Quá trình đồng trùng hợp ethylene, propylene và diolefin không liên hợp của cao su ethylene propylene diene (EPDM) làm vật liệu cách điện dây và cáp đã có hơn 60 năm lịch sử. EPDM và polyvinyl clorua (PVC) và polyetylen liên kết ngang (XLPE) và các vật liệu cách điện khác có cùng vị trí không thể thay thế, và ưu điểm độc đáo của nó là: tuổi thọ dài hơn, khả năng chống nước và oxy tốt hơn và ổn định nhiệt, phạm vi hoạt động rộng hơn nhiệt độ. Do ứng dụng EPDM trong lĩnh vực cách điện ngày càng rộng rãi nên yêu cầu về các chỉ số chính của EPDM cũng ngày càng khắt khe hơn, đặc biệt là trong một số ứng dụng cao cấp, việc kiểm soát các chỉ số chính của EPDM có yêu cầu nghiêm ngặt hơn, chỉ khi các chỉ số chính tương ứng nằm trong phạm vi hợp lý thì EPDM mới đáp ứng được yêu cầu xử lý, hiệu suất và sử dụng. Lấy EPDM làm ví dụ để sản xuất vật liệu cách điện dây và cáp trung thế, nếu độ bền kéo, độ giãn dài khi xé, độ bền đánh thủng, tổn thất điện môi, điện trở suất và các tính chất cơ và điện quan trọng khác của sản phẩm có thể đáp ứng yêu cầu thì hàm lượng ethylene EPDM nguyên liệu thô, độ nhớt mooney, hàm lượng diolefin và độ tinh khiết và các chỉ số quan trọng khác phải có giới hạn nghiêm ngặt. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống đánh thủng của cách điện dây và cáp EPDM. Ngoài hàm lượng ethylene, hàm lượng và độ tinh khiết diolefin nêu trên, hàm lượng gel trong EPDM cũng như việc điều chỉnh và tối ưu hóa công thức chế biến có tác động quan trọng đến khả năng chống phân hủy của sản phẩm. Chúng không chỉ là các yếu tố ảnh hưởng đơn lẻ và biệt lập mà còn phối hợp với nhau để có tác động toàn diện đến khả năng chống sự cố điện của sản phẩm. Trong bài báo này, một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống đánh thủng của EPDM được lựa chọn để nghiên cứu và phân tích một cách có hệ thống, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho việc tổng hợp các sản phẩm EPDM làm cách điện dây và cáp.
1 Ảnh hưởng của hàm lượng ENB đến cường độ đánh thủng
Hàm lượng ENB (phần khối lượng) <4,5% và khi hàm lượng ENB tăng lên thì độ bền phân hủy của sản phẩm giảm đi; Hàm lượng ENB (phần khối lượng) ≥4,5% và khi hàm lượng ENB (phần khối lượng) tăng lên thì độ bền phân hủy của sản phẩm cũng tăng lên.
2. Ảnh hưởng của độ tinh khiết cao su đến độ bền đứt
Khi EPDM được sử dụng để xử lý vật liệu cách điện, độ tinh khiết của vật liệu cần phải ở một mức độ nhất định. Độ tinh khiết của EPDM thường được biểu thị bằng hàm lượng tro, chủ yếu bao gồm các muối vô cơ chứa các ion kim loại (vanadi, nhôm, sắt, natri, v.v.) được đưa vào trong quá trình trùng hợp và xử lý sau, cũng như các tạp chất lạ. Sự có mặt của tro, tương đương với “khuyết tật” vật lý, dễ dàng trở thành bước đột phá trong sản phẩm cao su do điện giật. Khi hàm lượng tro trong EPDM tăng lên, hàm lượng ion kim loại trong mẫu cũng tăng lên và độ bền phân hủy của thành phẩm giảm đi. Tro (ion kim loại, tạp chất lạ) có ảnh hưởng nhất định đến hiệu suất đánh thủng điện của sản phẩm. Xem xét ảnh hưởng của các ion kim loại đến khả năng chống đánh thủng của sản phẩm, các ion kim loại trong mẫu thử sẽ tạo thành một trường cục bộ bên trong sản phẩm dưới tác dụng của điện trường bên ngoài, sẽ chồng lên từ trường bên ngoài để làm hỏng sản phẩm. Khi hàm lượng ion kim loại trong mẫu tăng lên, cường độ trường bên trong tăng dần và khả năng kết tụ cục bộ của các ion kim loại cũng tăng lên, dẫn đến cường độ trường cục bộ cao bất thường và tất cả các yếu tố này sẽ làm giảm khả năng chống đánh thủng của sản phẩm. Thứ hai, xem xét tác động của tạp chất lạ đến khả năng chống phân hủy của sản phẩm, sản phẩm cao su trong tạp chất lạ chủ yếu bao gồm cát và rỉ sét, v.v., thông thường, các tạp chất này và sản phẩm cao su có khả năng tương thích rất kém và sự hiện diện của chúng đối với sản phẩm cao su tương đương với một 'khuyết tật', phá hủy tính đồng nhất và tính toàn vẹn của sản phẩm cao su. Khi một điện trường cao áp bên ngoài tác dụng lên các sản phẩm cách điện EPDM có 'khuyết tật', sẽ tương đối dễ làm thủng các sản phẩm cách điện ở chỗ 'khuyết tật', do đó làm giảm khả năng chống sự cố điện của sản phẩm.
3. Ảnh hưởng của hàm lượng gel đến độ bền phân hủy
Gel là một cấu trúc đặc biệt của các 'hạt cao su' được hình thành trong quá trình trùng hợp EPDM. Do hình thái và cấu trúc đặc biệt nên khả năng tương tác của nó với chuỗi phân tử thông thường trong sản phẩm cao su tương đối yếu và sự tồn tại của nó cũng có thể được coi là 'tạp chất' còn sót lại trong sản phẩm cao su. '. Đối với các sản phẩm cách điện EPDM chất lượng cao, hàm lượng gel cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất đánh thủng điện của sản phẩm. Khi hàm lượng gel trong EPDM tăng lên, độ bền đánh thủng của thành phẩm giảm đi. Vì gel là cấu trúc lưới liên kết ngang nên hình thái của nó khác biệt đáng kể so với các chuỗi phân tử EPDM thông thường và do đó, nó kém tương thích với chuỗi phân tử EPDM hơn so với chuỗi phân tử EPDM thông thường và lực tương tác giữa bề mặt gel và chuỗi phân tử thông thường yếu hơn so với chuỗi phân tử EPDM thông thường. Lực tương tác giữa bề mặt gel và chuỗi phân tử thông thường yếu hơn so với chuỗi phân tử EPDM thông thường và bề mặt gel không nhất thiết phải được 'lấp đầy' bằng chuỗi phân tử EPDM.
Bề mặt của gel không nhất thiết phải được 'lấp đầy' chuỗi phân tử EPDM và có thể có một số 'khoảng trống'. Vì sự tồn tại của gel sẽ ảnh hưởng đến tính đồng nhất của sản phẩm nên sản phẩm được xử lý sẽ tạo thành một gradient trường xung quanh gel dưới tác dụng của điện trường cao áp bên ngoài. Sự khác biệt giữa hình thái và cấu trúc của gel với các chuỗi phân tử EPDM xung quanh càng lớn thì sự hình thành gradient trường càng lớn thì bề mặt gel có lực tương đối yếu hơn càng dễ bị phá vỡ và có thể có một 'khoảng trống' trong sản phẩm. Sự khác biệt giữa các chuỗi phân tử EPDM càng lớn thì gradient trường càng lớn, càng dễ phá hủy bề mặt gel, nơi lực tương đối yếu hơn và có thể có những 'khoảng trống', hình thành 'khuyết tật' trong sản phẩm, dẫn đến sự phân hủy sớm của mẫu và do đó làm giảm hiệu suất phân hủy của mẫu.
4. Ảnh hưởng của công thức chế biến đến cường độ phân hủy
Công thức gia công là mắt xích quan trọng trong quá trình xử lý sản phẩm EPDM thành sản phẩm cách điện, đồng thời cũng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất đánh thủng của sản phẩm cách điện. Việc điều chỉnh và tối ưu hóa công thức xử lý cơ bản và bổ sung các chất phụ gia cách điện có thể cải thiện đáng kể hiệu suất đánh thủng của các sản phẩm cách điện. Sau khi cùng một nguyên liệu thô EPDM được xử lý theo các công thức khác nhau, tính chất cơ học không thay đổi nhiều, loại sau chỉ cao hơn loại trước khoảng 5%, nhưng cường độ đánh thủng điện có sự thay đổi đáng kể, loại sau cao hơn khoảng 60% so với loại trước. Lý do chính để cải thiện các tính chất cơ và điện là do nhà sản xuất cáp hàng hải đã tối ưu hóa liều lượng diisopropyl benzen peroxide trong quá trình xử lý sản phẩm, để các liên kết đôi trong chuỗi bên của ENB được liên kết ngang hoàn toàn, và các liên kết đôi còn lại bị giảm đi, đồng thời thêm cao lanh và các chất phụ gia cách điện khác, làm tăng bề mặt và hoạt động hấp phụ, đồng thời có thể hấp phụ các ion dẫn điện còn lại trong sản phẩm. Hai điểm trên đủ để chứng minh tầm quan trọng của công thức xử lý nhằm nâng cao hiệu suất đánh thủng của sản phẩm cách điện EPDM.
5.Kết luận
(1) Liên kết đôi trong chuỗi bên của monome thứ ba (ENB) trong EPDM được liên kết chéo đầy đủ hơn.
(1) EPDM trong monome thứ ba (ENB) trong chuỗi bên của liên kết đôi, liên kết ngang càng đầy đủ, số lượng dư lượng càng thấp thì hiệu suất chống sự cố điện của các sản phẩm cách điện (dây và cáp) càng có lợi.
(2) Độ tinh khiết của nguyên liệu thô EPDM càng cao (hàm lượng tro càng thấp), khả năng chống sự cố điện của các sản phẩm cách điện (lớp cách điện dây và cáp) càng hữu ích.
(3) Hàm lượng gel của nguyên liệu thô EPDM càng thấp thì càng giúp cải thiện khả năng chống sự cố điện của các sản phẩm cách điện (dây và cáp).
(3) Hàm lượng gel của nguyên liệu thô EPDM càng thấp thì khả năng chống đánh thủng của các sản phẩm cách điện (cách điện dây và cáp) càng tốt.
(4) Việc điều chỉnh lượng EPDM trong công thức cơ bản của chất cách điện (cách điện dây và cáp) và bổ sung nó bằng các chất phụ gia cách điện có thể cải thiện đáng kể khả năng chống đánh thủng của chất cách điện (cách điện dây và cáp).
