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摘要：煤矿用电缆、盾构电缆等中压电力电缆的绝缘越来越多采用乙丙橡胶绝缘材料，从基体材料选择、配合剂的选择、加工工艺等方面进行了探讨，研制的乙丙绝缘材料及其制品具有优良的机械电气性能和加工性能。
关键词：中压电力电缆 乙丙橡胶 配合剂 硫化
0 引言
交联聚乙烯（XLPE）绝缘材料在中压电缆的应用已经相当广泛，但是，低温柔软性、耐水树、耐电树及耐电晕性能等方面仍在不足。与XLPE、PE及油纸绝缘相比，乙丙橡胶绝缘具有很高的运行可靠性及其它优点，如高的耐湿性能，浸水后电气和机械性能几乎不下降，耐水树形成能力高，耐电晕及耐热性好，结构稳定性好。随着橡胶生产、加工混炼和硫化工艺等方面的技术发展，使乙丙橡胶用于中压电缆的可靠不断提高其在电缆生产中的用量也不断增加。
近几年，随着中国经济的高速发展，能源供应紧张的矛盾越来越突出，为满足这一需求，各大煤矿采用大功率的采煤设备提高产能，而与之配套传输电力的电缆的要求不断提高，电压等级提高，导体截面变大，电缆质量要求提高。根据煤矿的设计要求，设计的电缆型号规格为MYPTJ 8.7/10kV 3*150+3*50/3+3*2.5供煤矿移动变电站使用。并且，国内盾构电缆、船用电缆等采用乙丙绝缘电缆越来越多。
在國内电缆制造企业中，用于做电缆绝缘的三元乙丙胶的牌号很多，配合剂种类繁多，为进一步提高煤矿用中压电缆产品质量，我们结合公司的经验和工艺特点，重点研究了适合于中压电缆使用乙丙橡胶绝缘材料。本文主要介绍了橡胶选择、配合剂的选择及工艺技术，研制材料符合MT818-2009标准的性能要求。
1 乙丙绝缘料的配方研究
1.1 基材的选用
乙丙材料中常用的有二元乙丙和三元乙丙，不同类型的乙丙橡胶的本质差别在于分子量、结晶度、二烯含量和粘度，并将影响橡胶工艺性能、挤出性能、冷热强度和物理特性。根据特定的应用，可简单的分为无定形和半结晶两种，并可按粘度和二烯含量进一步区分。一般来说，较高的粘度胶料具有较高的模量和拉伸强度。半结晶胶料具有高硬度、高模量和高拉伸强度，并具有优异的电气性能和物理性能。
由于XLPE具有更高的介电性能，因此中高压电力电缆用绝缘材料适宜选用较高乙烯含量的三元乙丙橡胶（EPDM），并综合加工性能和电气物理性能的要求，我们选择乙烯含量较高（70%左右）、低门尼粘度、半结晶的橡胶Nordel IP 3722P作为主要基体材料，主要技术指标如下：ML1+4 125C 20，乙烯含量70.5%，二烯含量0.5%，中等分子量分布。
1.2 硫化体系
乙丙橡胶的二烯含量对于采用硫磺硫化体系的混炼胶的硫化速度和交联度有很大的影响。增加二烯含量会增加硫化点，从而导致更快的硫化速度和更高的交联度，但采用过氧化物硫化体系时二烯含量对硫化速度及交联度影响很小。乙丙橡胶通常采用过氧化物或硫磺和促进剂进行硫化，一般来说，硫磺硫化体系仅用于低压绝缘和护套材料配方，而过氧化物硫化体系适用于广泛低压、中压的绝缘配方。
不论有无共硫化剂，采用过氧化物硫化的乙丙橡胶具有快速硫化，加工安全性好，很好的耐热性和干湿环境下优异的电气稳定性等特点。二酰基、二烷基和过氧化酯类型有机过氧人物适用于乙丙橡胶硫化。
共硫化剂是由多个不饱和官能团的有机物，与过氧化物进行共交联，常用于增加硫化速度和交联度。由于是低分子量物质，可以降低胶粘粘度而改善加工性能。常用的共硫化剂有HVA-2、TAC及TA1C。
1.3 填料选用
过氧化物硫化体系中必须使用中性或碱性的填料。二氧化硅和未经处理陶土一般呈酸性，应该避免使用。煅烧陶土和表面处理煅烧陶土由于经煅烧后粒子呈碱性，并降低陶土的亲水性，从而使胶料具有良好的电气绝缘性能。但对于中高压电缆用乙丙绝缘材料，填料不宜多加，一般添加50～70phr(每百重量份橡胶中的份数)。我闪一般选择了Polarite 503S，Translink-37等表面处理煅烧陶土。
1.4 加工助剂
由于与乙丙橡胶争夺自由基，所有的加工油均会降低过氧化物的硫化效率，其中石蜡油影响最小。同样，添加石蜡和微晶石蜡不但可以改善橡胶的加工性能，还可同时作为物理防老剂，以提高橡胶的耐热、耐臭氧和耐电晕性。石蜡基油主要选择Sunpar 2280或Tudalen 16。
硅烷偶联剂的使用可以改善无机填料与橡胶结合性，增加填料的分散，从而改善橡胶在水中（尤其是90℃水中）的电气稳定性以及橡胶的工艺性能和物理机械性能。
1.5 防老剂
苯酚类防老剂对乙丙硫化的不利影响最大，容易使自由基钝化，从而降低硫化效率；喹啉类影响最小；胺类影响介于两者之间。
1.6 金属氧化物
氧化锌在乙丙橡胶中作为硫化促进剂使用，相对来说，活性氧化锌会提高硫化速度和硫化效率。
5～8phr氧化铅（红丹）的使用可以进一步提高橡胶的耐热性和潮湿环境下的电气稳定性。
2 加工工艺
2.1 混炼工艺
作为中压电力电缆用乙丙绝缘料，材料的洁净度相当重要。电缆行业中塑料粒子已广泛使用。因此用于加工粒状材料的设备也在大量使用。实际情况下，普通无定形乙丙橡胶进行造粒加工，由于材料偏软，粘性大，经一段时间堆放后容易发生结块现象。
作为半结晶材料的Nordel IP 3722P就可以实现乙丙橡胶的颗粒化生产。混炼胶经过密炼机混炼完成后，直接进入滤橡机进行过滤，并形成直径3～4mm的条状，经过冷水冷却后吹干，再由切粒机切粒。切好的粒子经过风冷干燥后即可，而不必采用滑石粉等粉末隔离剂，保证材料的品质。
2.2 挤出硫化工艺
本研究的中压乙丙绝缘料适宜于采用冷喂料挤出机，并且实践表明，材料平滑挤出，挤出压力稳定。
3 成品电缆的性能
通过上述研究，我们研制了中压乙丙绝缘料，共混炼了12t绝缘料，并批量生产了煤矿用移动金属屏蔽监视型软昲，型号规格为MYPTJ 8.7/10kV 3*150+3*50/3+3*2.5共约8km，主要性能见表1。
4 结束语
4.1 本研究的乙丙橡胶绝缘采用Nordel IP 3722P的基本材料，填充选择用表面处理燃烧陶土，采用过氧化物DCP硫化体系。产品试制结果表面，该材料具有电气性能优异、加工工艺好等特点，同时还具有很好的机械物理性能。采用该绝缘材料生产的电缆产品性能符合MT818-2009的要求。
4.2 本研究采用新型的混炼加工生产线，制造的材料具有洁净度高、批量生产品质稳定的特点，并且可以顺利进行颗粒材料的加工。
4.3 本研究开发的材料大提高了煤矿用中压电缆产品质量和使用性能，为煤矿电力传输提供了保障。
关键词：中压电力电缆 乙丙橡胶 配合剂 硫化
0 引言
交联聚乙烯（XLPE）绝缘材料在中压电缆的应用已经相当广泛，但是，低温柔软性、耐水树、耐电树及耐电晕性能等方面仍在不足。与XLPE、PE及油纸绝缘相比，乙丙橡胶绝缘具有很高的运行可靠性及其它优点，如高的耐湿性能，浸水后电气和机械性能几乎不下降，耐水树形成能力高，耐电晕及耐热性好，结构稳定性好。随着橡胶生产、加工混炼和硫化工艺等方面的技术发展，使乙丙橡胶用于中压电缆的可靠不断提高其在电缆生产中的用量也不断增加。
近几年，随着中国经济的高速发展，能源供应紧张的矛盾越来越突出，为满足这一需求，各大煤矿采用大功率的采煤设备提高产能，而与之配套传输电力的电缆的要求不断提高，电压等级提高，导体截面变大，电缆质量要求提高。根据煤矿的设计要求，设计的电缆型号规格为MYPTJ 8.7/10kV 3*150+3*50/3+3*2.5供煤矿移动变电站使用。并且，国内盾构电缆、船用电缆等采用乙丙绝缘电缆越来越多。
在國内电缆制造企业中，用于做电缆绝缘的三元乙丙胶的牌号很多，配合剂种类繁多，为进一步提高煤矿用中压电缆产品质量，我们结合公司的经验和工艺特点，重点研究了适合于中压电缆使用乙丙橡胶绝缘材料。本文主要介绍了橡胶选择、配合剂的选择及工艺技术，研制材料符合MT818-2009标准的性能要求。
1 乙丙绝缘料的配方研究
1.1 基材的选用
乙丙材料中常用的有二元乙丙和三元乙丙，不同类型的乙丙橡胶的本质差别在于分子量、结晶度、二烯含量和粘度，并将影响橡胶工艺性能、挤出性能、冷热强度和物理特性。根据特定的应用，可简单的分为无定形和半结晶两种，并可按粘度和二烯含量进一步区分。一般来说，较高的粘度胶料具有较高的模量和拉伸强度。半结晶胶料具有高硬度、高模量和高拉伸强度，并具有优异的电气性能和物理性能。
由于XLPE具有更高的介电性能，因此中高压电力电缆用绝缘材料适宜选用较高乙烯含量的三元乙丙橡胶（EPDM），并综合加工性能和电气物理性能的要求，我们选择乙烯含量较高（70%左右）、低门尼粘度、半结晶的橡胶Nordel IP 3722P作为主要基体材料，主要技术指标如下：ML1+4 125C 20，乙烯含量70.5%，二烯含量0.5%，中等分子量分布。
1.2 硫化体系
乙丙橡胶的二烯含量对于采用硫磺硫化体系的混炼胶的硫化速度和交联度有很大的影响。增加二烯含量会增加硫化点，从而导致更快的硫化速度和更高的交联度，但采用过氧化物硫化体系时二烯含量对硫化速度及交联度影响很小。乙丙橡胶通常采用过氧化物或硫磺和促进剂进行硫化，一般来说，硫磺硫化体系仅用于低压绝缘和护套材料配方，而过氧化物硫化体系适用于广泛低压、中压的绝缘配方。
不论有无共硫化剂，采用过氧化物硫化的乙丙橡胶具有快速硫化，加工安全性好，很好的耐热性和干湿环境下优异的电气稳定性等特点。二酰基、二烷基和过氧化酯类型有机过氧人物适用于乙丙橡胶硫化。
共硫化剂是由多个不饱和官能团的有机物，与过氧化物进行共交联，常用于增加硫化速度和交联度。由于是低分子量物质，可以降低胶粘粘度而改善加工性能。常用的共硫化剂有HVA-2、TAC及TA1C。
1.3 填料选用
过氧化物硫化体系中必须使用中性或碱性的填料。二氧化硅和未经处理陶土一般呈酸性，应该避免使用。煅烧陶土和表面处理煅烧陶土由于经煅烧后粒子呈碱性，并降低陶土的亲水性，从而使胶料具有良好的电气绝缘性能。但对于中高压电缆用乙丙绝缘材料，填料不宜多加，一般添加50～70phr(每百重量份橡胶中的份数)。我闪一般选择了Polarite 503S，Translink-37等表面处理煅烧陶土。
1.4 加工助剂
由于与乙丙橡胶争夺自由基，所有的加工油均会降低过氧化物的硫化效率，其中石蜡油影响最小。同样，添加石蜡和微晶石蜡不但可以改善橡胶的加工性能，还可同时作为物理防老剂，以提高橡胶的耐热、耐臭氧和耐电晕性。石蜡基油主要选择Sunpar 2280或Tudalen 16。
硅烷偶联剂的使用可以改善无机填料与橡胶结合性，增加填料的分散，从而改善橡胶在水中（尤其是90℃水中）的电气稳定性以及橡胶的工艺性能和物理机械性能。
1.5 防老剂
苯酚类防老剂对乙丙硫化的不利影响最大，容易使自由基钝化，从而降低硫化效率；喹啉类影响最小；胺类影响介于两者之间。
1.6 金属氧化物
氧化锌在乙丙橡胶中作为硫化促进剂使用，相对来说，活性氧化锌会提高硫化速度和硫化效率。
5～8phr氧化铅（红丹）的使用可以进一步提高橡胶的耐热性和潮湿环境下的电气稳定性。
2 加工工艺
2.1 混炼工艺
作为中压电力电缆用乙丙绝缘料，材料的洁净度相当重要。电缆行业中塑料粒子已广泛使用。因此用于加工粒状材料的设备也在大量使用。实际情况下，普通无定形乙丙橡胶进行造粒加工，由于材料偏软，粘性大，经一段时间堆放后容易发生结块现象。
作为半结晶材料的Nordel IP 3722P就可以实现乙丙橡胶的颗粒化生产。混炼胶经过密炼机混炼完成后，直接进入滤橡机进行过滤，并形成直径3～4mm的条状，经过冷水冷却后吹干，再由切粒机切粒。切好的粒子经过风冷干燥后即可，而不必采用滑石粉等粉末隔离剂，保证材料的品质。
2.2 挤出硫化工艺
本研究的中压乙丙绝缘料适宜于采用冷喂料挤出机，并且实践表明，材料平滑挤出，挤出压力稳定。
3 成品电缆的性能
通过上述研究，我们研制了中压乙丙绝缘料，共混炼了12t绝缘料，并批量生产了煤矿用移动金属屏蔽监视型软昲，型号规格为MYPTJ 8.7/10kV 3*150+3*50/3+3*2.5共约8km，主要性能见表1。
4 结束语
4.1 本研究的乙丙橡胶绝缘采用Nordel IP 3722P的基本材料，填充选择用表面处理燃烧陶土，采用过氧化物DCP硫化体系。产品试制结果表面，该材料具有电气性能优异、加工工艺好等特点，同时还具有很好的机械物理性能。采用该绝缘材料生产的电缆产品性能符合MT818-2009的要求。
4.2 本研究采用新型的混炼加工生产线，制造的材料具有洁净度高、批量生产品质稳定的特点，并且可以顺利进行颗粒材料的加工。
4.3 本研究开发的材料大提高了煤矿用中压电缆产品质量和使用性能，为煤矿电力传输提供了保障。