POE聚烯烃材料在矿用电缆中的应用概述.docx

1、POE聚烯烃材料在矿用电缆中的应用概述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：Polyolefin Elastomer。是一种利用茂

2、金属催化剂技术生产的多功能性乙烯烯烃共聚物。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

3、，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

4、)1.1主要试验仪器序 号试 验 仪 器 名 称生 产 厂 家1MV2-智能电脑型门尼粘度仪无锡蠡园电子化工设备有限公司2MDR-2000智能电脑型硫化仪无锡蠡园电子化工设备有限公司3QLB-25P/Q平板硫化机无锡新锐橡塑机械有限公司4JSL-2500N型电子拉力试验机江都市精艺试验机械有限公司5XK-160开放式炼塑机常州市第一橡塑设备有限公司6JCP-25冲片机江都市精艺试验机械有限公司7401B热老化试验烘箱南通宏大实验仪器厂8ZC-36型高阻计上海精密科学仪器有限公司9ZC-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

5、 名 称14906上海九澳实业有限公司2COPT-40上海易亮化工有限公司3POE1880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8TAIC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10tudalen 13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（

6、1）POE聚烯烃材料性能序号性 能 名 称单 位4906POE（1）P0E（2）POE（3）POE（4）实 测 值1门尼粘度ML1+4（100）门尼值25.225.1*26.21930.22硫化条件min160202.12.22.32.4M100定伸强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm2%1.251.8623574.335.34350551.271.819021.684.14345301.392.5323053密度g/cm30.864-0.8660.8630.8620.8620.8624绝缘电阻系数v（20）.cm1.210143.7110144.2310131.92101

7、56.421016*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#149061007575502EPDM2525501003氧化锌555555防老剂43.21.5447增塑剂2115.21916.5198填充剂190157157137117.59着色剂2310硫化剂4.755.74.54.14.25合 计

8、326.75286.1287267.1252.751.3.2.2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37.325.427.937.3402试验条件min180122.12.2t10t90m:sm:s0:594:050:585:400:503:480:553:280:463:353硫化条件min16020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3.13.23.33.4M100定伸

9、强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm2%4.547.31280653.667.04270283.647.28330352.727.41350433.236.56285134绝缘电阻系数v（20）.cm1.1410141.1810155.1910148.2310145.5410155空气老化条件h13521685.15.2抗张强度变化率断裂伸长率变化率%2.35.55.98.21.3.3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6

10、7#70#71#1EPDM6.56.56.524906203POE（2）204POE（3）205硫化剂1.51.51.56氧化锌1.31.31.37防老剂0.840.840.848软化剂4.324.324.329补强填充剂414141合 计75.4675.4675.46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22.924.725.92试验条件min180122.12.

11、2t10t90m:sm:s0:524:280:524:220:534:103硫化条件min16020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3.13.23.33.43.5M100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/mm2N/mm2%度4.046.324010743.846.927020744.217.1327022754绝缘电阻系数v（20）.cm2.1810152.4310152.0910155空气老化条件h13521685.15.2抗张强度变化率断裂伸长率变化率%8.74.833.71.711.11

12、.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#14906100757575752EPDM252525253氧化锌555554防老剂11.65防老剂20.251.66抗氧剂30.1510.77抗氧剂40.50.38防老剂51.59增塑剂8.7515.219151610补强填充剂17915715715916011硫化剂5.255.73.55.0

13、4.5合 计250.4286.1287285.5286.5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28.825.427.940.338.72试验条件min180122.12.2t10t90m:sm:s0:372:320:585:400:503:480:483:050:462:423硫化条件min160203.13.23.33.4M100定伸强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm

14、2%4.179.29280653.667.04270283.647.28330354.046.54230204.148.8320304绝缘电阻系数v（20）.cm1.610141.1810155.1910148.5810144.7410145空气老化条件h13521685.15.2抗张强度变化率断裂伸长率变化率%对折断2.35.55.98.2对折断33441.5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

15、 号38#39#1EPDM25252490675753硅烷偶联剂1.51.04氧化锌555防老剂1.51.56软化剂1515.57补强填充剂159.51608硫化剂3.53.2合 计286285.51.5.2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40.340.52试验条件min180122.12.2t10t90m:sm:s0:483:050:482:443硫化条件min160203.13.23.33.4M100定伸强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm2%4.0

16、46.54230206.18210204绝缘电阻系数v（20）.cm8.5810143.01014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#1EPDM3535249061051053氧化锌774抗氧剂1.41.45石蜡10106石蜡油13.97tudalen1313.98补强填充剂2202209硫化剂6.556.55合 计398.85398.851.6.2性能对比见表（11）表（11）：不同软化剂在低压乙丙绝缘

17、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34.5.33.52试验条件min180122.12.2t10t90m:sm:s0:503:260:513:323硫化条件min160203.13.23.33.4M100定伸强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm2%3.686.72300353.247.10340404绝缘电阻系数v（20）.cm4.1610143.4210145空气老化条件h13521685.13.2抗张强度变化率断裂伸长率变化率%2.1104.131.7填充剂1.7.1填充剂选择试验配方见表（12

18、）表（12）：试验配方序号配合剂名称配 方 编 号49#48#59#38#33#68#69#14906757575757520202EPDM25252525256.56.53硫化剂4.74.75.75.04.851.51.54氧化锌555551.31.35软化剂16161515214.324.326锻烧陶土160605751.57锻烧陶土2808锻烧陶土315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41510软质碳酸钙6280.54011重钙800cc6512超细度滑石粉CZ1250353550131313滑石粉（400目）27.5

19、3214硅酸钙50131315防老剂143.21.540.840.84合 计286.7286.7286.1286286.8575.4675.46含胶量（%）34.87934.87934.95334.96534.86135.11835.118注：锻烧陶土14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30.838.824.340.32226.725.52试验条件min180122.12.2t10t90m:sm:s0:503:

20、360:575:580:554:580:483:050:512:530:554:270:584:263硫化条件min160203.13.23.33.4M100定伸强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm2%3.197.69330403.406.53330413.356.43260274.046.54230203.046.45370634.06.88280223.45.24440604绝缘电阻系数v（20）.cm2.2810148.4610141.2310158.5810147.5210142.3310151.0410125空气老化条件h13521685.15.2抗张强度变化率断

21、裂伸长率保留率%1332.35.1对折断3.37.17.62.31.8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

22、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#1EPDM3535249061051053氧化锌774抗氧剂1.41.45石蜡10106石蜡油13.97tudalen1313.98补强填充剂2202209硫化剂6.556.55合 计398.85398.851.6.2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34.5.33.52试验条件min180122.12.2t10t90m:sm:s0:503:260:513:323硫化条件min160203.13.23.33.4M100定伸强度抗张强度断裂伸长率拉断后永久变形率N/mm2N/mm2%3.686.72300353.247.10340404绝缘电阻系数v（20）.cm4.1610143.4210145空气老化条件h13521