辐照加工对陶瓷化硅橡胶电缆机械性能的影响

陈文博， 管新元， 曹西伟， 于　阳， 杨宏旭， 邬振林

（江苏亨通电力电缆有限公司，江苏苏州215234）

辐照加工对陶瓷化硅橡胶电缆机械性能的影响

陈文博， 管新元， 曹西伟， 于阳， 杨宏旭， 邬振林

（江苏亨通电力电缆有限公司，江苏苏州215234）

介绍了陶瓷化硅橡胶的特点及交联机理，分析了辐照加工对陶瓷化硅橡胶电缆机械性能的影响。

陶瓷化硅橡胶；辐照加工；交联机理；耐火绝缘体；性能影响

0 引 言

陶瓷化硅橡胶具有优良的耐热性能，在高温下可以迅速结壳，从而阻止火焰进一步蔓延。陶瓷化硅橡胶电缆在楼宇、学校、机场等公共场合得到较广泛的应用，一旦失火，可以为抢救人员及财产赢得更多的时间。

陶瓷化硅橡胶的最大特征是其在高温的情况下，能够迅速烧结成坚硬的陶瓷外壳。这是陶瓷化硅橡胶区别于其他高分子材料的“革命性”特点［1］。

陶瓷化耐火硅橡胶的主体材料是高温硅橡胶（HTV），在常温下它具备了硅橡胶的基本特性，无毒、无味、耐高低温、耐臭氧老化、耐候老化和优良的电绝缘性能，也具备了普通高温硅橡胶良好的加工性能。陶瓷化硅橡胶，是在普通硅橡胶中加入白炭黑、硅油、结构控制剂，以及其它助剂，经过真空捏合机捏合、混炼制得，它的分子主链由硅原子和氧原子交替组成（—Si—O—Si—），硅氧键的键能达370 kJ/mol，比一般橡胶的碳-碳结合键能（240 kJ/mol）要大得多，这是陶瓷化硅橡胶具有很高热稳定性的主要原因之一。另外，更为主要的是由于陶瓷化硅橡胶在其配方组分中添加了瓷化粉和结构控制剂，使得陶瓷化耐火硅橡胶在火焰的烧蚀下，燃烧1～2 min后即开始烧结成坚硬的陶瓷状壳体，这种壳体可以非常有效地阻挡火焰的进一步燃烧［2］。

陶瓷化硅橡胶绝缘虽具有出众的耐火性能，但当电缆外护套需辐照交联时，会使陶瓷化硅橡胶机械性能严重下降。

本文将对陶瓷化硅橡胶绝缘电缆外护套辐照加工对陶瓷化硅橡胶机械性能的影响进行分析。

1 电缆结构

图1是型号为JNGS5/NSC 5×1的舰船用耐火电缆结构示意图，图2是型号为JNGS5/NSC 10×1的舰船用耐火电缆结构示意图。导体由7根镀锡圆铜线组成，绝缘材料为陶瓷化硅橡胶，填充及包带均为低烟无卤型材料，编织为镀锡铜丝，外护套为辐照交联低烟无卤型护套。

图1　JNGS5/NSC 5×1结构示意图1—导体 2—硅橡胶绝缘 3—填充 4—包带5—编织 6—辐照交联低烟无卤护套

图2　JNGS5/NSC 10×1结构示意图1—导体 2—硅橡胶绝缘 3—填充 4—包带5—编织 6—辐照交联低烟无卤护套

2 加工工艺

陶瓷化硅橡胶绝缘挤出采用东莞精铁机械有限公司生产的φ65硅橡胶挤出机组，螺杆长径比14∶1，压缩比1.7，采用U形加热方式。

绝缘材料采用深圳市沃尔核材股份有限公司生产的牌号为WR-TC9710-A陶瓷化硅橡胶。加工温度为一段290℃，二段290℃，三段220℃，四段200℃，线速度为25 m/min。

3 护套辐照对绝缘性能的影响

陶瓷化硅橡胶辐照前绝缘性能满足GJB 1916—1994的要求，辐照后机械性能大幅下降，具体数据见表1。

表1　陶瓷化硅橡胶辐照前后绝缘性能对比表

从表1中可以看出，绝缘的伸长率在辐照后均有下降，而且下降幅度较大，仅有辐照前的50％左右。从陶瓷化硅橡胶的交联机理结合辐照的原理不难分析，陶瓷化硅橡胶在辐照时的温升及高能电子束撞击表面的双重作用下，导致过硫和已形成的交联键被电子束打断，最终导致陶瓷化硅橡胶机械性能的大幅下降，以下从两方面进行分析。

3.1辐照温升的影响

电缆在辐照加工时所吸收的辐射能，仅仅一小部分用于化学和结构的转变上，而大部分辐射能量转化为分子的激发热能。由于聚合物对热量传递是低效的，以致所吸收的能量可导致相当高的温升。热效应随材料厚度增加变得更为严重。如果在很短的时间里吸收全部所需的辐射剂量，在材料中产生的热量与环境无充分的交换，就处于绝热状态。而用高能电子加速器进行聚合物辐射照工，就是一个典型的绝热体系，这就造成电缆内部产生较大的热量，使得陶瓷化硅橡胶进一步交联，形成过硫状态，这是导致伸长率下降的主要原因。

3.2辐照导致的氧化裂解

氧的存在会导致聚合物氧化裂解。聚合物的辐射氧化，主要来自于聚合物中溶解氧，溶解氧会与辐照产生的大分子自由基反应，生成过氧化羟基自由基（HO2·）、过氧化氢（H2O2）和过氧化物（—O—O—）。

辐射氧化不仅导致大分子裂解，致使绝缘材料机械性能变坏，而且导致其电学性能，特别是介电损耗角正切增大，这是辐射加工产品所不希望的。为了解决这一问题，材料厂家会在绝缘料或护套料内添加抗氧剂以减少辐照时发生的氧化反应。

4 结 论

（1）陶瓷化硅橡胶绝缘电缆，若护套层需要辐照时，高能电子束会对内部陶瓷化硅橡胶绝缘的机械性能产生较大的影响，会使其伸长率严重下降，这主要是由辐照温升引起的。

（2）辐照时产生的氧化裂解是导致陶瓷化硅橡胶机械性能下降的另一原因，可在绝缘上绕包铜塑复合带以屏蔽电子辐射能。

（3）在可能的情况下，设计电缆时尽量避免此种结构。

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

陈文博（19S6-），男，工程师.

作者地址：江苏苏州市吴江区七都工业区［215234］.

［1］ 梁 喆，赵 源，彭小弟.新型陶瓷化耐火硅橡胶的探索研究［J］.世界橡胶工业，200S，35（1）：35-37.

［2］ 陈文博.新型耐火绝缘体——陶瓷化硅橡胶的挤出加工工艺［C］//中国电工技术学会电线电缆专业委员会2012学术年会论文集.