輻照加工對(duì)陶瓷化硅橡膠電纜機(jī)械性能的影響

陳文博， 管新元， 曹西偉， 于　陽(yáng)， 楊宏旭， 鄔振林

（江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇蘇州215234）

輻照加工對(duì)陶瓷化硅橡膠電纜機(jī)械性能的影響

陳文博， 管新元， 曹西偉， 于陽(yáng)， 楊宏旭， 鄔振林

（江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇蘇州215234）

介紹了陶瓷化硅橡膠的特點(diǎn)及交聯(lián)機(jī)理，分析了輻照加工對(duì)陶瓷化硅橡膠電纜機(jī)械性能的影響。

陶瓷化硅橡膠；輻照加工；交聯(lián)機(jī)理；耐火絕緣體；性能影響

0 引 言

陶瓷化硅橡膠具有優(yōu)良的耐熱性能，在高溫下可以迅速結(jié)殼，從而阻止火焰進(jìn)一步蔓延。陶瓷化硅橡膠電纜在樓宇、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)合得到較廣泛的應(yīng)用，一旦失火，可以為搶救人員及財(cái)產(chǎn)贏得更多的時(shí)間。

陶瓷化硅橡膠的最大特征是其在高溫的情況下，能夠迅速燒結(jié)成堅(jiān)硬的陶瓷外殼。這是陶瓷化硅橡膠區(qū)別于其他高分子材料的“革命性”特點(diǎn)［1］。

陶瓷化耐火硅橡膠的主體材料是高溫硅橡膠（HTV），在常溫下它具備了硅橡膠的基本特性，無(wú)毒、無(wú)味、耐高低溫、耐臭氧老化、耐候老化和優(yōu)良的電絕緣性能，也具備了普通高溫硅橡膠良好的加工性能。陶瓷化硅橡膠，是在普通硅橡膠中加入白炭黑、硅油、結(jié)構(gòu)控制劑，以及其它助劑，經(jīng)過(guò)真空捏合機(jī)捏合、混煉制得，它的分子主鏈由硅原子和氧原子交替組成（—Si—O—Si—），硅氧鍵的鍵能達(dá)370 kJ/mol，比一般橡膠的碳-碳結(jié)合鍵能（240 kJ/mol）要大得多，這是陶瓷化硅橡膠具有很高熱穩(wěn)定性的主要原因之一。另外，更為主要的是由于陶瓷化硅橡膠在其配方組分中添加了瓷化粉和結(jié)構(gòu)控制劑，使得陶瓷化耐火硅橡膠在火焰的燒蝕下，燃燒1～2 min后即開(kāi)始燒結(jié)成堅(jiān)硬的陶瓷狀殼體，這種殼體可以非常有效地阻擋火焰的進(jìn)一步燃燒［2］。

陶瓷化硅橡膠絕緣雖具有出眾的耐火性能，但當(dāng)電纜外護(hù)套需輻照交聯(lián)時(shí)，會(huì)使陶瓷化硅橡膠機(jī)械性能嚴(yán)重下降。

本文將對(duì)陶瓷化硅橡膠絕緣電纜外護(hù)套輻照加工對(duì)陶瓷化硅橡膠機(jī)械性能的影響進(jìn)行分析。

1 電纜結(jié)構(gòu)

圖1是型號(hào)為JNGS5/NSC 5×1的艦船用耐火電纜結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是型號(hào)為JNGS5/NSC 10×1的艦船用耐火電纜結(jié)構(gòu)示意圖。導(dǎo)體由7根鍍錫圓銅線組成，絕緣材料為陶瓷化硅橡膠，填充及包帶均為低煙無(wú)鹵型材料，編織為鍍錫銅絲，外護(hù)套為輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵型護(hù)套。

圖1　JNGS5/NSC 5×1結(jié)構(gòu)示意圖1—導(dǎo)體 2—硅橡膠絕緣 3—填充 4—包帶5—編織 6—輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵護(hù)套

圖2　JNGS5/NSC 10×1結(jié)構(gòu)示意圖1—導(dǎo)體 2—硅橡膠絕緣 3—填充 4—包帶5—編織 6—輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵護(hù)套

2 加工工藝

陶瓷化硅橡膠絕緣擠出采用東莞精鐵機(jī)械有限公司生產(chǎn)的φ65硅橡膠擠出機(jī)組，螺桿長(zhǎng)徑比14∶1，壓縮比1.7，采用U形加熱方式。

絕緣材料采用深圳市沃爾核材股份有限公司生產(chǎn)的牌號(hào)為WR-TC9710-A陶瓷化硅橡膠。加工溫度為一段290℃，二段290℃，三段220℃，四段200℃，線速度為25 m/min。

3 護(hù)套輻照對(duì)絕緣性能的影響

陶瓷化硅橡膠輻照前絕緣性能滿足GJB 1916—1994的要求，輻照后機(jī)械性能大幅下降，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　陶瓷化硅橡膠輻照前后絕緣性能對(duì)比表

從表1中可以看出，絕緣的伸長(zhǎng)率在輻照后均有下降，而且下降幅度較大，僅有輻照前的50％左右。從陶瓷化硅橡膠的交聯(lián)機(jī)理結(jié)合輻照的原理不難分析，陶瓷化硅橡膠在輻照時(shí)的溫升及高能電子束撞擊表面的雙重作用下，導(dǎo)致過(guò)硫和已形成的交聯(lián)鍵被電子束打斷，最終導(dǎo)致陶瓷化硅橡膠機(jī)械性能的大幅下降，以下從兩方面進(jìn)行分析。

3.1輻照溫升的影響

電纜在輻照加工時(shí)所吸收的輻射能，僅僅一小部分用于化學(xué)和結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變上，而大部分輻射能量轉(zhuǎn)化為分子的激發(fā)熱能。由于聚合物對(duì)熱量傳遞是低效的，以致所吸收的能量可導(dǎo)致相當(dāng)高的溫升。熱效應(yīng)隨材料厚度增加變得更為嚴(yán)重。如果在很短的時(shí)間里吸收全部所需的輻射劑量，在材料中產(chǎn)生的熱量與環(huán)境無(wú)充分的交換，就處于絕熱狀態(tài)。而用高能電子加速器進(jìn)行聚合物輻射照工，就是一個(gè)典型的絕熱體系，這就造成電纜內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱量，使得陶瓷化硅橡膠進(jìn)一步交聯(lián)，形成過(guò)硫狀態(tài)，這是導(dǎo)致伸長(zhǎng)率下降的主要原因。

3.2輻照導(dǎo)致的氧化裂解

氧的存在會(huì)導(dǎo)致聚合物氧化裂解。聚合物的輻射氧化，主要來(lái)自于聚合物中溶解氧，溶解氧會(huì)與輻照產(chǎn)生的大分子自由基反應(yīng)，生成過(guò)氧化羥基自由基（HO2·）、過(guò)氧化氫（H2O2）和過(guò)氧化物（—O—O—）。

輻射氧化不僅導(dǎo)致大分子裂解，致使絕緣材料機(jī)械性能變壞，而且導(dǎo)致其電學(xué)性能，特別是介電損耗角正切增大，這是輻射加工產(chǎn)品所不希望的。為了解決這一問(wèn)題，材料廠家會(huì)在絕緣料或護(hù)套料內(nèi)添加抗氧劑以減少輻照時(shí)發(fā)生的氧化反應(yīng)。

4 結(jié) 論

（1）陶瓷化硅橡膠絕緣電纜，若護(hù)套層需要輻照時(shí)，高能電子束會(huì)對(duì)內(nèi)部陶瓷化硅橡膠絕緣的機(jī)械性能產(chǎn)生較大的影響，會(huì)使其伸長(zhǎng)率嚴(yán)重下降，這主要是由輻照溫升引起的。

（2）輻照時(shí)產(chǎn)生的氧化裂解是導(dǎo)致陶瓷化硅橡膠機(jī)械性能下降的另一原因，可在絕緣上繞包銅塑復(fù)合帶以屏蔽電子輻射能。

（3）在可能的情況下，設(shè)計(jì)電纜時(shí)盡量避免此種結(jié)構(gòu)。

Effect on Physical Requirements of Ceramic Polymer Composite Silicone Rubber Cable by the Radiation Machining

CHEN Wen-bo，GUAN Xin-yuan，CAO Xi-wei，YU Yang，YANG Hong-xu，WU Zhen-lin
（Jiangsu Hengtong Power Cable Co.，Ltd.，Suzhou 215234，China）

This Paper introduce the characterisitics and crosslinking mechanism of ceramic polymer composite silicone rubber and analyzes the effect factors of Physical requirements of ceramic Polymer composite during the irradiation Process.

ceramic Polymer composite silicone ruber；irradiation Process；crosslinking mechanism；refractory thermal insulator；Performance impact

TM246.9

A

1672-6901（2015）02-0010-03

2014-0S-25

陳文博（19S6-），男，工程師.

作者地址：江蘇蘇州市吳江區(qū)七都工業(yè)區(qū)［215234］.

［1］ 梁 喆，趙 源，彭小弟.新型陶瓷化耐火硅橡膠的探索研究［J］.世界橡膠工業(yè)，200S，35（1）：35-37.

［2］ 陳文博.新型耐火絕緣體——陶瓷化硅橡膠的擠出加工工藝［C］//中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電線電纜專業(yè)委員會(huì)2012學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.