EPDM for wire and cable applications(1).doc

三元乙丙在线缆中的应用Russ Vogelsong and Bob ohm（原著） 孙武（译）中国橡胶工业协会材料研究检测中心线缆的作用是安全的将电流从一处流向另一处而不发生电流的泄露、中断和损失。导电通过金属丝完成，而在金属丝外面包裹的电绝缘体物质则保证电流的流通。此类电绝缘物质被称为绝缘体。此类的化合物主要看物理机械性能，例如拉伸强度、扯断伸长率、硬度等。另外，还需要还有一些电学性能及对外界环境的抗老化性能例如耐水、耐火、耐臭氧、耐紫外光等。线缆需要在长时间的使用中保持高性能。如果聚合物需要长时间高效的使用，聚合物必须在合成过程中将催化剂类物质回收尽量的彻底。三元乙丙被广泛的使用于中压线缆中，因为三元乙丙具有较好的耐候性、耐臭氧性能及干燥和湿润环境下的使用性能等。三元乙丙需要有较高的聚乙烯含量，从而有较高的拉伸强度，较低的门尼粘度，同时其支链结构也会影响三元乙丙的工艺性能。RoyalEdge4191P-1（下面简称聚合物A）是一种应用于中电压线缆的三元乙丙牌号，并且已经使用好多年。在聚合物A的基础上发明催化剂回收更为彻底、工艺性能更好的RoyalEdge5041（下面简称聚合物B）。开发出新型的催化剂工艺是为了适应线缆市场对三元乙丙橡胶提出的更高的要求。化学成分本试验所使用的化合物具有较宽的分子量分布，而且软化剂的使用量也较低。聚合物A具有较低的不饱和度（双环戊二烯的含量为1.5%），相对于普通三元乙丙来说，聚合物A因为有较低的不饱和度可以带来较好的热稳定性。具体的成分含量见表1。两种聚合物都有较低的门尼粘度，在中压电缆绝缘层配方中少量使用可以使胶料的粘度显著降低。两种聚合物都有较高的乙烯含量，可以使聚合物的挤出表面更光滑，挤出后薄厚均匀，极大的减少了因为薄厚不均所导致的寿命变短。聚合物B具有较高的二烯烃（第三单体）含量，二烯烃的含量高在高剪切应力下粘度较低，粘度低回使挤出速度明显提高。分子链中支链量的检测使用tan,或弹性模量的模量损失来检测。图2为150下的ARES G2 动态粘弹谱图，从中可看出聚合物A和B在频率逐步增加下的tan变化。图2表示剪切速率对对粘度的影响，聚合物因为tan较低所以对剪切应力不是很敏感。在低剪切速率的时候，聚合物A、B的粘度基本相同，但是当剪切速率增加后，聚合物B的粘度迅速的降低。表1 聚合物结构乙烯/丙烯门尼粘度第三单体分子量分布聚合物A76/2424.71.5DCPD很宽聚合物B75/2525.02.8DCPD很宽聚合物B的合成过程中使用了新型的催化剂回收工艺，是留在聚合物中的齐格勒纳塔催化剂的量明显的减少，将催化剂对聚合物加工性能的影响降到最低。表2列出了在聚合物A和B中残留的卤化物及金属的含量就非常的说明问题。使用ICP离子色谱法测定催化剂的减少量。试验配方和原料本试验的目的是验证聚合物A和聚合物B在线缆中的应用差别。试验使用中电压线缆配方，见表3。 样品制备及检测本次混炼采用两段混炼法，第一段混炼主要将填料混进，而两段混炼的目的是为了防止焦烧。第二段主要是添加过氧化物。密炼机的设定转速为70转。两段混炼工艺：加入填料和聚合物 时间0:00加入剩余的小料，混炼 时间0:30温度到达100，清扫 时间3:00温度到达125，放料 时间4：00胶料停放六个小时，在密炼机上添加过氧化物，当胶料温度到达100是放胶。此时，胶料已经经过两段混炼，确保所有的试验药品充分的混入。混炼后测试其性能，包括拉伸强度、扯断伸长率、硬度、门尼粘度、门尼焦烧、硫化仪数据等。同时还需要做试验室以外的试验，如典型测试等。一系列试验的性能见表4。电学试验在A2LA试验室进行，主要是测试胶料在温度和湿度变化时的性能变化。绝缘破坏强度电压测试在corning550硅油中进行，空白试验在空气中进行。试验结果见表5。从电性能中可看出，聚合物B性能略有提升。两种聚合物都有较高的绝缘强度和较低的介电常数。体积电阻系数和表面电阻系数是在较低的损耗因数下测试所以数据较高。挤出性能研究本试验采用小型试验挤出机来评估在不同挤出速度下的聚合物的状态和质量，具体的量化指标是要看挤出量测量值和挤出机电流量等。从图3中可以看出聚合物B的剪切应力方面的性能。在聚合物A和聚合物B之间大概有25%差距，而且当挤出速度增加后这种趋势基本没有变化。通过学习我们知道，挤出量测量值是对两种化合物特性及挤出机负荷的量化指标。图4更能说明问题，因为聚合物B有较高的支链结构，所以其在剪切应力下具有更好的性能。对比所有的性能结果分析，聚合物B的使用可以在同样的挤出速度下可以有更高的挤出量和更好的能耗（详见图5）.最后我们看看在最高挤出量下的挤出物表面特性图。从图6中可看出在同样的工艺条件下，聚合物B具有更好的表面特性。结论通过实验结果分析，聚合物B替代目前使用的三元乙丙牌号使用与中电压电缆中具有更好的商业价值。两种聚合物的流动性能和物理机械性能相差无几。尽管聚合物B的催化剂回收更为彻底进而使其在干燥环境下的电学性能会有所提升。在基础性能的研究中发现，聚合物B因为有较高的支链结构，所以其动态性能的优势较为明显。在商用线缆的长期试验中发现结果