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三元乙丙在線纜中的應(yīng)用Russ Vogelsong and Bob ohm（原著） 孫武（譯）中國橡膠工業(yè)協(xié)會材料研究檢測中心線纜的作用是安全的將電流從一處流向另一處而不發(fā)生電流的泄露、中斷和損失。導(dǎo)電通過金屬絲完成，而在金屬絲外面包裹的電絕緣體物質(zhì)則保證電流的流通。此類電絕緣物質(zhì)被稱為絕緣體。此類的化合物主要看物理機(jī)械性能，例如拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、硬度等。另外，還需要還有一些電學(xué)性能及對外界環(huán)境的抗老化性能例如耐水、耐火、耐臭氧、耐紫外光等。線纜需要在長時間的使用中保持高性能。如果聚合物需要長時間高效的使用，聚合物必須在合成過程中將催化劑類物質(zhì)回收盡量的徹底。三元乙丙被廣泛的使用于中壓線纜中，因?yàn)槿冶哂休^好的耐候性、耐臭氧性能及干燥和濕潤環(huán)境下的使用性能等。三元乙丙需要有較高的聚乙烯含量，從而有較高的拉伸強(qiáng)度，較低的門尼粘度，同時其支鏈結(jié)構(gòu)也會影響三元乙丙的工藝性能。RoyalEdge4191P-1（下面簡稱聚合物A）是一種應(yīng)用于中電壓線纜的三元乙丙牌號，并且已經(jīng)使用好多年。在聚合物A的基礎(chǔ)上發(fā)明催化劑回收更為徹底、工藝性能更好的RoyalEdge5041（下面簡稱聚合物B）。開發(fā)出新型的催化劑工藝是為了適應(yīng)線纜市場對三元乙丙橡膠提出的更高的要求。化學(xué)成分本試驗(yàn)所使用的化合物具有較寬的分子量分布，而且軟化劑的使用量也較低。聚合物A具有較低的不飽和度（雙環(huán)戊二烯的含量為1.5%），相對于普通三元乙丙來說，聚合物A因?yàn)橛休^低的不飽和度可以帶來較好的熱穩(wěn)定性。具體的成分含量見表1。兩種聚合物都有較低的門尼粘度，在中壓電纜絕緣層配方中少量使用可以使膠料的粘度顯著降低。兩種聚合物都有較高的乙烯含量，可以使聚合物的擠出表面更光滑，擠出后薄厚均勻，極大的減少了因?yàn)楸『癫痪鶎?dǎo)致的壽命變短。聚合物B具有較高的二烯烴（第三單體）含量，二烯烴的含量高在高剪切應(yīng)力下粘度較低，粘度低回使擠出速度明顯提高。分子鏈中支鏈量的檢測使用tan,或彈性模量的模量損失來檢測。圖2為150下的ARES G2 動態(tài)粘彈譜圖，從中可看出聚合物A和B在頻率逐步增加下的tan變化。圖2表示剪切速率對對粘度的影響，聚合物因?yàn)閠an較低所以對剪切應(yīng)力不是很敏感。在低剪切速率的時候，聚合物A、B的粘度基本相同，但是當(dāng)剪切速率增加后，聚合物B的粘度迅速的降低。表1 聚合物結(jié)構(gòu)乙烯/丙烯門尼粘度第三單體分子量分布聚合物A76/2424.71.5DCPD很寬聚合物B75/2525.02.8DCPD很寬聚合物B的合成過程中使用了新型的催化劑回收工藝，是留在聚合物中的齊格勒納塔催化劑的量明顯的減少，將催化劑對聚合物加工性能的影響降到最低。表2列出了在聚合物A和B中殘留的鹵化物及金屬的含量就非常的說明問題。使用ICP離子色譜法測定催化劑的減少量。試驗(yàn)配方和原料本試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證聚合物A和聚合物B在線纜中的應(yīng)用差別。試驗(yàn)使用中電壓線纜配方，見表3。 樣品制備及檢測本次混煉采用兩段混煉法，第一段混煉主要將填料混進(jìn)，而兩段混煉的目的是為了防止焦燒。第二段主要是添加過氧化物。密煉機(jī)的設(shè)定轉(zhuǎn)速為70轉(zhuǎn)。兩段混煉工藝：加入填料和聚合物 時間0:00加入剩余的小料，混煉 時間0:30溫度到達(dá)100，清掃 時間3:00溫度到達(dá)125，放料 時間4：00膠料停放六個小時，在密煉機(jī)上添加過氧化物，當(dāng)膠料溫度到達(dá)100是放膠。此時，膠料已經(jīng)經(jīng)過兩段混煉，確保所有的試驗(yàn)藥品充分的混入?；鞜捄鬁y試其性能，包括拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、硬度、門尼粘度、門尼焦燒、硫化儀數(shù)據(jù)等。同時還需要做試驗(yàn)室以外的試驗(yàn)，如典型測試等。一系列試驗(yàn)的性能見表4。電學(xué)試驗(yàn)在A2LA試驗(yàn)室進(jìn)行，主要是測試膠料在溫度和濕度變化時的性能變化。絕緣破壞強(qiáng)度電壓測試在corning550硅油中進(jìn)行，空白試驗(yàn)在空氣中進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果見表5。從電性能中可看出，聚合物B性能略有提升。兩種聚合物都有較高的絕緣強(qiáng)度和較低的介電常數(shù)。體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(shù)是在較低的損耗因數(shù)下測試所以數(shù)據(jù)較高。擠出性能研究本試驗(yàn)采用小型試驗(yàn)擠出機(jī)來評估在不同擠出速度下的聚合物的狀態(tài)和質(zhì)量，具體的量化指標(biāo)是要看擠出量測量值和擠出機(jī)電流量等。從圖3中可以看出聚合物B的剪切應(yīng)力方面的性能。在聚合物A和聚合物B之間大概有25%差距，而且當(dāng)擠出速度增加后這種趨勢基本沒有變化。通過學(xué)習(xí)我們知道，擠出量測量值是對兩種化合物特性及擠出機(jī)負(fù)荷的量化指標(biāo)。圖4更能說明問題，因?yàn)榫酆衔顱有較高的支鏈結(jié)構(gòu)，所以其在剪切應(yīng)力下具有更好的性能。對比所有的性能結(jié)果分析，聚合物B的使用可以在同樣的擠出速度下可以有更高的擠出量和更好的能耗（詳見圖5）.最后我們看看在最高擠出量下的擠出物表面特性圖。從圖6中可看出在同樣的工藝條件下，聚合物B具有更好的表面特性。結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，聚合物B替代目前使用的三元乙丙牌號使用與中電壓電纜中具有更好的商業(yè)價(jià)值。兩種聚合物的流動性能和物理機(jī)械性能相差無幾。盡管聚合物B的催化劑回收更為徹底進(jìn)而使其在干燥環(huán)境下的電學(xué)性能會有所提升。在基礎(chǔ)性能的研究中發(fā)現(xiàn)，聚合物B因?yàn)橛休^高的支鏈結(jié)構(gòu)，所以其動態(tài)性能的優(yōu)勢較為明顯。在商用線纜的長期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)結(jié)果