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CPE橡胶在绝缘电缆中的应用

发布日期:2014-05-09 11:24:32  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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CPE橡胶在绝缘电缆中的应用

                                CPE橡胶在绝缘电缆中的应用
                                                  王 飞
                (兖矿集团 唐村实业有限公司,山东 济宁 273522)
    摘要:简介了CPE 橡胶在国内外电缆中应用的情况,论述了CPE 橡胶电缆料的设计和生产关键,以及国内开发的CPE 橡胶电缆料在橡胶绝缘电缆上的应用。
    关键词:CPE 橡胶电缆绝缘料;橡套电缆;设计和生产的关键;性能;应用
    中图分类号:TQ333.92 文献标识码:B 文章编号:1671-8232(2013)06-0048-04
    前 言
    氯化聚乙烯(CPE)橡胶是目前世界最主要的弹性体之一,该产品于20世纪60年代由德国赫司特公司首先开发成功。我国从80年代末由潍坊亚星化学股份有限公司引进赫司特技术建成国内首套生产装置,并买断了其CPE专有技术。经过30多年的创新发展,我国CPE产能已居世界前列。然而,我国CPE在橡胶领域的应用与国外相比差距很大。业内专家认为,橡胶型CPE具有较全面的技术性能,即良好的力学性能、耐热老化、耐臭氧、耐气候性能,较好的电性能以及良好的加工和绿色环保特性,优于现在使用的常规胶料,为提高我国线缆产品技术水平提供了先决条件。目前,我国线缆行业所能生产的型号以及所使用的材料类别较少,由于CPE 具有许多合成胶所没有的优点,被大量用于制造家用电器软线、电气装备用软电缆以及建筑用阻燃交联线。因此,CPE的推广可以为改变我国目前线缆行业产品结构及相关的应用选型起到促进作用,从而为线缆产品发展带来一场深刻的变革。橡胶型CPE与目前使用的常规橡胶料相比,特点十分显著:一是质量好,技术水平高;二是成本低,效益好;三是绿色环保,无污染。因此 ,推广使用CPE新材料不仅可以降低线缆行业生产成本,而且无污染,符合我国走可持续发展道路的要求。
    1· CPE 橡胶在国内外电缆中应 
    目前国内橡胶型CPE用量最大的还是以空调线为主的橡套软电缆,如YZW以及相似德国VDE标准的H05RN-F和H07RN-F等橡套软电缆,其护套绝缘用量占橡胶型CPE产量的70%左右。GB9331-2008规定,可将CPE替代CR用作某些型号的船用电缆护套,其最高工作温度为85 ℃。GB12972-2008规定,可将CPE用作矿用电缆的护套,其最高工作温度为65 ℃、90 ℃。若是对护套有抗撕性能要求,也已在技术上解决。中型、重型橡套扁电缆在我国新老国家标准中尚没有相应的产品标准,但近十多年来,市场的需求量却很大,如起重机、行车、电梯和电站输送煤炭轨道车等用重型橡套扁电缆,其工作条件恶劣,且都有阻燃、耐油、耐候的要求,CPE胶很适合用作此类电缆的护套,其最高工作温度是60 ℃或65 ℃。也可与三元乙丙胶配合作绝缘胶料,最高工作温度达到75 ℃或90 ℃。美国标准规定的双芯平行线、三芯平行线也可用CPE做外护套,这种线柔软、美观,非常适用于作家用电器、仪器、仪表的插头线,用量很大。我国南方的一些企业按国外标准大量生产并出口这类电线。CPE用于辐照交联、作为热塑性弹性体的护套材料等也都是逐步开发的新材料。总之,橡胶型CPE产业化应用尚待开发的领域非常广阔,发展空间巨大。
    2 ·CPE 橡胶电缆用绝缘料设计和生产的关键
    2.1 CPE 橡胶的选择
    电缆应用的要求较高,作为电缆绝缘料基材,对CPE橡胶的选择十分重要。CPE橡胶是聚乙烯与氯气经取代反应得到的一种改性高聚物,聚乙烯主链碳原子上部分氢原子被氯原子取代,氯原子在大分子链上无规则地均匀分布,为无定形弹性体。CPE橡胶是氯含量在25%~48%的非结晶型化学结构的饱和弹性体。其中氯含量在28%~35% (摩尔分数)的CPE橡胶,作为基料的CPE橡胶需要好的电性能、加工性能,还要有一定的硫化强度;氯含量低的CPE橡胶具有较好的电性能,其硫化胶的拉伸强度也高,另外要选用绝缘型的CPE橡胶,这种绝缘型的CPE在生产过程中,将氯化产物和多余介质进行了分离,加入了中和剂进行中和,在搅拌的条件下加清洁水反复清洗,最后经分离、干燥制得成品,这点对绝缘型CPE橡胶非常重要。CPE橡胶适合用于中低压电缆绝缘,一般为微量结晶型,生产出的电缆料易于造粒,更适合现代工业连续化生产及质量控制的要求;低结晶的CPE橡胶能填充大量的油和填料,可以提高加工性能,还能降低成本。低门尼黏度使胶料在填充后能获得良好的挤出性能。
       
    2. 2 配合剂的选择
    配合剂种类和用量的选择也很重要。如果配合剂用量达到过饱和状态,混炼胶表层的配合剂会首先析出,从而导致配合剂由内向外逐渐析出。如果其处在绝缘的界面上,则会对电缆的电性能有很大的影响。所以在满足性能要求的前提下,绝缘料配方应该尽量减少组分种类及各组分的用量,这样可以减少杂质引入的可能性。绝缘料的基料、硫化体系、防老体系和润滑体系也应尽量保持一致,这样可以保证绝缘料的整体性能。
    2.2.1 硫化体系
    CPE橡胶属于饱和高分子材料,硫化体系与一般非饱和橡胶材料不同,在CPE橡胶中应筛选使用过氧化物作硫化剂,配以TAIC等作共硫化剂,用氧化镁和硬脂酸铅作活化剂和稳定剂,得到的硫化胶力学性能较好,耐老化性能优异,而且加工、贮存性能稳定,不易焦烧,很适合电缆的挤出加工。
    2.2.2 补强填充体系
    加入补强填充材料可降低产品的生产成本,满足胶料的加工及性能要求。常用的补强填充剂有炭黑、白炭黑、碳酸钙、滑石粉、煅烧陶土等。CPE橡胶在不加任何补强剂的条件下抗张强度很低,无法满足橡套电缆绝缘材料的力学性能要求,必须加入补强粉剂。常用的白色填料有纳米碳酸钙、超细滑石粉、煅烧陶土等。碳酸钙、滑石粉是一种常用的填料,它可使挤出的线材有一定的挺括性,并有助于混炼胶在密炼时分散,改善胶料加工时存在的粘辊现象。煅烧陶土能改善混炼胶的挤出工艺性能,提高硫化胶的电性能,通过试验加入5~10份纳米碳酸钙、加入30~60份超细滑石粉和煅烧陶土,能使CPE 硫化胶抗张强度迅速上升;随着半补强填料用量的增加,硫化胶的拉伸强度、邵氏硬度也随之增大,而拉断伸长率逐渐变小;当煅烧陶土和超细滑石粉总用量达到30~50份时,硫化胶的定伸应力、抗张强度、拉断伸长率都可达到理想效果;当煅烧陶土和超细滑石粉用量达到60 份时,硫化胶硬度增加较大。在工业生产中,加入煅烧陶土和超细滑石粉是为了提高胶料的力学性能,加入适量的碳酸钙可提高胶料的挤出效果,增加产品的表面光洁度。
    2.2.3 软化体系
    CPE 橡胶弹性体的门尼黏度较大,胶料的可塑性非常低,无法满足电缆生产工艺要求。所以,配方中必须添加增塑剂,提高流动性以使之适合挤出。CPE 常用的增塑剂有癸二酸二辛酯(DOS) 和邻苯二甲酸二辛酯(DOP) 。它们能改善CPE 混炼胶性能,使混炼胶门尼黏度降低、挤出速度快、伸长率大,低温性能、绝缘性能优越。
    2.2.4 防老剂
    CPE属饱和结构的聚合物,具有良好的耐热老化和耐臭氧老化等性能,不用添加任何防老剂。但为了提高产品的耐环境老化性能,延长电缆使用寿命,可加入适量防老剂RD 或防老剂NBC。
    2.2.5 优化配方设计与实验结果
    根据实验得出CPE 优化配方:CPE352J100,氧化镁10,纳米碳酸钙15,超细滑石粉20 ,煅烧陶土40,DOS 30 ,防老剂RD 0.5,TAIC 3,DCP 5。将按照以上配方混炼得到的混炼胶在硫化温度165 ℃、硫化时间12 min、平板压力15 MPa条件下,置于平板硫化机中硫化,所得硫化胶的力学性能良好。采用以上优化配方混炼得到的CPE混炼胶加工性能优良,用作电缆绝缘料时挤出工艺性能良好,电缆外观颇佳。产品按GB/T2951 相关规定进行测试,各项力学性能优良,完全能满足MT818-2009最新标准要求。CPE 橡胶是橡套电缆理想的中低压绝缘材料。
    2.3 混炼工艺的控制
    CPE胶既适宜开炼机混炼,又适宜密炼机混炼。用开炼机混炼之前,由于CPE为粉状,需先将CPE在70~90 ℃开炼机上薄通,塑炼成半透明状,再进行混炼。CPE胶用密炼机混炼时,适合采用逆混(倒混)炼法,混炼胶的温度应控制在100~130 ℃范围为宜,先把除硫化剂和促进剂以外的所有其他配合剂全部装入密炼机中,然后再投入生胶进行混炼,充分利用装料容积,改善分散性,缩短混炼时间。橡胶电缆绝缘料生产的一个重要环节是混炼。混炼的目的是使各种配合剂均匀分散在CPE橡胶中。配合剂在CPE橡胶中的分散性除了它们本身的相容性外,就主要取决于混炼效果了。一般来说,增加混炼强度和时间可改善配合剂在胶料中的分散效果,但过长时间的混炼对分散度的改善有限,所以适当的混炼强度和时间对橡胶电缆料的性能提高很重要。经过混炼加工后配合剂粒子在胶料中的分散直径一般也会发生改变,不一定和原来的尺寸相同,而较大尺寸的粒子会对胶料性能产生不利影响,所以要控制好混炼的强度、温度和时间。
    3· 新开发的CPE 橡胶绝缘电缆料的性能和应用
    3. 1 65 ℃型CPE 橡胶绝缘料
    为使CPE橡胶绝缘料具有优良的电气性能,必须选择合适的绝缘型CPE橡胶、硫化体系、填料等配合剂,合理的配方技术、正确的混炼加工方式生产的产品,能保证绝缘料的质量,在生产各个环节避免杂质的进入;有良好的加工工艺性能,有合适的门尼黏度和焦烧时间。绝缘型CPE混炼胶料具有以上优点,适合普通橡套电缆的生产使用。表2是CPE橡胶绝缘电缆料的性能。
       
    须防止产品在贮存、运输和拆包使用过程中受到杂质污染,为了运输和使用方便,可将之制成粒状料。
    3. 2 CPE 橡胶绝缘料在中低压电缆上的应用
    为验证该绝缘料用于中低压橡胶绝缘电缆的可行性,试制了额定电压为380V的线芯橡胶绝缘电缆,其导体标称截面为50 mm2,绝缘标称厚度为5 mm。根据MT818-1999标准要求检测其电性能(检测的结果见表3)。
       
    从表3可见,电缆的各项性能都达到了标准要求。说明开发的CPE橡胶电缆料是可以用于中低压橡胶绝缘电缆的。
     为了考查CPE橡胶绝缘电缆的柔韧性,对试制电缆进行了弯曲直径为3D ( D为线芯外径)的弯曲试验。根据截面形变计算的电气强度下降不超过5 %,以此为原材料生产的中低压橡胶绝缘线芯也在正常运行中,柔性性能能够满足橡胶电缆绝缘的要求。
    5 ·结 论
    综上所述,制成的CPE绝缘层在综合性能上得到全面提高,安全性高、运行成本低、耐寒、耐油、耐臭氧,并且具有优良的力学性能。采用国产的CPE橡胶绝缘料已经可以正常生产1 000 V 级别及以下的橡胶绝缘电缆,通过提高生产管理水平,严格控制生产过程,国产CPE橡胶绝缘料性能还可以再上一个档次,可以用于更高电压水平的橡胶绝缘电缆。
参考文献:
[1] 谢遂志. 橡胶工业手册(一) [M].北京:化学工业出版社, 1998. 817-821.
[2] 金标义. 氯化聚乙烯在线缆行业的应用与展望[J] . 电线电缆, 1998, (2):25-28.
[3] 白 杰, 孙锦伟. 新型氯化聚乙烯橡胶的应用研究[J] . 橡胶工业,2001, (6):337-344.[责任编辑:朱胤]


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作者:佚名
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