中压矿用橡套电缆导体屏蔽材料的配方设计

张永仲

(江苏东峰电缆有限公司，江苏无锡214251)

0 引言

煤炭部标准MT 818—2009规定中压矿用橡套软电缆的导体应挤包半导电层，其目的是为了改善电场结构，防止因导体表面不光滑、不圆整而引起的尖端放电。中压矿用橡套软电缆导体屏蔽的配方设计鲜有报道，而且产品标准也没有规定导体屏蔽的技术要求。为了设计出满足电缆要求的配方，我们参考相关资料确定导体屏蔽的技术指标如下:

(1)参考中压交联聚乙烯绝缘电缆对导体屏蔽料的要求，确定矿用橡套电缆导体屏蔽23℃时的体积电阻率不大于100 Ω·cm。

(2)由于中压矿用电缆的绝缘为乙丙橡皮，其抗张强度不小于6.5 MPa，断裂伸长率不小于200%。为了防止电缆在移动过程中导体屏蔽先损坏，我们确定矿用橡套电缆导体屏蔽的机械性能不低于对绝缘的要求，即抗张强度不小于6.5 MPa，断裂伸长率不小于200%。

(3)导体屏蔽应与乙丙橡皮绝缘牢固粘接。

1 配方设计

(1)生胶的选择。矿用电缆用的乙丙绝缘橡胶是非极性橡胶，为了使导体屏蔽与绝缘层牢固粘接，应选用非极性或极性小的橡胶作为导体屏蔽的主体材料，而且其长期工作温度应与乙丙绝缘的长期工作温度一致。经过试验，氯化聚乙烯CM135B、乙丙橡胶都能与乙丙绝缘牢固粘接。由于氯化聚乙烯在高温硫化时会分解出氯化氢，损害绝缘的电气性能，因此最终选择了三元乙丙橡胶(EPDM)作为导体屏蔽的主体材料。

(2)导电材料的选择。乙丙橡胶是优良的绝缘材料，其体积电阻率达1015Ω·cm，为了使其导电，必须加入大量的导电材料。导电材料有乙炔炭黑、石墨、导电炭黑、超导电炭黑等，它们在橡胶中的分布，能形成链状或网状分布，从而产生导电的作用。后两种炭黑导电性好，但是价格昂贵，从经济性的角度考虑，我们的设计思路是选择乙炔炭黑和石墨作为导电材料。其中乙炔炭黑的导电性好，作为主导电剂，由于其粒径小、结构度高，兼做补强剂;石墨主要用于改善乙炔炭黑导致的胶料变硬、挤出工艺变差的缺点，但其导电性不如乙炔炭黑，会降低导电橡皮的机械性能，在满足工艺性能的条件下，应尽量少用或不用。在进行配方试验时，因为石墨对抗张强度和断裂伸长率的损害较大，因此最终没用石墨。

(3)增塑剂的用量。为了使混炼胶变软，容易挤出，应加入适量的增塑剂。但是增塑剂本身是绝缘材料，其用量太大时会影响到导电橡皮的导电性能，因此配方设计时其用量要进行合理选择。

(4)其他材料的选择。采用与乙丙绝缘一样的硫化体系，主硫化剂为过氧化二异丙苯(DCP)，助硫化剂为三聚异氰酸三烯丙酯(TAIC)。由于导体屏蔽和绝缘采用同样的硫化体系，其挤出和硫化工艺可以保持一致，生产时容易控制。

防老剂及其它配合剂与乙丙绝缘所用材料一样，这样可以防止导体屏蔽的配合剂渗透到绝缘层，影响绝缘的电气性能。

2 配方试验

试验配方(质量份)如下:三元乙丙橡胶(EPDM)100份;DCP 3.5份;TAIC 3份;石墨 变量;乙炔炭黑变量;防老剂RD 1.5份;氧化锌5份;38号汽缸油变量;硬脂酸0.5份。试验结果见表1。

表1 配方试验测试结果

试验结果分析:1#配方由于油的用量太大，导致抗张强度很小;2#及3#配方减少了油的用量，抗张强度逐步提高，断裂伸长率逐步下降，但是机械性能始终达不到要求;石墨的添加对机械性能有损害，因此4#配方去掉了石墨，机械性能得到很大改善，抗张强度、断裂伸长率及体积电阻率均合格。

4#配方在进行工艺试验时，由于乙炔炭黑用量很大，在混炼工序中不能完全捏合，为此在配方中又加入了10份石蜡，测试机械性能及电性能均有改善。这是因为适当用量的石蜡能帮助乙炔炭黑的分散，使乙炔炭黑在混炼胶中分布均匀，使其补强作用和导电作用均得到有效发挥。

3 配方确定

最后确定的配方如下:EPDM 100份;DCP 3.5份:TAIC 3份;乙炔炭黑120份;防老剂RD 1.5份;氧化锌5份;38号汽缸油30份;石蜡10份;硬脂酸0.5份。合计273.5份。性能测试结果见表2。

表2 导体屏蔽料的性能测试结果

4 结束语

以乙丙橡胶为主体材料，乙炔炭黑为导电材料，制得了导电性能合格的导体屏蔽材料。在配方设计过程中，由于乙炔炭黑会使胶料发硬，影响挤出，考虑添加一定份量的石墨。但由于石墨对导体屏蔽的机械性能影响很大，导致抗张强度和断裂伸长率均达不到要求，因此最终没有使用石墨。本配方的工艺性能是通过增塑剂的调整来达到的，特别是在混炼过程中添加了10份石蜡，不但解决了捏合问题，也使胶料变软易于挤出。研制成功的导体屏蔽料工艺性能优良，完全满足中压矿用橡套电缆生产要求。

［1］徐应麟主编.电线电缆手册(第2册)［M］.北京:机械工业出版社，2009.

［2］张殿荣.现代橡胶配方设计［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［3］李立军.导电乙丙橡胶的研究［J］.石家庄化工，1995(2):11-13.

［4］孔宪武.电力电缆用可剥离型半导电绝缘屏蔽料研制［J］.电线电缆，1998(5):16-18.