WCA September 2017

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 )

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（ MV ）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 21 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 28 天）条件 下的性能出具一份全面的研究报告。 1 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 ) [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 PP 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 21 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（ ε r ）和体积电阻率。此外，还将化合物在 90°C 的水中浸泡最多 28 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。

❍ ❍ 图 1 : 含铅（橙色）和无铅（白色）的中压绝缘，从粒料到电缆

2 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 3 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 1 。 显然，中压 TPV79 A 和 B 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 PP 由自由基 [3] 引发 β 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 10 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( PP )制 备 MV TP79 化合物，比例如表 1 。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 2 [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 PP 相的 β 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 8 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 1 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 2 所示，所有化合物都表现出相似的力学性能，即拉伸强 度（ TS ）、断裂伸长率（ EB ）和 200% 伸长率的 TS 。 PP 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， PP 的结晶度导致硬度（ HS ）

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Wire & Cable ASIA – September/October 2017