Wire & Cable Asia September 2017

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Wire & Cable ASIA – September/October 2017

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摘要

本文记述基于热塑性硫化橡胶（

TPV

）技术的三种全热塑性无

铅中压（

）绝缘化合物的开发。

TPV

中压绝缘化合物由一

种过氧化处理的可固化无铅中压绝缘物开始制备，后者是实

际的市场标准。因此，我们对比标准无铅中压绝缘体，对它

们进行了广泛的研究。为评估动态硫化过程的结果，我们通

过差示扫描量热法（

DSC

）对复合物进行研究。为模拟挤出

行为，我们对其流变性进行了研究。在

135°C

和

150°C

下老化

天前后分别对其力学性能进行了测量。最后，针对其在干

燥（

25°C

到

90°C

）和湿润（在

90°C

水中浸泡最多

天）条件

下的性能出具一份全面的研究报告。

前言

二十年前，世界上许多地方都在中压电缆应用中使用

XLPE

和

EPDM

绝缘系统。北美的

EPDM

中压绝缘市场依然活跃，

而世界其他地方则更青睐于

XLPE

。最近，我们发现全球市

场对

EPDM

中压绝缘表现出了新的兴趣，这是因为其在长期

应用（

>20

年）电缆寿命中无与伦比的性能。自

1996

年开

始，

Mixer SpA

公司便生产基于

EPDM

和

EPDM/LDPE

共混物

的中压绝缘材料：其战略是为电缆市场提供创新且具有竞争

力的材料，相信材料的不断改进将为特殊用途橡胶电缆带来

新的生命。

该战略的第一步就是无铅

EPDM

解决方案的开发，该方案于

2012

年推出，并且现已在市销售(见图

)

[1]

。由于铅盐不溶

于水，因此不会使绝缘层产生任何漏电流，所以氧化铅是中

压绝缘材料中最有效的添加剂之一。然而，氧化铅被列于

Reach SVHC

（高度关注物质）清单上，这是因为其众所周知

的累积风险和长期持久的影响力，会对环境和生命导致严重

的破坏

[2]

。

Mixer

已经成功地用一种能够固定离子的无机离子清除系统取

代氧化铅，成功生产基于

EPDM

的无铅中压绝缘化合物，并具

有优异的热稳定性和电稳定性。以这一点为基础，公司开发

了全热塑性

TPV

的中压绝缘材料，可以动态交联

基体中的

无铅中压绝缘复合物。

Mixer

推出了三种级别的中压

TPV

化合

物，依据意大利规范

CEI 20-86

(目前为止唯一的中压绝缘热

塑性化合物标准)，这种材料可以通过

90°C

和

105°C

的连续运

行温度，以及

250°C

短路突发情况的热力测试。

首先，我们讨论了新中压

TPV

化合物的制备和宏观性质。然

后，公司通过

DSC

对新中压

TPV

化合物进行探索，以研究动

态硫化工艺。第三步，公司分析了中压

TPV

在低剪切条件下

的流变性，以模拟其挤出行为。随后，中压

TPV

化合物在热

老化到

150°C

，持续

天前后接受了力学属性的测试。复合

物的电气性能研究在英国

Par

的

Imerys Laboratories

中进行。

详细来说，我们在最高

90°C

的干燥条件下测量了损耗系数

(

Tanδ

)、介电常数（

）和体积电阻率。此外，还将化合物在

90°C

的水中浸泡最多

天后，对

Tanδ

和

εr

进行了研究。我们

将测试结果与标准无铅

MV IS79

对比，证明可以实现一种创

新的高电绝缘性复合物，同时结合无铅

XL-EPDM

复合物的性

能，以及将其作为热塑性材料进行加工的可能性。

中压应用的

TPV

绝缘

著：

Andrea Galanti

、

Stefano Dossi

和

Andrea Magri

(意大利拉文纳，

Mixer SpA

)，

以及

Camillo Cardelli

(意大利皮斯托亚，

iPool Srl

)

❍

图

含铅（橙色）和无铅（白色）的中压绝缘，从粒料到电缆

无铅中压

TPV

化合物

2.1

中压

TPV

化合物的制备

我们在配备了两个反向旋转转子，以及

8cm

容室的内部混合

器中制备无铅中压绝缘化合物

MV IS79

，以及中压热塑性硫化

橡胶化合物中压

TPV

。中压

TPV

化合物的构成摘要请见表

。

显然，中压

TPV79 A

和

的弹性和热塑性相比例相同，但配方

中使用了不同的助剂。我们首先通过防止

由自由基

[3]

引发

裂变造成分解来研究助剂对

TPV

复合物的影响，然后才完成上

述操作。

MV IS79

通过在内部混合器里混合所有成分进行制备，从而

实现成分的完整混合。取下后在二辊磨中加入过氧化物。在

180°C

的条件下用压缩成型机压缩轧制板

分钟后获得测试

样本。力学性能测试用的样本以铣削方向切割。

通过混合无铅复合物(

MV IS79

)与热塑性塑料聚丙烯(

)制

备

MV TP79

化合物，比例如表

。混合过程中，由于发生自

由基反应，在温度不断上升的时候，扭矩展现出一种特征模

式，如图

[4,5]

图形所示。加入配料后，由于成分在低温下的

高粘度，扭矩随之增大。提高温度，材料开始软化，扭矩在

混合时下降。随着自由基反应开始，橡胶相和

相的

断裂

发生同时交联反应，产生相反转，使转矩迅速增大。大约经

过

分钟的处理后，

TPV

被取下，此时的最终温度为

200°C

到

220°C

。将依旧高热的化合物在二辊轧机内压延为板状；在压

缩成型机中以

180°C

压制板材

分钟，得到片材。力学性能测

试用的样本以铣削方向切割。

如表

所示，所有化合物都表现出相似的力学性能，即拉伸强

度（

）、断裂伸长率（

）和

200%

伸长率的

。

及其比例的选择似乎不会对力学性能产生显著的影响，与

标准

MV IS79

相近。与此相反，

的结晶度导致硬度（

）