1 乙丙橡膠在國內(nèi)外中高壓電纜中應(yīng)用的情況

目前中壓乙丙橡膠絕緣電纜已經(jīng)普遍使用，許多標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)乙丙橡膠絕緣電纜的規(guī)定，如IEC60502(額定電壓從1 kV(U =1．2 kV)到3O kV(U=36 kV)的擠包絕緣電力電纜及其附件》、IEC60092— 354《船用電氣裝置．第354部分：標(biāo)稱電壓為6kV，10 kV和15 kV帶模壓固體裝置的單芯和三芯電力電纜》、AEIC CS6—96《額定電壓69 kV乙丙橡膠絕緣和屏蔽電力電纜規(guī)范》、ICEA S一68—516(乙丙橡膠絕緣電線電纜》等。

而我國中高壓電纜生產(chǎn)用絕緣料和屏蔽料主要采用可交聯(lián)聚乙烯，同時(shí)也進(jìn)口部分乙丙橡膠絕緣料和屏蔽料。我國某些礦用機(jī)械的橡膠絕緣電纜電壓水平已經(jīng)達(dá)到了1O kV。隨著中高壓橡膠絕緣電纜產(chǎn)品的需求不斷增加，我國中高壓橡膠電纜料也在發(fā)展。

2 中高壓電纜用乙丙橡膠電纜料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的關(guān)鍵

2．1 乙丙橡膠的選擇中高壓電纜應(yīng)用對(duì)乙丙橡膠電纜料的要求較高，作為乙丙橡膠電纜料基材的乙丙橡膠的選擇就十分重要。作為基料的乙丙橡膠需要好的電性能、加工性能，還耍有一定的硫化強(qiáng)度。

高乙烯含量的乙丙橡膠具有較好的電性能，其硫化膠的拉伸強(qiáng)度也高。一般乙烯含量在60 mo1％(摩爾百分?jǐn)?shù))左右的乙丙橡膠適合用于中高壓電纜絕緣。高乙烯含量的乙丙橡膠一般為半結(jié)晶型，生產(chǎn)出的電纜料易于造粒，更適合現(xiàn)代工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)及質(zhì)量控制的需求。而低結(jié)晶的乙丙橡膠能填充大量的油和填料，可以提高加工性能，還能降低成本。

乙丙橡膠的分子量和分子量分布也是選擇的參考依據(jù)。隨著分子量增高，其硫化膠的拉伸強(qiáng)度、回彈性、硬度均有所提高。較寬的分子量分布對(duì)可獲得更寬的電纜料生產(chǎn)和擠出加工溫度范圍。

三元乙丙橡膠中第三單體的種類和含量對(duì)硫化有著重要的影響。第三單體為1，4．己二烯(HD)的三元乙丙橡膠硫化膠壓縮形變小、硫化速度中等、不易焦燒。雙環(huán)戊二烯(DCPD)的硫化速度慢、硫化膠*變形小、耐熱老化好。乙叉降冰片烯(ENB)的三元乙丙橡膠硫化速度快、硫化膠拉伸強(qiáng)度高、硫化膠*變形小，適合電線電纜應(yīng)用的要求。

上世紀(jì)6O年代Ziegler Natta催化劑的發(fā)明使工業(yè)合成乙丙橡膠(EPR)成為現(xiàn)實(shí)。乙丙橡膠具有眾多優(yōu)點(diǎn)，隨即引起了電纜工業(yè)的重視。乙丙橡膠具有優(yōu)異的電性能(見表1)，其體積電阻率高，還有出眾的抗水樹和耐電暈性能，穩(wěn)定的抗電脈沖強(qiáng)度。乙丙橡膠有很寬的使用溫度，低的熱膨脹系數(shù)，可防止絕緣層分離、接頭或端部回縮、中性線嵌入絕緣，提高了電纜與預(yù)制接頭的匹配性。如在IEC 60502中收縮測試就只針對(duì)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，而不考核乙丙橡膠(EPR)和高硬度乙丙橡膠(HEPR)。乙丙橡膠有優(yōu)異的柔韌性能，使電纜具有很小的彎曲半徑，安裝、接頭和封端更容易。在北美中壓電力電纜市場，1998年消耗的91000 t絕緣料中，可交聯(lián)聚乙烯占59150—63700 t，乙丙橡膠占27300 31850 t，乙丙橡膠所占的比例為30％ ～35％。我國電力電纜生產(chǎn)中可交聯(lián)聚乙烯是主要的絕緣材料，年用量約為18000—22000 t，屏蔽料年用量約8000～10000 t。我國乙丙橡膠在電纜上的用量約10000 t，由此可見，乙丙橡膠在電纜中應(yīng)用已占有相當(dāng)比例，其主要用于中高壓電纜。本文主要介紹了乙丙橡膠在國內(nèi)外中高壓電纜中應(yīng)用情況，論述了乙丙橡膠料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的關(guān)鍵，以及國內(nèi)自主開發(fā)及應(yīng)用情況。

表3為四種可用于電纜的乙丙橡膠的性能。從表中可以看出它們都有高的乙烯含量、中等含量的ENB第三單體、硫化速度快，適合電線電纜生產(chǎn)。低的門尼粘度使膠料在填充后，可獲得良好的擠出性能。

2．2 配合劑的選擇

配合劑種類和用量的選擇也很重要。如果配合劑用量達(dá)到過飽和狀態(tài)，混煉膠表層的配合劑會(huì)首先析出，從而導(dǎo)致配合劑由內(nèi)向外逐漸析出，如果其處在絕緣和屏蔽層的界面上，則會(huì)對(duì)中高壓電纜的電性能有很大的影響。所以在滿足性能的前提下，絕緣料和屏蔽料的配方應(yīng)該盡量減少組分及各組分的用量，這樣可以減少雜質(zhì)引入的可能性。絕緣料和屏蔽料的基料、硫化體系、防老體系和潤滑體系也應(yīng)盡量保持一致，這樣可以避免絕緣料和屏蔽料相互污染，對(duì)提高電纜使用壽命是有利的。

2．3 混煉工藝的控制

橡膠電纜料生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是混煉?；鞜挼哪康氖鞘垢鞣N配合劑均勻分散在乙丙橡膠中。配合劑在乙丙橡膠中的分散性除了它們本身的相容性外，就主要取決于混煉效果了。一般來說增加混煉強(qiáng)度和時(shí)間可改善配合劑在膠料中的分散效果。但過長時(shí)間的混煉對(duì)分散度的改善有限，還會(huì)嚴(yán)重破壞橡膠結(jié)構(gòu)，所以適當(dāng)?shù)幕鞜拸?qiáng)度和時(shí)間對(duì)橡膠電纜料的性能的提高很重要。經(jīng)過混煉加工后配合劑粒子在膠料中的分散直徑一般也會(huì)發(fā)生改變，不一定和原來的尺寸相同，而較大尺寸的粒子會(huì)對(duì)膠料性能產(chǎn)生不利影響?；鞜捫Ч梢酝ㄟ^電鏡照片判斷。圖l中為兩種進(jìn)口乙丙絕緣的SEM電鏡圖。從圖中可以看出基體中粒子分散均勻，粒子尺寸小。

3國內(nèi)自主開發(fā)的乙丙橡膠電纜料的性能和應(yīng)用

3．1 XJ-34A型乙丙橡膠絕緣料和XB．34A型屏蔽料性能

國內(nèi)自主的開發(fā)的xJ一34A型乙丙橡膠絕緣料和XB-34A型屏蔽料具有優(yōu)良的電氣性能，見表4，它們的SEM電纜照片圖見圖2。從圖2中可以看到絕緣料中粒子分散均勻與進(jìn)口樣品相當(dāng)，屏蔽料中的粒子尺寸更小、分散更為均勻。

乙丙橡膠絕緣料(XJ一34A)和屏蔽料(XB，34A)的物理機(jī)械性能也超過IEC 60502—2的相關(guān)要求，老化后性能變化率小于l5％。而且可以制成粒狀料，方便了運(yùn)輸和使用。

3．2 XJ．34A型乙丙橡膠絕緣料和XB．34A型屏蔽料在中壓電纜上的應(yīng)用

為驗(yàn)證該絕緣料和屏蔽料用于中壓橡膠絕緣電纜的可行性，試制了額定電壓為l7．5 kV的單芯橡膠絕緣電纜，其導(dǎo)體標(biāo)稱截面為300 mm2，絕緣標(biāo)稱厚度為5 mm，內(nèi)外屏蔽厚度為0．9 mm。根據(jù)IEC60502—2標(biāo)準(zhǔn)要求檢測其電性能，并將檢測的結(jié)果與IEC 6052作比較(見表5)。從表5可見，電纜的各項(xiàng)性能都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。說明自主開發(fā)的乙丙橡膠電纜料是可以用于中壓橡膠絕緣電纜的。

為了考查乙丙橡膠絕緣電纜的柔韌性，對(duì)試制電纜進(jìn)行了彎曲直徑為3D(D為電纜外徑)的彎曲試驗(yàn)。根據(jù)截面形變計(jì)算的電氣強(qiáng)度下降不超過5％，實(shí)際測試的電纜局放值也僅從2．4 pC變?yōu)?．4pc。作為對(duì)比，IEC 60502—2中規(guī)定的局放試驗(yàn)前的彎曲試驗(yàn)要求彎曲直徑為20(d+D)，式中d為導(dǎo)體直徑；IEC 60092—354中乙丙橡膠絕緣電纜規(guī)定的彎曲直徑為12D；某些礦用橡套電纜彎曲直徑也為12D。

目前該乙丙橡膠絕緣料和屏蔽料已經(jīng)在江蘇三角洲塑化有限公司實(shí)現(xiàn)了商品化生產(chǎn)。以此為原材料生產(chǎn)的中壓橡膠絕緣電纜也在正常運(yùn)行中。

4 結(jié) 論

綜上所述，我國在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)橡膠絕緣中高壓電纜方面已經(jīng)邁出了重要的一步，取得了可喜的突破。事實(shí)上，采用國產(chǎn)的乙丙橡膠絕緣料和屏蔽料已經(jīng)可以生產(chǎn)35 kv的橡膠絕緣電纜。通過提高生產(chǎn)管理水平，嚴(yán)格控制生產(chǎn)運(yùn)輸過程，國產(chǎn)乙丙橡膠絕緣料和屏蔽料的性能還可以再上一個(gè)檔次，可以用于更高電壓水平的橡膠絕緣電纜。