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文档简介

1、乙丙橡胶电力电缆绝缘一步法硅烷交联工艺王福志,曾学忠,李继涛,李金辉(河北宝丰线缆有限公司,河北河间062451摘要:介绍了乙丙橡胶硅烷交联机理和一步法硅烷交联新工艺,针对一步法硅烷交联新工艺,简要阐述了原材料的选择、复合硅烷的配方、加工工艺等;同时介绍了一步法硅烷交联乙丙橡胶绝缘电力电缆的性能指标。关键词:乙丙橡胶电力电缆;硅烷交联;一步法;工艺中图分类号:T M215.1文献标识码:A文章编号:167226901(2005022*C absil Process of EPR Pow er C ables CompoundW ANG Fu 2zhi ,et al(Baofeng Wire a

2、nd Cable C o.,Ltd.,Hebei ,Hejian 062451,China Abstract :This paper presents the mechanism of silane crosslinking of EPR and the new Cabsil process.In terms of the Cabsil process ,paper discusses the selection of raw materials ,formulation of com pounded silane and process as well as the per formance

3、 requirements of EPR power cables manu factured by the Cabsil process.K ey w ords :EPR power cables ;silane crosslinking ;Cabsil process ;process收稿日期:2004206207 作者简介:王福志(1973-,男,辽宁沈阳人,工程师.作者地址:河北河间市景和工业区062451.1引言乙丙橡胶是以乙烯、丙烯或乙烯、丙烯及少量的非共轭双烯为单体,采用溶液法或悬浮法进行二元或三元共聚而制得的无规聚合物,前者称为二元乙丙橡胶(EPM ,后者称为三元乙丙橡胶(EP

4、DM 。乙丙橡胶是一种无定型的非结晶聚合物,其分子主链上乙烯和丙烯单体单元呈无规排列,失去了聚乙烯或聚丙烯结构的规整性,成为具有弹性的橡胶1。乙丙橡胶作为电缆的绝缘,其耐温等级、老化性能、柔软性等都优于交联聚乙烯。传统的乙丙橡胶绝缘电缆生产采用蒸汽连续硫化工艺,以硫磺或过氧化物作为交联剂,同时需要加入大量的添加剂,其优点是效率高,质量稳定。但是其工艺繁琐,频繁更换规格时会造成很大的浪费。而硅烷交联乙丙橡胶就可以改变这种状况,其生产方式与硅烷交联聚乙烯一样。根据工艺的不同,硅烷交联乙丙橡胶可分为一步法硅烷交联和两步法硅烷交联。目前国内还没有开发出硅烷交联乙丙橡胶材料,国外已经开发出两步法硅烷交联

5、乙丙橡胶,如意大利潘德那公司、美国道化学公司、英国AEI 公司等均有样本介绍2。但是进口的硅烷交联乙丙橡胶材料价格昂贵,无法与国内传统的硫化工艺相抗衡。一步法硅烷交联乙丙橡胶是采用硅烷作为交联剂,将其直接注入一步法挤出机中与生胶混合,共混、接枝、成型等一步完成,工艺简单、易操作,只要拥有一步法挤出机就能够实现批量生产。我公司就是利用公司原有一步法设备成功开发出一步法硅烷交联乙丙橡胶绝缘电缆。2交联机理硅烷交联乙丙橡胶的交联机理和硅烷交联聚乙烯相同,是在有机过氧化物引发作用下,将含有不饱和乙烯基和易于水解的硅氧基多官能团的硅烷接枝到乙丙橡胶的主链上,然后将此接枝物在水及硅醇缩合催化剂作用下发生水

6、解并缩合形成Si O Si 交联键,将乙丙橡胶主链连接成立体网状结构,即得到硅烷交联乙丙橡胶。反应式如下:(1在乙丙共聚物上接枝反应乙烯链上接枝反应:RO OR2RO CH 2CH 2CH 2+RO CH 2C H CH 2+ROHCH 2C H CH 2+H 2C =CH Si (OR 3CH 2CH H 2C C H Si (OR 3CH 2接枝链段上的活性基将会引发其它主链进行接枝传递或偶联。丙烯链上接枝反应:RO OR 2RO CH 2CH CH 3CH 2CHCH 3+RO CH 2CH CH 3CH 2CCH 3+ROHCH 2CH CH 3CH 2C CH 3+H 2C =CH

7、Si (OR 3CH 2CH CH 3CH 2CCH 3H 2C C Si (OR 3接枝链段上的活性基将会引发其它主链进行接枝传递或偶联。(2烷氧基水解并缩合交联H 2C CH 2Si (OR 3+H 2O催化剂H 2C CH 2SiOH +R OHOROR 2(H 2C CH 2SiOH OROR 催化剂(H 2C CH 2Si O Si CH 2CH 2+H 2O OROROROR硅烷中三个烷氧基全部水解并缩合,便将乙丙共聚物连接成立体网状结构。3原材料3.1乙丙橡胶材料我们选用三元乙丙橡胶(EPDM 作为橡胶绝缘材料。一步法硅烷交联的特点是要求硅烷能够迅速接枝到乙丙橡胶的主链上,这就要

8、求三元乙丙橡胶应具有很高的活性。三元乙丙橡胶所用的第三单体为非共轭二烯烃类,其种类和用量对交联速度、橡胶的机械物理性能均有直接的影响。第三单体为乙叉降冰片烯的三元乙丙橡胶(E NB 2EPDM 是比较合适的硅烷交联橡胶材料,其中E NB 的含量在5%为宜。国内外均有厂家生产此类材料,如美国杜邦公司、中国吉林化学工业公司等是提供E NB 2EPDM 的理想厂家。3.2复合型硅烷复合型硅烷是以硅烷为主体,并加入一定量的引发剂、抗氧剂、交联催化剂以及适量的分散剂所形成的多种助剂并存的混合物。考虑到实际交联速率的要求,硅烷通常选用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三(二甲氧基乙氧基硅烷等三

9、种硅烷料,其中乙烯基三甲氧基硅烷的水解速率最快。引发剂通常选用半衰期为1min 及分解温度为160200°C 的有机过氧化物,如过氧化二异丙苯(DCP 分解温度为171°C ;1,32二特丁基过氧化二异丙苯分解温度为182°C 。加入抗氧剂可以保证加工过程中物料的稳定性及制品的使用稳定性,抑制氧化降解,提高使用寿命。四2(3,52二叔丁基242羟基苯基丙酸季戊四醇酯(代号为1010是一种挥发性低、无毒、无污染的抗氧剂,是抗氧剂的首选品种。我们选用抗氧剂1010和抗氧剂4010配合使用效果很好。加入合适的交联催化剂可以大大缩短交联时间,提高生产效率。一般采用二丁基锡

10、二月桂酸酯作为交联催化剂。复合型硅烷的具体配方见表1。表1复合型硅烷配方组分名称重量份数组分名称 重量份数硅烷100交联催化剂25引发剂10分散剂20抗氧剂504生产工艺4.1工艺流程(见图1图1生产工艺流程4.2工艺参数(1复合型硅烷注入比例。复合型硅烷以1%3%的比例注入一步法挤出机。(2工艺温度。建议按如下控制:机身为150°C 、170°C 、180°C 、190°C 、190°C 机头为200°C 、210°C 、210°C 模口为210°C 。32(3水浴温度为8090°C,水浴时间

11、为56h。4.3注意事项为了促使乙丙橡胶和复合型硅烷均匀混合以及能够充分接枝,建议采用分离型螺杆或屏障型螺杆,螺杆长径比为30倍为宜。但值得注意的是物料不应长时间停留在挤出机内,以防止出现焦烧或过早交联。挤出过程中不得有水分进入,色母料须在60 70°C的除湿烘干器中至少干燥4h。若电缆导体材料为铜线,则需要在复合型硅烷中加入金属纯化剂,以防止铜线对乙丙橡胶绝缘的催化老化。表2乙丙橡胶绝缘电力电缆的性能检验项目标准要求实测结果检验项目标准要求实测结果20°C绝缘电阻常数(Mkm3677890空气箱老化后:90°C绝缘电阻常数(Mkm 3.67583抗张强度变化率%

12、±30+5工频耐压试验(7.2kV,4h不击穿通过断裂伸长率变化%±30+1195°C下冲击电压试验(40kV正负极性各10次不击穿通过热延伸试验(250°C,15m in,0.2MPa负载下伸长率%17540绝缘机械性能试验冷却后永久变形%150老化前:耐臭氧试验不开裂通过抗张强度MPa4.214.9吸水试验断裂伸长率%200470重量变化(mgcm21.00.04注:耐臭氧试验中臭氧含量为0.025%0.030%,试验时间为30h。5性能指标我公司为广州地铁三号线提供的直流1500V 硅烷乙丙橡胶绝缘电力电缆顺利通过了国家电线电缆质量监督检验中心的检

13、测,各项指标均达到合同和标准要求,性能指标见表2。6结束语(1乙丙橡胶一步法硅烷交联工艺工序少、易操作、成本低,有能力和传统的蒸汽硫化工艺竞争。(2乙丙橡胶绝缘电缆是船用电缆、矿用电缆和机车车辆用电缆优先采用的品种,一步法硅烷交联乙丙橡胶绝缘直流电缆在广州地铁三号线得到成功应用,有着广阔的市场前景。(3乙丙橡胶一步法硅烷交联工艺的出现,为乙丙橡胶开辟了另一条发展产品的途径。参考文献: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,2001,428-459.2张兆焕.硅烷交联乙丙橡胶的应用J.中国电线电缆网刊,2004,(5:324.(上接第21页对冷缩与热缩式及预制式电缆附件的特

14、点进行了分析,在此基础上完成了电缆附件的选型,在由超导电缆本体、中间连接及终端模型组成的电缆集成体模型上完成终端及电缆中间连接的绝缘加工,并进行了4h×35kV及1min×42kV耐压试验。试验表明绝缘的设计与加工是成功的。超导电缆本体及中间连接与终端绝缘的顺利完成为即将进行的挂网运行试验奠定了基础。(鸣谢:感谢王银顺博士及张建涛,韩军杰、赵祥工程师等给予的支持与帮助。非常感谢中科院电工研究所应用超导重点实验室及甘肃长通电缆科技公司技术中心、深圳沃尔核材料公司的大力支持参考文献:1Lin Y B.Development and testing of10.5kV1.5kA H

15、TS power cableA.the20th International Cry ogenic Engineering C on ferenceC.Hefei China,2004.2Pietro C orsaro.M anu facturing and comm issioning of24kVsuperconducting cable in DetroitJ.Physica C3782381,2002:11682 1173.3W esche R.Design of superconducting power cableJ.Cry ogenics,1999,(39:767-775.4滕玉平,肖立业.10.5kV1.5kA高温超导电力电缆电场分析及绝缘J电工电能新技术(已录用,待刊出.5G ouge M J.Development and testing of HT

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