絕緣 橡膠? 1.乙丙橡膠的生成機理乙丙橡膠是乙烯與丙烯的共聚物乙烯與丙烯的比例變化範圍很大，實際上，通常用于電纜絕緣的乙丙橡膠中乙烯的含量為50%~80%在用于低壓和中壓電纜絕緣材料時，乙丙橡膠與聚乙烯、交聯聚乙烯、抗水樹交聯聚乙烯有明顯不同最大的不同在于其中的丙烯分子鍊會影響乙烯分子鍊的排列和結晶度，我來為大家科普一下關于絕緣 橡膠?以下内容希望對你有幫助!

絕緣 橡膠

1.乙丙橡膠的生成機理

乙丙橡膠是乙烯與丙烯的共聚物。乙烯與丙烯的比例變化範圍很大，實際上，通常用于電纜絕緣的乙丙橡膠中乙烯的含量為50%~80%。在用于低壓和中壓電纜絕緣材料時，乙丙橡膠與聚乙烯、交聯聚乙烯、抗水樹交聯聚乙烯有明顯不同。最大的不同在于其中的丙烯分子鍊會影響乙烯分子鍊的排列和結晶度。

乙丙橡膠是由不同分子量、且有很多分支結構的聚合物分子鍊構成，其非結晶結構賦予它柔軟和優良的彎曲性能。正如聚乙烯材料一樣，乙丙橡膠也具有高低分子量、分子量分布寬窄之分。因此，有很多等級的乙丙橡膠，每一種都有其特有的性能。

  圖5-14描述了單個乙烯和丙烯的分子結構，這種比例共聚的乙丙橡膠，乙烯、丙烯分别占50%含量。這種乙丙共聚物的結構示意圖見圖5-14的下半部分，丙烯作為骨架碳鍊上的分子結構，這些短支鍊會阻礙材料的結晶，因此乙丙橡膠具有了柔軟、易彎曲、硬度低的特性。

  增加乙烯與丙烯的比例，則丙烯支鍊的間距變大。當乙烯與丙烯的比例增加到70%~80%時，聚乙烯分子鍊就會規整排列，形成結晶結構，這種乙丙橡膠稱為半結晶乙丙橡膠。理論上，乙烯與丙烯的比例越大，分子排列越規整，乙丙橡膠的結晶度也越大。然而，實際上乙丙橡膠絕緣料的最大結晶度為常規低密度聚乙烯的10%。因此，乙丙橡膠的硬度是無法與常規低密度聚乙烯材料相比的(或者XLPE、TR-XLPE)。(就更比不上線性低密度聚乙烯(LLDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)的硬度)

  2.乙丙橡膠添加劑的選用

乙丙橡膠是優良的彈性體材料。彈性體是一種柔軟的聚合物材料，包括天然橡膠、合成橡膠、丁基橡膠等。氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、PVC也屬此類材料。通用的彈性體材料性能明顯有别于半結晶聚合物。材料的結晶程度減小意味着結晶結構所賦予的性能會減少或消失：材料的模量和拉伸強度會下降。因此，純的乙丙橡膠不可能具有類似HMWPE的性能。純的乙丙橡膠既不具有滿足絕緣材料的力學性能，也不具有擠出加工性能，但是其有優良的電性能。因此，乙丙橡膠須采用不同的添加劑來改進其性能，這些添加劑會提高材料的物理和力學性能，但是對電性能會有影響。

  材料的非結晶性有其有利的一面：不會在加熱過程中産生熱膨脹，就像聚乙烯在熔點以上(>106℃)具有很小的熱膨脹一樣。

  乙丙橡膠中所用的無機填料會産生各自不同的效用：有些是用來提高材料的物理和力學性能，有些是用來改善材料的加工性能。通常采用矽烷處理過的黏土來增強乙丙橡膠。乙丙橡膠必須經過交聯才能作為絕緣材料使用。如果不經交聯硫化，即使是填料改性過的乙丙橡膠也不能作為絕緣材料使用。

  除了無機填料以外，還會添加很多别的添加劑來改善乙丙橡膠的性能，可以用其他聚合物材料作為混合物的一種組分。所有的添加劑都要經專門的混合設備來混合。因此，乙丙橡膠是最終電纜絕緣料的一種組分。各組分混合在一起的過程就是一個複合的過程。

3.乙丙橡膠典型配方

用于乙丙橡膠絕緣料的許多組分被很多機構組織認可，最合理的組成并沒有公布。表5-2給出了一直應用到20世紀90年代的典型乙丙橡膠配方，并對其組分、分數、用途進行了解釋。

圖片

  ·乙丙橡膠：基體材料，所有組分均勻分散于該連續相。提供材料的彎曲性和電性能。表中的用量都是以乙丙橡膠基體作為100份而定的，乙丙橡膠為無定形和半結晶兩種。

  ·低密度聚乙烯：添加少量于半結晶乙丙橡膠中。

  ·氧化鋅：傳統應用于乙丙橡膠和三元乙丙橡膠中來提高熱穩定性。其很早就應用于電纜絕緣料中，就像它很早就被應用于乙丙橡膠汽車輪胎一樣。

  ·紅鉛：氧化鉛()被用作離子捕捉劑。其可以改善潮濕環境下的電性能，很早就被應用于乙丙橡膠絕緣料來滿足低壓測試要求。

  ·矽烷處理黏土：經過表面處理的黏土可以提高材料的力學性能。橡膠材料結晶度很小甚至沒有結晶，因此靠填料傳遞力學強度。黏土表面矽烷處理來改善填料和聚合物之間相互作用。如果黏土不經處理，這在界面間會産生縫隙，導緻材料強度下降。從微觀尺度來看，填料粒子明顯大于聚合物分子鍊。

  ·矽烷偶聯劑：添加矽烷偶聯劑來保證聚合物與填料間的充分接觸。

  ·加工助劑：石蠟或油通常被用作潤滑劑。本質上無機填料是粗糙的。

  ·抗氧化劑：其所起作用與在聚乙烯或交聯聚乙烯中一樣，阻止聚合物在擠出過程中發生降解。

  ·過氧化物：被用作交聯劑，與在交聯聚乙烯中所起作用一樣。乙丙橡膠必須交聯才能用作電纜絕緣料。過氧化物引發的交聯與中壓交聯聚乙烯過程一樣(盡管擠出速率可能不同)。

4.乙丙橡膠添加劑混合技術

  正如前面所講，材料制造商，或者自己制造材料的電纜制造商會在他們的商業乙丙橡膠絕緣料中加入很多組分。這些添加劑的性質不同。因此，各種抗氧化劑、填充油、石蠟都被應用過。有些添加劑可以滿足多個需求，例如改善加工性、提高老化性能，或者改善電性能。如考慮别的影響因素，黏土粒子的大小和結構，則整個混合過程會變得更複雜。

  在乙丙橡膠中添加助劑既是一門藝術也是科學。它比在聚乙烯中混合助劑更複雜，在乙丙橡膠添加助劑以前人們就有在彈性體中添加助劑的經驗。取得可以擠出加工的高品質乙丙橡膠混合料的關鍵是材料的均一性和混合參數的設置。混合技術在密煉機批次混料和Buss機連續混料中都有應用。這兩種混合技術都可以在不降解聚合物的情況下提供适合的混合操作，但是其混合技術迥然不同。

  密煉機混合會用傳輸帶将預先稱量好的助劑轉移到混合容器中，密煉機混合是一種高強度的混合過程。密煉機是一個在圓筒容器内安裝有螺旋形葉片的混合設備。葉片是空心的，以便提供材料混合過程中所需的加熱或冷卻。在設定溫度下，受熱的彈性體和助劑材料在一定的加工條件下進行混合加工。混合時要促使均勻分散并阻止有機和無機材料的再次團聚，同時還要預防材料的預交聯發生，因此要有效控制混合時間、溫度以及添加順序。采用旋轉技術可以獲得有效的混合效果，密煉機在彈性體混合中已有很長的應用曆史。

  Buss機混合是連續整體混合工藝，在一定溫度下，助劑直接加人到熔融的聚合物中。液體助劑也是直接加入。批次混合工藝比連續混合工藝很多年。連續混合有很多優點：(a)熱傳遞加快，(b)混合效率高，(c)單位時間内所混合料緻，(d)溫度精确。不間斷操作是其最大的優點。

  不管采用哪種混合技術，關鍵是要保證混合均勻并不會引起材料降解。[這些原則也适用于任何需要混合的電纜料，包括在交聯聚乙烯中過氧化物的混合，聚乙烯中半導電炭黑的混合，低壓和中壓電纜料中阻燃劑的混合等。]

  5.其他乙丙橡膠

  1)有時，人們期望在乙烯-丙烯共聚過程中添加第三單體。這種聚合物材料被稱作為三元乙丙橡膠(EPDM)，這種材料可以加速橡膠的硫化。其中E表示乙烯，P表示丙烯，D表示二烯烴，M的涵義這些年已經改變。EPDM以前表示為乙烯-丙烯-二烯烴-單體，也表示為乙烯-丙烯-二烯烴-甲基。現階段，M在ASTM标準D-1418中表示為類别，為具有飽和聚乙烯碳鍊的橡膠。

  2)用于三元乙丙橡膠中的二烯烴通稱為DCPD、ENB和VNB。含量為2.5%~12%。

  3)高乙烯含量的乙丙橡膠可以粒子化；低乙烯含量的乙丙橡膠一般為條狀。與交聯聚乙烯相比，由于其沒有結晶，因此乙丙橡膠電纜料熱膨脹小、熱熔低、熱傳導性高。粒子化的中壓乙丙橡膠絕緣電纜加工過程可以與交聯聚乙烯采用一樣的設備。乙丙橡膠同樣可以采用濕法或者幹法交聯工藝，盡管乙丙橡膠以往更多的是采用濕法交聯工藝。

  4)乙丙橡膠電纜料可以由電纜制造商生産，也可以由專門的材料制造商制造。在過去，商業供應商就已公布了所提供的乙丙橡膠組分。電纜制造商可以适當參考他們的配方。

  5)添加助劑來提高乙丙橡膠的物理和機械性能時，往往會降低材料的電性能。介質損耗和介電常數會增加。增加的程度因乙丙橡膠基材不同而産生差異(見原書5.6.3節和第6章)。

  6)過去，人們會在乙丙橡膠中添加炭黑後作為中壓乙丙橡膠絕緣料。現在這種做法已被淘汰。

  7)無機黏土作為乙丙橡膠電纜料的一個組分。這些年人們對黏土進行了改性和處理來提高其性能。黏土有天然、煅燒、表面處理之分。目前在乙丙橡膠中主要用的是後一種黏土，而在以前的絕緣材料如丁基橡膠中主要用的是煅燒黏土。影響黏土有效性的因素有粒子大小、與聚合物的結合情況，以及其自身的結構等。

6.不同乙丙橡膠的差異性

  應用在電纜絕緣料中的乙丙橡膠(EPR)的分子鍊有各自不同的乙烯/丙烯比例，這也使得不同EPR的彎曲性能也不同。此外，EPR中的各組分在含量和性能上也變化很大，其加入的目的都是為了使柔軟的EPR能滿足電纜料的需求。因此不同的乙丙橡膠顯示出不同的老化性能、混合條件和擠出條件。事實上，助劑(成分和濃度)的不同、乙烯/丙烯比例的不同也最終導緻了不同電壓等級的乙丙橡膠性能的差異(例如使用在初級電纜、次級電纜或者饋電電纜上)。這些變化也促使不同的乙丙橡膠去滿足不同的工業需求。

  7.乙丙橡膠獲得長使用壽命的方法

我們重點關注在絕緣材料中無局部放電，并保持介質損耗較低的技術路線上。保證絕緣材料清潔、沒有空隙和極性小可以取得較好的效果。另一個目标就是确保材料老化過程中性能穩定。這一主旨适用于所用聚烯烴材料(HM-WPE、XLPE、TR-XLPE以及EPR)。對于乙丙橡膠而言，我們知道其有許多半結晶絕緣聚合物所不具備的成分，當必須使用會使得介質損耗增加的添加劑時，其用量要最小化。目的是獲得具有自由電荷的乙丙橡膠。

  另一個獲得長使用壽命乙丙橡膠的方法是間接法。這種替代方法被證實不是總是可以有效地獲得預期目标。人們試圖尋找另外一種在有自由電荷存在的情況下，可以有效絕緣的絕緣材料；因此，人們覺得應該是限制電荷而不是生成自由電荷。因此，該方法所使用的乙丙橡膠添加劑在本質上是不同的。

  盡管為了實現該目标時添加的添加劑是有針對性的，然而這一規則确是很有名的。添加劑可以起到如下作用：①傳遞高介電常數到絕緣材料上；②添加劑遷移至空隙，增加空隙的表面電導率；③誘捕高能電子，這些電子能形成電荷并以熱的形式消耗能量。乙丙橡膠添加劑的選擇和材料混合的這一思路被電纜生産商所使用，該絕緣材料被稱作為乙丙橡膠混合膠。