《最新poe聚烯烃材料在矿用电缆中的应用》.docx
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《最新poe聚烯烃材料在矿用电缆中的应用》
POE聚烯烃材料在矿用电缆中的应用
前言：
POE聚烯烃在电线电缆行业中应用逐渐增多，本文主要研究该材料在矿用电缆中的应用，尤其在绝缘材料方面的使用。
矿用电缆的使用环境相当恶劣，特別煤矿井下用电缆更为突出。
由于井下非常潮湿对绝缘材料的电气性能要求相当高。
如何应用POE聚烯烃材料是业內同行关注的问题.笔者长期从事橡胶配方的研究,近年来对POE材料应用进行了一些研究和试验工作,现将该材料的试验情况与业内同行分享.
.关于POE聚烯烃目前有两种，它们分别是乙烯和丁烯或者是乙烯和辛烯的高聚物。
POE的英文全称：
PolyolefinElastomer。
是一种利用茂金属催化剂技术生产的多功能性乙烯α烯烃共聚物。
POE分子结构中不含不饱和双键，分子量分布窄，具有优良的耐老化性能和较好的流动性与聚烃材料相容性好；可通过过氧化物或辐射的方式有效地架桥，以得到优良的耐热老化，低压缩变形及耐天候的特性，POE可有效地改良其他聚烯烃材料的冲击性，又具有高填充料的负荷能力，可用于制造高性能的电气绝缘品。
近年来，国内有许多企业正部份或全部采用POE替代EPDM在橡套电缆中使用。
POE聚烯烃材料与三元乙丙橡胶相比，有以下的特点:
POE材料具有价格低、密度小、强度高和耐老化性好的优点；也存在硫化速度慢、加工工艺性差，材料绝缘电阻低的弱点。
所以如何应用是大家关心的问题.众所周知，绝缘电阻是判断产品在工作状态下电绝缘性能的一项基本性能项目，是表征线路电气安全性的重要指标，绝缘电阻太低，将会引起触电事故，危及人身安全.并增大线路损耗，影响供电质量.电缆绝缘电阻是由材料的绝缘电阻系数、产品结构尺寸及环境温度所确定，同時加工工艺水平的高低对其也有很大影响。
在线缆市场日益竞争的今天，如何调整配方，使电缆的绝缘性能符合煤炭行业标准-MT818中规定的各项牲能指标.满足现行生产设备和生产工艺前提下，同时降低低压乙丙绝缘橡皮成本，是本文探讨的核心。
为此，我们在实验室中，开展了POE材料的配方研究,对基料、防老剂体系、增塑剂及补强填充剂等方面进行了相关的试验。
一.试验（结果及其分析）
1.1主要试验仪器
序号
试验仪器名称
生产厂家
1
MV2-智能电脑型门尼粘度仪
无锡蠡园电子化工设备有限公司
2
MDR-2000智能电脑型硫化仪
无锡蠡园电子化工设备有限公司
3
QLB-25P/Q平板硫化机
无锡新锐橡塑机械有限公司
4
JSL-2500N型电子拉力试验机
江都市精艺试验机械有限公司
5
XK-160开放式炼塑机
常州市第一橡塑设备有限公司
6
JCP-25冲片机
江都市精艺试验机械有限公司
7
401B热老化试验烘箱
南通宏大实验仪器厂
8
ZC-36型高阻计
上海精密科学仪器有限公司
9
ZC-90E高绝缘电阻测量仪
上海延峰实验仪器厂
1.2主要原材料
序号
配合剂名称
生产厂家或供货商名称
1
4906
上海九澳实业有限公司
2
COPT-40
上海易亮化工有限公司
3
POE1880
上海博瑞达化工有限公司
4
三元乙丙橡胶
日本三井株式会社
5
防老剂RD
中石化集团南京化工有限公司
6
防老剂MB
淅江黄岩华星化工厂
7
过氧化二异丙苯
太仓塑料助剂厂
8
TAIC
淅江黄岩华星化工厂
9
锻烧陶土QF-702
苏州中材非金属矿业设计研究院有限公司
10
tudalen13
上海利物通贸易有限公司
11
超细度滑石粉CZ1250
上海聚千化工有限公司
1.3基料
1.3.1不同型号POE聚烯烃材料性能对比
参照我公司材SKL-04《三元乙丙胶原材料技术条件》中规定的性能要求,测定基本配方中所用不同型号POE聚烯烃材料性能见表
（1）。
表
（1）POE聚烯烃材料性能
序号
性能名称
单位
4906
POE
（1）
P0E
（2）
POE（3）
POE（4）
实测值
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
25.2
25.1*
26.2
19▲
30.2
2
硫化条件
℃×min
160×20
2.1
2.2
2.3
2.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
1.25
1.86
235
7
4.33
5.34
350
55
1.27
1.8
190
2
1.68
4.14
345
30
1.39
2.53
230
5
3
密度
g/cm3
0.864-0.866
0.863
0.862
0.862
0.862
4
绝缘电阻系数ρv
（20℃）
Ω.cm
1.2×1014
3.71×1014
4.23×1013
1.92×1015
6.42×1016
*—表示为ML1+4（125℃）的测试值。
▲—表示为ML1+4（121℃）的测试值。
注：
POE
（1）、POE
（2）、POE（3）、POE（4）表示不同型号的聚烯烃材料。
1.3.2基料配比用量选择
1.3.2.1配方
基料配比用量试验配方见表
（2）
表
（2）：
基料配比用量试验配方
序号
配合剂名称
配方编号
生产配方
（高压乙丙）
22#
59#
53#
21#
1
4906
100
75
75
50
—
2
EPDM
—
25
25
50
100
3
氧化锌
5
5
5
5
5
5
防老剂
4
3.2
1.5
4
4
7
增塑剂
21
15.2
19
16.5
19
8
填充剂
190
157
157
137
117.5
9
着色剂
2
—
—
—
3
10
硫化剂
4.75
5.7
4.5
4.1
4.25
合计
326.75
286.1
287
267.1
252.75
1.3.2.2性能
基料配比用量试验配方性能见表（3）
表（3）：
基料配比用量试验配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
22#
59#
53#
21#
生产配方
实测值
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
37.3
25.4
27.9
37.3
40
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
59
4:
05
0:
58
5:
40
0:
50
3:
48
0:
55
3:
28
0:
46
3:
35
3
硫化条件
℃×min
160×20
续：
表（3）基料配比用量试验配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
22#
59#
53#
21#
生产配方
实测值
3.1
3.2
3.3
3.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
4.54
7.31
280
65
3.66
7.04
270
28
3.64
7.28
330
35
2.72
7.41
350
43
3.23
6.56
285
13
4
绝缘电阻系数ρv
（20℃）
Ω.cm
1.14×1014
1.18×1015
5.19×1014
8.23×1014
5.54×1015
5
空气老化条件
℃×h
135±2×168
5.1
5.2
抗张强度变化率
断裂伸长率变化率
%
%
—
—
—2.3
—5.5
—5.9
—8.2
—
—
—
—
1.3.3不同型号POE聚烯烃材料为基料的对比试验。
1.3.3.1配方
不同型号POE聚烯烃材料为基料的试验配方见表（4）
表（4）；不同型号POE聚烯烃材料试验配方
序号
配合剂名称
配方编号
67#
70#
71#
1
EPDM
6.5
6.5
6.5
2
4906
20
—
—
3
POE
（2）
—
20
—
4
POE（3）
—
—
20
5
硫化剂
1.5
1.5
1.5
6
氧化锌
1.3
1.3
1.3
7
防老剂
0.84
0.84
0.84
8
软化剂
4.32
4.32
4.32
9
补强填充剂
41
41
41
合计
75.46
75.46
75.46
注：
POE
（2）、POE（3）表示不同型号的聚烯烃材料。
1.3.3.2性能
不同型号POE聚烯烃材料试验配方性能见表（5）
表（5）：
不同POE型号聚烯烃材料试验配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
67#
70#
71#
实测值
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
22.9
24.7
25.9
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
52
4:
28
0:
52
4:
22
0:
53
4:
10
3
硫化条件
℃×min
160×20
续：
表（5）不同型号POE聚烯烃材料试验配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
67#
70#
71#
实测值
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
肖氏硬度
N/mm2
N/mm2
%
%
度
4.04
6.3
240
10
74
3.84
6.9
270
20
74
4.21
7.13
270
22
75
4
绝缘电阻系数ρv（20℃）
Ω.cm
2.18×1015
2.43×1015
2.09×1015
5
空气老化条件
℃×h
135±2×168
5.1
5.2
抗张强度变化率
断裂伸长率变化率
%
%
8.7
4.8
3
3.7
1.7
11.1
1.4为改善电缆工作温度下的使用性能，在配方中常加入防老剂以提高其耐老化性能，常用防老剂有防老剂124。
几种防老剂在低压乙丙绝缘橡皮中的作用见1.4.2。
防老剂选择试验配方见表（6）。
1.4.1试验配方见表（6）
表（6）：
防老剂选用试验配方
序号
配合剂名称
配方编号
47#
59#
53#
38#
44#
1
4906
100
75
75
75
75
2
EPDM
—
25
25
25
25
3
氧化锌
5
5
5
5
5
4
防老剂1
—
1.6
—
—
—
5
防老剂2
0.25
1.6
—
—
—
6
抗氧剂3
0.15
—
1
—
0.7
7
抗氧剂4
—
—
0.5
—
0.3
8
防老剂5
—
—
—
1.5
—
9
增塑剂
8.75
15.2
19
15
16
10
补强填充剂
179
157
157
159
160
11
硫化剂
5.25
5.7
3.5
5.0
4.5
合计
250.4
286.1
287
285.5
286.5
注：
防老剂1、2、5为防老剂的代号。
1.4.2性能
不同防老剂在低压乙丙绝缘橡皮中的作用见表（7）
表（7）：
不同防老剂试验配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
47#
59#
53#
38#
44#
实测值
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
28.8
25.4
27.9
40.3
38.7
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
37
2:
32
0:
58
5:
40
0:
50
3:
48
0:
48
3:
05
0:
46
2:
42
3
硫化条件
℃×min
160×20
3.1
3.2
3.3
3.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
4.17
9.29
280
65
3.66
7.04
270
28
3.64
7.28
330
35
4.04
6.54
230
20
4.14
8.8
320
30
4
绝缘电阻系数ρv
（20℃）
Ω.cm
1.6×1014
1.18×1015
5.19×1014
8.58×1014
4.74×1014
5
空气老化条件
℃×h
135±2×168
5.1
5.2
抗张强度变化率
断裂伸长率变化率
%
%
对折断
—2.3
—5.5
—5.9
—8.2
对折断
—33
—44
1.5硅烷偶联剂用量对电性能的影响
1.5.1为提高低压乙丙绝缘橡皮的综合性能，在配方中常常使用硅烷偶联剂。
偶联剂用量的多少会影响材料的电性能。
不同用量偶联剂试验配方见表（8）。
表（8）：
不同用量偶联剂试验配方
序号
配合剂名称
配方编号
38#
39#
1
EPDM
25
25
2
4906
75
75
3
硅烷偶联剂
1.5
1.0
4
氧化锌
5
5
5
防老剂
1.5
1.5
6
软化剂
15
15.5
7
补强填充剂
159.5
160
8
硫化剂
3.5
3.2
合计
286
285.5
1.5.2性能
不同用量偶联剂配方性能见表（9）
表（9）：
不同用量偶联剂配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
38#
39#
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
40.3
40.5
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
48
3:
05
0:
48
2:
44
3
硫化条件
℃×min
160×20
3.1
3.2
3.3
3.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
4.04
6.54
230
20
—
6.18
210
20
4
绝缘电阻系数ρv（20℃）
Ω.cm
8.58×1014
3.0×1014
注：
38#和39#有严重的粉料结粒。
1.6软化剂
1.6.1不同软化剂在低压乙丙绝缘橡皮中的性能对比实验配方见表（10）
表（10）：
不同软化剂在低压乙丙绝缘橡皮中的对比实验配方
序号
配合剂名称
配方编号
381#
392#
1
EPDM
35
35
2
4906
105
105
3
氧化锌
7
7
4
抗氧剂
1.4
1.4
5
石蜡
10
10
6
石蜡油
13.9
—
7
tudalen13
—
13.9
8
补强填充剂
220
220
9
硫化剂
6.55
6.55
合计
398.85
398.85
1.6.2性能对比见表（11）
表（11）：
不同软化剂在低压乙丙绝缘橡皮中的性能对比
序号
性能名称
单位
配方编号
381#
392#
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
34.5.
33.5
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
50
3:
26
0:
51
3:
32
3
硫化条件
℃×min
160×20
3.1
3.2
3.3
3.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
3.68
6.72
300
35
3.24
7.10
340
40
4
绝缘电阻系数ρv（20℃）
Ω.cm
4.16×1014
3.42×1014
5
空气老化条件
℃×h
135±2×168
5.1
3.2
抗张强度变化率
断裂伸长率变化率
%
%
—2.1
—10
—4.1
—3
1.7填充剂
1.7.1填充剂选择试验配方见表（12）
表（12）：
试验配方
序号
配合剂名称
配方编号
49#
48#
59#
38#
33#
68#
69#
1
4906
75
75
75
75
75
20
20
2
EPDM
25
25
25
25
25
6.5
6.5
3
硫化剂
4.7
4.7
5.7
5.0
4.85
1.5
1.5
4
氧化锌
5
5
5
5
5
1.3
1.3
5
软化剂
16
16
15
15
21
4.32
4.32
6
锻烧陶土1
60
60
57
51.5
—
—
—
7
锻烧陶土2
—
—
—
—
80
—
—
8
锻烧陶土3
—
—
—
—
—
15
—
续：
表（12）试验配方
序号
配合剂名称
配方编号
49#
48#
59#
38#
33#
68#
69#
9
锻烧陶土4
—
—
—
—
—
—
15
10
软质碳酸钙
—
62
—
80.5
40
—
—
11
重钙800cc
65
—
—
—
—
—
—
12
超细度滑石粉CZ1250
35
35
50
—
—
13
13
13
滑石粉（400目）
—
—
—
27.5
32
—
—
14
硅酸钙
—
—
50
—
—
13
13
15
防老剂
1
4
3.2
1.5
4
0.84
0.84
合计
286.7
286.7
286.1
286
286.85
75.46
75.46
含胶量（%）
34.879
34.879
34.953
34.965
34.861
35.118
35.118
注：
锻烧陶土1～4为不同产地的锻烧陶土代码。
1.7.2不同填充剂的配方性能对比见表（13）
表（13）：
不同填充剂配方性能
序号
性能名称
单位
配方编号
49#
48#
59#
38#
33#
68#
69#
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
30.8
38.8
24.3
40.3
22
26.7
25.5
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
50
3:
36
0:
57
5:
58
0:
55
4:
58
0:
48
3:
05
0:
51
2:
53
0:
55
4:
27
0:
58
4:
26
3
硫化条件
℃×min
160×20
3.1
3.2
3.3
3.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
3.19
7.69
330
40
3.40
6.53
330
41
3.35
6.43
260
27
4.04
6.54
230
20
3.04
6.45
370
63
4.0
6.88
280
22
3.4
5.24
440
60
4
绝缘电阻系数ρv
（20℃）
Ω.cm
2.28×1014
8.46×1014
1.23×1015
8.58×1014
7.52×1014
2.33×1015
1.04×1012
5
空气老化条件
℃×h
135±2×168
5.1
5.2
抗张强度变化率
断裂伸长率保留率
%
%
—
—
13
3
—2.3
—5.1
对折断
—
—
3.3
7.1
7.6
2.3
1.8试验分析
1.8.1通过上述表（3）可知，当基料全部使用POE树脂或EPDM时，其分别存在绝缘橡皮性能不能满足MT818-2009标准要求和材料成本太高的缺点，缺乏市场竞争力。
而当EPDM与POE树脂的用量为1:
3时，材料的综合性能较好。
同时，通过表（4）和表（5）得知，当采用POE（3）或P0E
（2）聚烯烃材料等量替代4906树脂以后，三者绝缘橡皮的性能相差不大。
1.8.2防老剂选择是POE应用的一个重要组成部份。
所采用的防老剂对材料不仅要有抗热氧老化性的作用，同时对胶料的硫化特性和电气性能又不能有影响。
从对抗氧剂3/抗氧剂4、抗氧剂3/防老剂2和防老剂1/防老剂2并用及防老剂5、防老剂2单用的试验中可知。
当防老剂1与防老剂2并用时。
材料的综合性能较1.6软化剂
1.6.1不同软化剂在低压乙丙绝缘橡皮中的性能对比实验配方见表（10）
表（10）：
不同软化剂在低压乙丙绝缘橡皮中的对比实验配方
序号
配合剂名称
配方编号
381#
392#
1
EPDM
35
35
2
4906
105
105
3
氧化锌
7
7
4
抗氧剂
1.4
1.4
5
石蜡
10
10
6
石蜡油
13.9
—
7
tudalen13
—
13.9
8
补强填充剂
220
220
9
硫化剂
6.55
6.55
合计
398.85
398.85
1.6.2性能对比见表（11）
表（11）：
不同软化剂在低压乙丙绝缘橡皮中的性能对比
序号
性能名称
单位
配方编号
381#
392#
1
门尼粘度ML1+4（100℃）
门尼值
34.5.
33.5
2
试验条件
℃×min
180×12
2.1
2.2
t10
t90
m:
s
m:
s
0:
50
3:
26
0:
51
3:
32
3
硫化条件
℃×min
160×20
3.1
3.2
3.3
3.4
M100定伸强度
抗张强度
断裂伸长率
拉断后永久变形率
N/mm2
N/mm2
%
%
3.68
6.72
300
35
3.24
7.10
340
40
4
绝缘电阻系数ρv（20℃）
Ω.cm
4.16×1014
3.42×1014
5
空气老化条件
℃×h
135±2
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