冷缩电缆附件用高温硫化硅橡胶的制备与研究

296 2006年第十三届中国有机硅学术交流会论文集——————————_————，—————_—一+—’—————’———————————’——————————————————’+——一‘———————。———————’—一冷缩电缆附件用高温硫化硅橡胶的制备与研究 许采现“2，陈石刚1，丁小卫1 (1．深圳市安品有机硅材料有限公司。深圳518106{2．深圳市科骏驰科技有限公司，耀圳518104) 摘要：研究了乙烯基生胶的种类，气相白炭黑的种类和用量，结构控靠0荆的种类和用量，耐漏电起痕 添加荆的用量。无卤阻燃剂的用量以厦硫化体系等对冷缩电缆附件用硅橡胶胶料的物理性能和电性能的影 响。结果明：要制备高强度冷缩电境附件用硅捧腔胶料，需将乙烯基含量为0．03％mol扣5％mol(平均 乙烯基0．18％rood的生肢搭配使用，填料为比表面积>300m2／g的气相白炭黑且份量不能超过30价，蛄 构化控制剂优先选择低粘度羟基硅油或六甲基二硅氮烷且使用15～17份量(相对白炭黑份量)为最佳．耐 漏电起痕幂加剂用量为z份，无卤阻燃卉{用量为2价时硅橡胶达到最佳性能．完全满足冷缩电缆附件的特 殊要求。另发现铂加成而|L化更适夸冷培电缆附件的物理和电性能的要求。 关键词：冷缩电缆附件，耐漏电赶痕，无卤阻燃．加成硫化 lo一35kV高压电缆是目前城市供电主要通 道。随着经济的发展，人们对电力依赖程度越来 越大，而且对供电的可靠性要求也越来越高。由 于生产及运输的限制，高压电缆的长度一般仅为 几百米／根，而电缆的引出及加长续接都依赖于 专门的电缆终端和电缆接头。目前使用的热缩电 缆技术就是利用高能射线辐射使电缆终端材料在 受热前扩张后一次成型，由于材料的限制和呼吸 效应的影响，热缩电缆附件通常使用寿命4～5 年，而电缆的使用寿命长达20～40年。电缆的 寿命与附件的寿命不匹配的矛盾严重影响供电系 统的稳定运行，增加维护强度。冷缩型电缆附件 充分利用了硅橡胶的绝缘特性和良好的耐侯性与 弹性，完全可以与电缆的寿命相匹配，所以玲缩 型电缆附件取代热缩电缆附件是科技进步的必然 趋势[“。 1实验 1．1主要原料和设备 乙烯基生胶(摩尔质量分数0．03％)：江苏 宏达化工新材料股份有限公司：高乙烯基生胶 (摩尔质量分数5％和10％)：公司自制：气相白 炭黑：AEROsIL一150／2∞／300／380，德固赛公 司；羟基硅油：HD一09，、扛苏宏达化工新材料 股份有限公司}六甲基二硅氮烷，二甲基二甲氧 基硅烷：浙扛新安化工集团股份有限公司；双组 份铂金硫化剂(PL～10A／TM一10B)，耐漏电 起痕添加剂(FS一029)，无卤阻燃剂(FR一 029)，TM一8“等：自制；C一8B：子钧化工 (中山)有限公司。 主要设备和检测仪器： 开炼机：KSV2000，浙江湖山橡塑机械厂； 密炼机：江苏如皋通达机械制造有限公司；平扳 硫化机：XW--20无锡市锡伟橡塑机械厂；拉力 试验机：GT?010一AE，高铁检测仪器有限公 司：冲片机：GT7016一A高铁检测仪器有限公 司；回弹仪：GT6008—23，上海化工机械厂； 邵氏硬度计：I，x～A上海橡胶实验机械厂。 1．2硅橡胶基础脏料的制备 将不同含量的乙烯基生胶，自炭黑，结构化 控制剂等助剂投人密炼机中冷炼1小时，然后升 温至150～160。C抽真空热炼2～3h，冷却后在开 炼机上反复薄通5遍得实验用基胶，备用。 l-3性能测试 将实验用基础胶料按实验配方添加Fs— OZ9，FR一029于开炼机反复薄通5遍后．在添 加C一8B或PL一10A／TM～10B后再薄通10 遍，于170"C下硫化lOmin。分别用哑铃和直角 裁刀裁取试片：拉伸强度，伸长率按GB／ 作者简舟：许永现(1973一)男，师，主要从事加成 型同体(HTV)．液体硅橡胶产品的生产和研发．EMAIL, xuyongxianl@126cDm． 联系电话，0755—27203470，0755—27646234， 13076919700。 2006年第十三届中国有机硅学术交流会论文集 297 T528—1998测试，撕裂强度按GB／529—1999 测试，硬度按GB／531—1999测试，密度按GB／2 结果与讨论 T533进行测试，体积电阻率按GB／2439—19892．1不同比表面积白炭黑对硅橡胶物理性能的 测试，电气强度按GB／T1695—1989测试，耐影响 漏电起痕与电蚀损性能按GB／T6553—2003测 试。阻燃性能按UL94标准测试。 表l不同比表面积白炭黑对硅胶物理性能的影响 注z1)乙烯基含量为o．03蹦和5％两种生胶搭配使用 由表1可以看出，随着白炭黑比表面积增 大，硅橡胶的物理性能呈上升趋势．只有当比表 面积>300m2／g的白炭黑做填料且份量小于30 份时物理性能才能达到冷缩电缆附件的要求，反 之低比表面积的白炭黑做填料因回弹大于80以 实际乙烯基含量为0．18％(t001)。 上不适合做电缆附件用．因此>300m2／g的白炭 黑是最佳的选择． 2．2 乙烯基生胶的种类和配比对硅橡胶物理性 能的影响 表2 乙烯基生胶的种类和配比对硅橡胶物理性能的影响 检泓项目 1 2 3 4 5 乙烯基生胶份量1’100(0．03％和5％)100(O+18％)i00(o．03％和io％lOO(o．13％和5％)ioo(O．13蹦和lO％) 白炭黑的份量 28 28 28 28 28 邵氏A硬度／度 42 41 4l 42 42 拉伸强度／MPa 8，4 6．5 7．3 7．5 7．6 撕裂强度IkN·m-1 38 33 34 36 32 断裂伸长率／％840 570 770 630 610 回弹率／％ 55 64 65 58 54 压缩永久变形／％ 6 6 6 6 6 线收率／％ 3 3 3 3 3 注：1)高低乙烯基生脏搭配，平均乙烯基含量0．18％mol。填料为AEROSIL--300。 由表2可以得知，高低乙烯基生胶搭配不合 基为0．18％)搭配使用时物理性能最佳。 理直接影响冷缩电缆附件用硅橡胶的物理性能， 2．3结构化控制剂的种类和用量对硅橡胶物理 将乙基摩尔份数0．03％和5％的生胶(平均乙烯性能的影响 表3结构化控制剂的种类和用量对硅橡胶物理性能的影响 298 2006年第十三届中国有机硅学术交流会论文集 注：1)乙烯基生胶(0．03蹦和5％搭配)100份，AEROSIL一30028份，硫化条件170℃×10min 由表3可以看出：结构化控制剂种类和用量 们选择不同的处理剂，过氧化物硫化选用低粘度 对硅橡胶性能影响也有较大差异，其中二甲基二 羟基硅油，加成硫化选用六甲基二硅氮烷作结构 甲氧基硅烷处理效果稍微差点，羟基硅油和硅氮 控制剂最佳。 烷基本相当，当添加量为15～17份(相对白炭2．4耐漏电起痕添加剂用量对硅橡胶电性能的 黑份量)物理性能最佳。根据硫化体系不同，我 影响 表4耐漏电起痕添加剂用量对硅橡胶电性能的影响 由表4可见，在添加剂用量为2份时，硅橡 胶的耐漏电起痕已经达到1A3．5级，可以满足 冷缩电缆附件的要求；继续添加电性能提高但体 积电阻率有所降低，所以耐漏电起痕添加剂2～4 份最佳。同时发现耐漏电起痕添加剂也具有部分 阻燃性。 2．5无卤阻燃剂用量对冷缩电缆附件阻燃性能 的影响 表5无卤阻燃剂用量对冷编电缆附件阻燃性能的影响 由表5可以看出，随无卤阻燃剂用量增加， 硅橡胶的阻燃性增强，在添加2份时已达到 uL94一Vo级，完全满足电缆附件的要求。 2．6硫化体系对冷缩电缆附件用硅橡胶物理性 能和电性能的影响 表6硫化体系对冷缩电缆附件用硅橡胶物理性能和电性能的影响 由表6可以看出。采用铂加成硫化体系制得 台做冷缩电缆附件。 的硅橡胶物理性能优于过氧化物硫化体系，更适 2．7产品性能 表7自制产品与国内外同类产品的比较 2006年第十三届中国有机硅学术交流会论戈集 299 由表7可以看出，我公司开发的AP— HTV5640冷缩电缆附件用高温硅橡胶的物理性 能和电性能均达到或接近国内外同类产品水平， 经客户试用在电力系统运行反映良好。 且用量为15～17份(相对白炭黑份量)；耐漏电 起痕添加剂用量2份；无卤阻燃剂用量2份时； 硅橡胶的物理性能和电性能均达到冷缩电缆附件 的要求，另发现加成硫化体系更适合冷缩电缆附 件的生产。 3结论 参考文献 以摩尔质量高、低乙烯基含量的生胶搭配使 用平均乙烯基含量为0，18％；填料为比表面积 1 陈石刚，许靖·冷缩电缆附件用液体注射硅橡胶的 大于300m。／g的气相白炭黑，且用量小于30 制各·有机硅材料，2005‘6)；20 份；结构化控制剂选用低粘度羟基硅油或硅氮烷 ManufactwreandresearchoHheatcurahleSiliconerubherusedincold shrinkingpowercableadjunctapplications XUYong-xianl⋯．CHENShi—gan91．DINGXiao—weil (1．ShengzhenAnpinSiliconeMaterialsco．，Ltd，Shenzhen，518106； 2．ShengzhenKejunchiScienceTechnologyco．，Ltd，Sheozhen．518104) Abstract：Studytheimpactofthefunctionstothephysicalandelectricalperformanceofsiliconerubbercompounds usedforcoldshrinkingpowercablesadjunctapplications．The{unctionsareasfollowing：typeofvinylgroupsilicone gum；typeanddosageoffumedsiliea；typeanddosageofstructuralcontrolagent；dosageofanticreepagetraceagent； dosageofhalogenfreeflameretardantandthetypeofvulcanizationsystem,Researchresultsshowthat：tomanufacture siliconerubberusedinhighstrengthcoldshrinkingpowercableadjunctapplications，％veneedtouse0．03％vinylcontent siliconegumaccompaniedwith5％vinylcontentsiliconeguminthesameformulation(theaveragevinylcontentis 0．18％)，thefumedsilicafillerspecificsurfaceneedstobehigherthan300甜·g一1andthedosageneedstobelessthan 30phr．PriortousinglowviscosityhydroxylsiliconeoilorHMDSasstructuralcontrolagent．andthedosageisabout 15phrto17phr(basetofumedsilica)．Whenweadd2phranticreepagetraceagentand2phrhalogenfreeflameretardant， theendperformancereachestobethebest，fulfilthespecialrequestofcoldshrinkingpowercablesadiunct．Furtherstud— ieshavefoundthatplatinumadditionvulcanizationsystemismorcsuitableforthephysicalandelectricalperformanceof coldshrinkingpowercablesadjuncts． Keywords：coldshrinkingpowercablesadjunct，antiereepagetrace，halogenfreeflameretardant，additionvulcani— zation