Door de copolymerisatie van ethyleen, propyleen en niet-geconjugeerde diolefine heeft ethyleenpropyleendieenrubber (EPDM) als draad- en kabelisolatiemateriaal al meer dan 60 jaar geschiedenis. EPDM en polyvinylchloride (PVC) en vernet polyethyleen (XLPE) en andere isolatiematerialen hebben dezelfde onvervangbare positie en de unieke voordelen ervan zijn: langere levensduur, betere weerstand tegen water en zuurstof en thermische stabiliteit, een groter bereik aan bedrijfstemperaturen. Omdat de toepassing van EPDM op het gebied van elektrische isolatie steeds uitgebreider wordt, worden de eisen van EPDM-sleutelindicatoren ook steeds veeleisender. Vooral in sommige high-end toepassingen stelt de controle van sleutelindicatoren van EPDM strengere eisen, alleen wanneer de overeenkomstige sleutelindicatoren binnen een redelijk bereik liggen, zodat de EPDM aan de verwerking, prestaties en gebruik van de vereisten voldoet. Neem EPDM als voorbeeld voor de vervaardiging van middenspanningsdraad- en kabelisolatie. Als de treksterkte, rek bij scheuren, doorslagsterkte, diëlektrisch verlies, volumeweerstand en andere belangrijke mechanische en elektrische eigenschappen van het product aan de eisen kunnen voldoen, moeten het EPDM-ethyleengehalte van de grondstof, de mooney-viscositeit, het diolefinegehalte en de zuiverheid en andere belangrijke indicatoren strikte grenzen hebben. Er zijn veel factoren die de doorslagweerstand van EPDM-draad- en kabelisolatie beïnvloeden. Naast het bovengenoemde ethyleengehalte, diolefinegehalte en zuiverheid hebben het gelgehalte in EPDM, evenals de aanpassing en optimalisatie van de verwerkingsformule, een belangrijke impact op de doorslagweerstand van het product. Het zijn niet alleen afzonderlijke en geïsoleerde beïnvloedende factoren, maar ze werken ook samen om een alomvattend effect te hebben op de elektrische doorslagweerstand van de producten. In dit artikel worden enkele factoren die de doorslagweerstand van EPDM beïnvloeden geselecteerd voor systematisch onderzoek en analyse, om een belangrijke referentie te bieden voor de synthese van EPDM-producten voor draad- en kabelisolatie.
1 Effect van ENB-gehalte op de doorslagsterkte
ENB-gehalte (massafractie) <4,5%, en met de toename van het ENB-gehalte neemt de afbraaksterkte van het product af; ENB-gehalte (massafractie) ≥4,5%, en met de toename van het ENB-gehalte (massafractie) neemt de afbraaksterkte van het product toe.
2. Invloed van de rubberzuiverheid op de doorslagsterkte
Wanneer EPDM wordt toegepast bij de verwerking van elektrische isolatiematerialen, is tot op zekere hoogte de zuiverheid van het materiaal vereist. De zuiverheid van EPDM wordt gewoonlijk uitgedrukt in termen van het asgehalte, dat voornamelijk bestaat uit anorganische zouten die metaalionen bevatten (vanadium, aluminium, ijzer, natrium, enz.) die tijdens de polymerisatie en nabewerking worden geïntroduceerd, evenals uit vreemde onzuiverheden. De aanwezigheid van as, gelijk aan een fysiek 'defect', kan door een elektrische schok gemakkelijk een doorbraak in de rubberproducten veroorzaken. Naarmate het asgehalte in EPDM toeneemt, neemt ook het gehalte aan metaalionen in het monster toe en neemt de afbraaksterkte van het eindproduct af. As (metaalionen, vreemde onzuiverheden) heeft een zekere invloed op de elektrische storingsprestaties van het product. Gezien het effect van metaalionen op de doorslagweerstand van het product, zullen de metaalionen in het testmonster onder invloed van het externe elektrische veld een gelokaliseerd veld in het product vormen, dat over het externe veld heen wordt gelegd om het product te beschadigen. Naarmate het gehalte aan metaalionen in het monster toeneemt, neemt de interne veldsterkte geleidelijk toe, en neemt ook de mogelijkheid van gelokaliseerde aggregatie van metaalionen toe, wat resulteert in abnormaal hoge lokale veldsterkten, en al deze factoren zullen de doorslagweerstand van het product verminderen. Ten tweede, overweeg de impact van buitenlandse onzuiverheden op de afbraakweerstand van producten. Rubberproducten in de buitenlandse onzuiverheden omvatten voornamelijk zand en roest, enz. Meestal zijn deze onzuiverheden en rubberproducten zeer slecht compatibel, en hun aanwezigheid voor de rubberproducten is gelijk aan een 'defect', waardoor de uniformiteit en integriteit van rubberproducten wordt vernietigd. Wanneer een extern elektrisch hoogspanningsveld inwerkt op elektrische EPDM-isolatieproducten met 'defecten', zal het relatief eenvoudig zijn om de elektrische isolatieproducten bij de 'defecten' te doorbreken, waardoor de weerstand van het product tegen elektrische doorslag wordt verminderd.
3. Invloed van het gelgehalte op de afbraaksterkte
Gel is een speciale structuur van 'rubberdeeltjes' die gevormd worden tijdens de polymerisatie van EPDM. Vanwege de speciale morfologie en structuur is de interactie met de normale moleculaire keten in het rubberproduct relatief zwak, en het bestaan ervan kan ook worden beschouwd als een 'onzuiverheid' die in het rubberproduct achterblijft. Bij elektrische EPDM-isolatieproducten van hoge kwaliteit kan het gelgehalte ook een impact hebben op de elektrische doorslagprestaties van het product. Naarmate het gelgehalte in EPDM toeneemt, neemt de doorbraaksterkte van het eindproduct af. Omdat de gel een verknoopte mesh-structuur is, verschilt de morfologie ervan aanzienlijk van die van normale EPDM-molecuulketens, en daarom is deze minder compatibel met EPDM-molecuulketens dan normale EPDM-molecuulketens, en is de interactie tussen het geloppervlak en normale moleculaire ketens zwakker dan die tussen normale EPDM-molecuulketens. De interactiekracht tussen het geloppervlak en de normale moleculaire ketens is zwakker dan die tussen de normale EPDM-moleculaire ketens, en het geloppervlak is niet noodzakelijkerwijs 'gevuld' met moleculaire EPDM-ketens.
Het oppervlak van de gel is niet noodzakelijkerwijs 'gevuld' met moleculaire EPDM-ketens, en er kunnen enkele 'gaten' zijn. Omdat de aanwezigheid van de gel de homogeniteit van het product zal beïnvloeden, zal het verwerkte product onder invloed van het externe elektrische hoogspanningsveld een veldgradiënt rond de gel vormen. Hoe groter het verschil tussen de morfologie en structuur van de gel en de omringende EPDM-molecuulketens, hoe groter de vorming van de veldgradiënt, hoe gemakkelijker het is om het oppervlak van de gel, dat een zwakkere relatieve kracht heeft, te breken en er kan een 'gat' in het product ontstaan. Hoe groter het verschil tussen de moleculaire EPDM-ketens, hoe groter de veldgradiënt, hoe waarschijnlijker het is dat het geloppervlak wordt vernietigd waar de relatieve kracht zwakker is en er 'gaten' kunnen zijn, waardoor 'defecten' in het product ontstaan, wat leidt tot de vroege afbraak van het monster en dus de afbraakprestaties van het monster verminderen.
4. Invloed van de verwerkingsformule op de doorslagsterkte
De verwerkingsformule is een belangrijke schakel bij de verwerking van EPDM-producten tot elektrische isolatieproducten, maar ook een van de belangrijkste factoren die de afbraakprestaties van elektrische isolatieproducten beïnvloeden. Aanpassing en optimalisatie van de basisverwerkingsformule en de toevoeging van elektrisch isolerende additieven kunnen de afbraakprestaties van elektrische isolatieproducten aanzienlijk verbeteren. Nadat dezelfde EPDM-grondstof volgens verschillende formules is verwerkt, veranderen de mechanische eigenschappen niet veel, en de laatste is slechts ongeveer 5% hoger dan de eerste, maar de elektrische doorslagsterkte heeft een aanzienlijke verandering en de laatste is ongeveer 60% hoger dan de eerste. De belangrijkste reden voor de verbetering van de mechanische en elektrische eigenschappen is dat de fabrikant van maritieme kabels de dosering van diisopropylbenzeenperoxide tijdens de verwerking van de producten heeft geoptimaliseerd, zodat de dubbele bindingen in de zijketen van ENB volledig zijn verknoopt en de resterende dubbele bindingen zijn verminderd, en kaolien en andere elektrisch isolerende additieven zijn toegevoegd, die het adsorberende oppervlak en de activiteit vergroten en de geleidende ionen die in de producten achterblijven kunnen adsorberen. De bovenstaande twee punten zijn voldoende om het belang te bewijzen van de verwerkingsformule om de elektrische doorslagprestaties van EPDM elektrische isolatieproducten te verbeteren.
5. Conclusie
(1) De dubbele binding in de zijketen van het derde monomeer (ENB) in EPDM is voldoende verknoopt.
(1) EPDM in het derde monomeer (ENB) in de zijketen van de dubbele binding, hoe vollediger verknoopt, hoe lager het aantal residuen, hoe bevorderlijker voor elektrische isolatieproducten (draad- en kabelisolatie) elektrische doorslagweerstand.
(2) Hoe hoger de zuiverheid van de EPDM-grondstof (hoe lager het asgehalte), des te nuttiger voor de verbetering van de elektrische doorslagweerstand van elektrische isolatieproducten (draad- en kabelisolatielaag).
(3) Hoe lager het gelgehalte van de EPDM-grondstof, hoe meer het helpt om de elektrische doorslagweerstand van de elektrische isolatieproducten (draad- en kabelisolatie) te verbeteren.
(3) Hoe lager het gelgehalte van de EPDM-grondstof, hoe beter de doorslagweerstand van elektrische isolatieproducten (draad- en kabelisolatie).
(4) Het aanpassen van de hoeveelheid EPDM in de basisformulering van elektrische isolatoren (draad- en kabelisolatie) en het aanvullen ervan met elektrische isolatieadditieven kan de doorslagweerstand van elektrische isolatoren (draad- en kabelisolatie) aanzienlijk verbeteren.
