Az etilén-propilén-dién gumi (EPDM) etilén, propilén és nem konjugált diolefin kopolimerizálása huzal- és kábelszigetelő anyagként több mint 60 éves múltra tekint vissza. Az EPDM és a polivinil-klorid (PVC) és a térhálós polietilén (XLPE) és más szigetelőanyagok ugyanolyan pótolhatatlan pozícióban vannak, és egyedülálló előnyei: hosszabb élettartam, jobb víz- és oxigénállóság, valamint hőstabilitás, szélesebb üzemi hőmérséklet-tartomány. Mivel az EPDM alkalmazása a villamos szigetelés területén egyre kiterjedtebb, az EPDM kulcsindikátorok követelményei is egyre szigorúbbak, különösen egyes high-end alkalmazásokban, az EPDM kulcsmutatóinak szabályozása szigorúbb követelményeket támaszt, csak akkor, ha a megfelelő kulcsmutatók ésszerű tartományban vannak, hogy az EPDM megfeleljen a követelmények feldolgozásának, teljesítményének és felhasználásának. Vegyük például az EPDM-et középfeszültségű huzal- és kábelszigetelés gyártására, ha a termék szakítószilárdsága, szakítószilárdsága, törési szilárdsága, dielektromos vesztesége, térfogat-ellenállása és egyéb fontos mechanikai és elektromos tulajdonságai megfelelnek a követelményeknek, akkor a nyersanyag EPDM etiléntartalma, mooney-viszkozitása, diolefintartalma és tisztasága, valamint egyéb kulcsmutatóknak szigorú határértékekkel kell rendelkezniük. Az EPDM huzal és kábelszigetelés áttörési ellenállását számos tényező befolyásolja. A fent említett etiléntartalom, diolefin tartalom és tisztaság mellett az EPDM-ben lévő géltartalom, valamint a feldolgozási képlet beállítása és optimalizálása is fontos hatással van a termék törésállóságára. Ezek nemcsak egyedi és elszigetelt befolyásoló tényezők, hanem együttesen is átfogó hatást fejtenek ki a termékek elektromos áttörési ellenállására. Ebben a cikkben az EPDM áttörési ellenállását befolyásoló tényezők közül néhányat szisztematikus kutatás és elemzés céljából kiválasztottunk, hogy fontos referenciaként szolgáljanak a huzal- és kábelszigeteléshez használt EPDM termékek szintéziséhez.
1 Az ENB-tartalom hatása a törési szilárdságra
ENB-tartalom (tömeghányad) <4,5%, és az ENB-tartalom növekedésével a termék áttörési szilárdsága csökken; ENB-tartalom (tömeghányad) ≥4,5%, az ENB-tartalom (tömeghányad) növekedésével pedig a termék lebontási szilárdsága nő.
2. A gumi tisztaságának hatása az áttörési szilárdságra
Amikor az EPDM-et elektromos szigetelőanyagok feldolgozása során használják, bizonyos mértékig megkövetelik az anyag tisztaságát. Az EPDM tisztaságát általában hamutartalomban fejezik ki, amely elsősorban a polimerizáció és az utófeldolgozás során bevitt fémionokat (vanádium, alumínium, vas, nátrium stb.) tartalmazó szervetlen sókból, valamint idegen szennyeződésekből áll. A fizikai 'hibának' megfelelő hamu jelenléte áramütés hatására könnyen áttörést jelent a gumitermékekben. Az EPDM-ben lévő hamutartalom növekedésével a mintában a fémion-tartalom is növekszik, és a késztermék lebontási szilárdsága csökken. A hamu (fémionok, idegen szennyeződések) bizonyos mértékben befolyásolja a termék elektromos lebontási teljesítményét. Figyelembe véve a fémionoknak a termék letörési ellenállására gyakorolt hatását, a vizsgált mintában lévő fémionok a termék belsejében a külső elektromos tér hatására lokalizált mezőt képeznek, amely a külső térrel egymásra épülve károsítja a terméket. A minta fémion-tartalmának növekedésével a belső térerősség fokozatosan növekszik, és a fémionok lokális aggregációjának lehetősége is nő, ami abnormálisan magas helyi térerősséget eredményez, és mindezek a tényezők csökkentik a termék letörési ellenállását. Másodszor, vegyük figyelembe az idegen szennyeződések hatását a termékek lebomlási ellenállására, a gumitermékek az idegen szennyeződésekben főleg homokot és rozsdát stb. tartalmaznak, ezek a szennyeződések és gumitermékek általában nagyon rossz kompatibilitásúak, és jelenlétük a gumitermékeknél 'hibának' felel meg, ami tönkreteszi a gumitermékek egységességét és integritását. Ha külső nagyfeszültségű elektromos tér hat a 'hibás' EPDM elektromos szigetelő termékekre, viszonylag könnyű áttörni az elektromos szigetelő termékeket a 'hibákon', így csökken a termék elektromos meghibásodással szembeni ellenállása.
3. A géltartalom hatása a lebontási szilárdságra
A gél az EPDM polimerizációja során keletkező 'gumirészecskék' speciális szerkezete. Speciális morfológiája és szerkezete miatt kölcsönhatása a gumitermékben a normál molekulalánccal viszonylag gyenge, megléte a gumitermékben visszamaradt 'szennyeződésnek' is tekinthető. '. Kiváló minőségű EPDM elektromos szigetelő termékeknél a géltartalom is hatással lehet a termék elektromos lebontási teljesítményére. Az EPDM-ben lévő géltartalom növekedésével a késztermék letörési szilárdsága csökken. Mivel a gél térhálós hálószerkezet, morfológiája jelentősen eltér a normál EPDM molekulaláncokétól, ezért kevésbé kompatibilis a normál molekuláris lánc EPDM-mel, az EPDM és a molekuláris lánc között. A gél felülete és a normál molekulaláncok gyengébbek, mint a normál EPDM molekulaláncok A gél felülete és a normál molekulaláncok közötti kölcsönhatás gyengébb, mint a normál EPDM molekulaláncok között, és a gél felülete nem feltétlenül 'tele van' EPDM molekulaláncokkal.
A gél felülete nem feltétlenül 'tele van' EPDM molekulaláncokkal, és előfordulhatnak 'rések'. Mivel a gél jelenléte befolyásolja a termék homogenitását, a feldolgozott termék a külső nagyfeszültségű elektromos tér hatására mezőgradienst képez a gél körül. Minél nagyobb a különbség a gél és a környező EPDM molekulaláncok morfológiája és szerkezete között, annál nagyobb a térgradiens kialakulása, annál könnyebben megtörik a gél felülete, amely gyengébb relatív erővel bír, és 'rés' keletkezhet a termékben. Minél nagyobb a különbség az EPDM molekuláris láncok között, annál nagyobb a térgradiens, annál valószínűbb, hogy tönkreteszi a gél felületét, ahol a relatív erő gyengébb és 'rések' keletkezhetnek, 'hibákat' képezve a termékben, ami a minta korai lebomlásához vezet, és ezáltal csökkenti a minta bontási teljesítményét.
4. A feldolgozási képlet hatása az áttörési szilárdságra
A feldolgozási képlet kulcsfontosságú láncszem az EPDM termékek elektromos szigetelő termékekké történő feldolgozásában, de egyben az egyik kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja az elektromos szigetelő termékek leállási teljesítményét. Az alapvető feldolgozási képlet beállítása és optimalizálása, valamint az elektromos szigetelő adalékok hozzáadása jelentősen javíthatja az elektromos szigetelő termékek lebontási teljesítményét. Ugyanazon EPDM-alapanyag különböző képletek szerinti feldolgozása után a mechanikai tulajdonságok nem sokat változnak, az utóbbi pedig csak mintegy 5%-kal haladja meg az előbbit, viszont az elektromos áttörési szilárdság jelentősen megváltozik, az utóbbi pedig mintegy 60%-kal magasabb az előbbinél. A mechanikai és elektromos tulajdonságok javulásának fő oka, hogy a tengeri kábelgyártó optimalizálta a diizopropil-benzol-peroxid adagolását a termékek feldolgozása során, így az ENB oldalláncában a kettős kötések teljesen térhálósodnak, és a maradék kettős kötések csökkennek, valamint kaolin és egyéb elektromos szigetelő adalékok kerülnek hozzáadásra, amelyek növelik a felületi adalékokat, vezetőképességet és benzolt a termékekben. A fenti két pont elegendő a feldolgozási képlet fontosságának bizonyítására az EPDM elektromos szigetelő termékek elektromos áttörési teljesítményének javításában.
5. Következtetés
(1) Az EPDM-ben a harmadik monomer (ENB) oldalláncában lévő kettős kötés kellően térhálósodik.
(1) EPDM a harmadik monomerben (ENB) a kettős kötés oldalláncában, minél teljesebben térhálósodik, minél kisebb a maradékok száma, annál kedvezőbb az elektromos szigetelő termékek (huzal- és kábelszigetelés) elektromos áttörési ellenállása.
(2) Minél nagyobb az EPDM nyersanyag tisztasága (minél kisebb a hamutartalom), annál hasznosabb az elektromos szigetelő termékek (huzal- és kábelszigetelő réteg) elektromos áttörési ellenállásának javítása.
(3) Minél alacsonyabb az EPDM nyersanyag géltartalma, annál jobban segíti az elektromos szigetelő termékek (huzal- és kábelszigetelés) elektromos áttörési ellenállásának javítását.
(3) Minél alacsonyabb az EPDM alapanyag géltartalma, annál jobb az elektromos szigetelő termékek (huzal- és kábelszigetelés) letörési ellenállása.
(4) Az elektromos szigetelők alapösszetételében (huzal- és kábelszigetelés) az EPDM mennyiségének beállításával és elektromos szigetelő adalékanyagokkal történő kiegészítésével jelentősen javítható az elektromos szigetelők (huzal- és kábelszigetelés) áttörési ellenállása.
