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| EPDM在线缆中的应用 |
| Lion Copolymer公司 Russ Vogelsong, Bob Ohm |
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电缆的任务是将电流从电源输送到其目的地，不发生任何漏电、故障或中断。采用介电材料涂布金属导体和整个非导体，可以完成这一任务。这些涂层的分类是绝缘体。化合绝缘体的主要聚焦点是其机械特性，例如拉伸强度、延伸率和硬度，其次是与成品电气完整性相关的特性以及将电缆暴露于水、油、火焰、臭氧或紫外线等环境的耐受性。住宅电缆是中压应用的一种示例，要求优化各种条件的使用寿命，同时维持最高水准的电气性能。为了满足这些使用寿命要求，选择的聚合物必须十分清洁且没有聚合工艺期间使用的催化剂的残留物。
三元乙丙橡胶（EPDM）被广泛选择于中压电绝缘应用，因为它适用于高温和低温特性范围、耐臭氧以及具有卓越的潮湿或干燥电气特性。这些应用要求采用乙烯含量高的聚合物，以形成高拉伸强度、低Mooney粘度和分支结构，从而提供合适的剪切变稀特征方便加工。RoyalEdge 4191P-1（称为聚合物A）已经成功应用于中压电气绝缘体几年。进一步评估聚合方法之后，开发了甚至更清洁和更容易加工的聚合物RoyalEdge 5041（称为聚合物B）。我们开发的清洁催化剂技术，能够满足市场上对导线和电缆产品不断变化的动力需求，推动用于制造的更多化学组分的系列性能和需求。
聚合物成份
本研究中使用的聚合物分子量分布（mwd）极宽，特别适合于在没有塑化剂时在较低填料负载加工。聚合物A（1.5% DCPD）的非饱和度低，耐热特性卓越，可以与典型的EP共聚物相比。聚合物的基本成分参见表1的比较。两种聚合物的Mooney粘度低，在微量填充中压绝缘体配方中的化合物粘度低。两种聚合物也含有较高比例的乙烯基单元，挤出特别顺畅平滑，能够最优连续接触导体屏蔽和绝缘体屏蔽，以避免出现导致电缆提前失效的电气“热点”。 （图片） 聚合物B中存在额外的二烯，能够提供进一步分支，在更高剪切速率转换为更低粘度，因此，暗示着挤压速率可以更快。采用正切e（tan e）或者损失模数除以弹性模数的比率测量聚合物中存在的长链分支含量。在150℃试验ARES G2 DMTA得出图表（图1），以在频率增加时更佳捕获聚合物A和聚合物B的d差异的分辨率。（图片） 图2中剪切速率与粘度的对数图进一步说明了由于上面声称和所述的较低tan e而对聚合物B的剪切变稀特性的支持。聚合物原材料的粘度在最低记录剪切速率大约相同，但是，当剪切力增加时，聚合物B的粘度点快速下降到原始聚合物A的下面。（图片） 除了聚合物B的加工优势以外，使用清洁的催化剂技术已经大幅降低了聚合物原材料中采用齐格勒-纳塔（Ziegler-Natta）聚合工艺存在的离子杂质的数量。表2说明了聚合物A和B之间残留氯和金属含量的最明显变化。通过ICP离子色谱得出用于量化残留物减少数量的数值。（图片） 实验
◆ 配方和聚合物
我们开展实验室研究的目的是在一系列与导线和电缆应用相关的实验中验证聚合物A与聚合物B的性能。研究中使用了标准中压绝缘电缆化合物的框架，参见表3。（图片） ◆ 样品制备和试验
调查中使用二次混炼程序，以确保首次混炼时正确混合填料，同时防止化合物焦化。过氧化物硫化剂在二次混炼时加入。在转子速度为70转/分时，在B型密炼机中混合每一批次。
二次混炼程序：
时间0:00 - 添加粘土和聚合物
时间0:30 - 添加其余成份
时间3:00 - 100℃清扫
时间4:00 - 125℃倾倒母料
允许母料冷却6小时，此时将其与过氧化物一起放回混炼机并混合，直至在100℃倾倒最后通过的制品。混合之后，通过一台双辊磨床加工批次制品，以确保混合组分混合优良。使用最终化合物进行一系列物理和流变试验，包括拉伸强度和延伸率试验、硬度试验、Mooney粘度试验、Mooney焦化试验以及移动模具流变仪（MDR）试验。另外还挤出样品以在外部实验室进行电气试验。从这一系列试验得到的结果参见表4。（图片） 在温度和湿度受控条件下的A2LA认证实验室开展化合物的电气试验，以确保达到最佳结果。在Corning 550有机硅油中开展介电强度/耐电压试验，但是在空气中评估其余试验。结果参见表5。（图片） 从电气特性方面来看，观察到采用更清洁聚合物混合的化合物改进。两种聚合物展现出具有较高的介电强度和较低的介电常数。体积和表面电阻测量数值结果优良，因为耗散因素极低。
◆ 挤出研究
通过小型实验室挤出机加工试验化合物，以评估各种速度挤出物质的质量，量化产出量以及确定挤出机在这些速率的电气负载。图3进一步说明了聚合物B的剪切变稀特性。聚合物A和B之间的挤出机负载下降大约为25%，在挤出机速率增加时，差异微微增加。（图片） 作为研究的一部分，标准化了两种化合物的产出量水平，并在这些速率测量了挤出机负载。图4进一步说明了聚合物B中存在的额外长支链产生的预期剪切变薄特性。（图片） 组合本研究期间生成的所有数据之后，可以确定能够在相同挤出机速率达到更高的产出量，同时消耗更低能源，参见图5。（图片） 研究中的最终比较是评估在最高产出量速率时挤出物质的表面质量。图6中的图像说明，在该速率加工时，与聚合物A相比，聚合物B展示出表面质量提高。（图片） 结论
本文中提供的数据，为聚合物B作为中压电缆应用中使用的优质聚合物的商用替代品的适合性提供了强有力的证据。通过流变和物理试验，两种聚合物都展示出相似的特性；但是，由于聚合物更清洁的原因，聚合物B展示出在干燥电气特性方面性能提高。除了挤出研究以外，采用动态试验设备产生的数据明确表明了聚合物B中额外长支链带来的优势。目前正在开展关于商用电缆产品的长期试验，已经确认结果积极。从挤出研究中得出但本文中未提到的一些结果，提出了应开展的进一步工作的见解，应开展这些工作，以在提供产品中混合上述等级产品和其它等级产品。这一方面的研究会导致在中压化合物中添加更多数量的填料，同时维持优质的表面和电气完整性。
1/14/2013
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