版社，2005.119 －120.