3 300 V 光纤电力复合扁形堆取料机电缆用乙丙橡胶绝缘料的研制

陈安元，张国平，陈文刚，宋少亮

(上海南洋电材有限公司，上海201615)

0 引言

我公司在2004年开发了3 300 V光纤电力复合扁形橡套软电缆。这种电缆是将电力线、光纤等集合在一根扁电缆中，现已大量应用在炼钢厂、火力发电厂、港口的移动机械上。为了使该电缆能达到产品技术要求和性能指标，我公司研发了相应的乙丙绝缘料，本文介绍这种乙丙绝缘料的研发情况。

我们对乙丙基料做了一系列研究，最终选择了荷兰DSM乙丙橡胶为基料，它与其他三元乙丙胶不同，它的第三单体为:“1，4-HD”型(1，4-己二烯)，这在世界上是独一无二的。“1，4-己二烯”的引入，使三元乙丙胶具有优良的耐热性、加工性及良好的电气性能，由于其第三单体较为独特，其配合与加工也与其它胶种有所不同，为此，我公司电缆课题组利用计算机辅助设计(CAD)技术，对配方硫化体系、软化及防老体系、填充补强体系做了研究。

1 硫化体系

荷兰DSM乙丙胶采用DCP硫化，硫化速度较慢，为了提高其硫化速度，需添加一定量的硫化助剂HVA-7(美国杜邦公司)，它对硫化胶的物理机械性能、电气性能以及浸水后电气性能稳定性，都有一定的改善。

2 软化及防老体系

荷兰DSM乙丙胶配方中，石蜡类以微晶蜡为宜，石蜡系油以300号及60号油为主，操作油以轻质操作油为好，添加石蜡类加工助剂，有助于提高橡皮的抗臭氧性及热老化性能。

3 填充补强体系及其它

适当的填料可改善胶料的加工性能，并赋予绝缘橡皮良好的物理机械性能和电气性能。我们在以往的乙丙配方中，大多数采用滑石粉、轻质碳酸钙和白炭黑等作填料。但在实际生产加工过程中发现，采用这种体系后挤出外径波动大，成品橡皮拉伸变形大，绝缘线芯会有压扁现象;而改以煅烧陶土，微粒滑石粉及轻质碳酸钙，则可克服以上缺点。为了改善橡皮浸水后性能的稳定性，需添加硅烷偶联剂。它一方面与煅烧陶土、微粒滑石粉等含二氧化硅的无机填料自发偶合，可显著降低填料的粘度，提高聚合物与填料的湿润性，同时在硫化过程中通过不饱和键和橡胶结合形成“橡胶—填料”键，从而提高了硫化速度、抗强强度、电气性能及浸水稳定性。

在配方设计过程中，我们利用了CAD技术、数理统计原理，按照多元线性回归的方法，可确定在自然状态下各因子对橡皮性能影响的多元线性回归方程，其方程及分析见表2。

表2 线性回归方程及分析

表3为多目标规划的约束条件。由表3可知，各因子对胶料性能影响程序，其中HVA-2对橡皮各性能都起一定的改善作用，尤其是对抗张强度、耐空气热老化性能、击穿强度更为显著;试验还发现硫化DCP用量不足时，橡皮的抗张强度等性能较差，用量过大时，对耐热空气老化性能又产生不良影响，这是因为橡皮中残存DCP影响了橡皮的耐热性。

表3 多目标规划的约束条件

为寻找符合标准要求的最佳配方，必须考虑各因子对橡皮性能的综合影响，即多目标规划就是利用各因子对性能指标的要求，形成多目标规划的约束条件，再利用CAD技术对其进行多目标归化后，从优化结果得到 x1、x2、x3、x4的用量(重量份):

胶料加工性能:威氏塑性 0.4～0.43;门尼粘度 37.2;门尼焦烧(min)80～82。

胶料180℃硫化特性:T10(min)1.0～1.1;T90(min)9.0～9.5。

为了验证优化结果正确性，按各因子的优化结果进行配合，各项性能指标的实测值与预测值对比见表4。由表4可知，实测值与预测值基本符合，说明优化结果是可行的，也显示了采用多目标规划约束条件选择配方的优越性。

表4 实测值与预测值的比较

表5 CEFR/SA 0.6/1 kV电缆性能试验之一

4 最佳配方的确定和验证

首先，做小配方模拟试验，以 IEC 60092-351、IEC 60092-359、JIS C 3327(日本电线工业会标准)［3］和 IEC 60332-3A［4］标准作为依据，进行电性能、机械性能和阻燃性能对比试验，最终确定最佳配方，并生产了一根长度约250 m、型号为CEFR/SA 0.6/1 kV船用电力电缆。按标准做了全性能验证试验，所有试验数据均达到规定的标准值。表5及表6为试验实测值与标准值的对照表，而且所有数据的裕度都相当大。其中，电缆阻燃性能按IEC 3332-3A类进行试验，电缆燃烧直到自然熄灭时，测得的喷灯上方最大炭化长度为0.8 m，而标准允许的最大长度为2.5 m，说明有较大裕度。

表6 CEF/SA 0.6/1 kV电缆性能试验之二

5 结束语

采用自行开发的乙丙橡胶绝缘料，配合我公司的生产工艺和技术于2004年底完成了堆取料机用电缆的生产。现电缆已在宝山钢铁公司使用了5年多，至今仍运行正常，说明该配方的研制是成功的。

［1］IEC 60092-351:2004［E］.船用和近海电力、控制、仪表、通信和数据电缆的绝缘材料［S］.

［2］IEC 60092-359:1999 船用电力和通信电缆护套材料［S］.

［3］JIS C3327:1993 橡胶绝缘软电缆［S］.

［4］IEC 60332-2A:2000 电缆在火焰条件下的燃烧试验［S］.

［5］王春江主编.电线电缆手册(第1册)［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［6］王洪伟编.最新橡胶的配方设计实用全书［M］.北京:中国知识出版社，2009.

［7］张殿荣编.现代橡胶配方设计［M］.北京:化学工业出版社，2001.