水冷电缆护套管的研制

　　摘要：详细阐述了水冷电缆护套管胶料的制备、性能测试，以及胶管的生产工艺和性能。结果表明，SBR/NR并用胶适用于水冷电缆护套管，通过适当的胶料配方设计和胶管结构设计，水冷电缆护套管的耐臭氧性能佳，弯曲半径小，爆破强度高，并具有优异的耐高电压击穿性能、绝缘性能和低漏电性能。

　　关键词：水冷电缆护套管;SBR/NR并用胶;击穿电压;绝缘性能;低漏电性能

　　水冷电缆俗称水电缆，是一种中空通水，用于大电流加热设备的特种电缆，通常由电缆头、导线、外护套管3部分组成，其中，外护套管可以使用纤维增强的橡胶软管[1]。根据应用场合的不同，水冷电缆护套管的尺寸多有不同，典型的规格为1/2″，3/4″，1″，1-1/4″，1-1/2″，2″，2-1/2″，3″，对应的产品内径约为12.5，19，25，31.5，38，51，63，76mm。对于小口径的水冷电缆护套管，其纤维增强层为1层，对于大口径的水冷电缆护套管，其纤维增强层可为2～3层，纤维增强层间使用的中胶层还需具有一定的粘合性[2]。

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　　电缆的大电流运作要求水冷电缆外护套管具有较高的击穿电压和绝缘性能。优质的水冷电缆护套管还需具有柔软度高、弯曲半径小、耐压高、耐臭氧等特性，适宜在较小空间和较高压工况长时间弯曲使用。丁苯橡胶(SBR)具有优异的电绝缘性，耐磨性、耐水性均较好，通过与天然橡胶(NR)并用及适当的配方设计，可得到绝缘性、耐臭氧性、耐老化性、粘着性、压延性等综合性能优良的SBR/NR并用胶，适用于水冷电缆护套管的制备[3]。本工作制备了SBR/NR并用胶，并用于水冷电缆护套管的生产，制备的胶料和胶管性能优异，具有广阔的市场应用前景。

　　1实验

　　1.1原材料

　　SBR，牌号1502，中国石油天然气股份有限 公司吉林石化分公司;NR，印尼1#烟片胶;聚酯线绳，3300dtex，金华亚轮化纤有限公司;其他原材料均为市售橡胶工业常用原材料。

　　1.2基本配方

　　水冷电缆护套管的内层胶和中间胶使用同一种浅色混炼胶，其基本配方(质量份)：SBR，80;1#烟片胶，20;纳矽利S20，60;沉淀法白炭黑，30;Si-69，3;环烷油，8;防老剂RD，2;防老剂4010NA，2;微晶蜡9108，3;氧化锌，5;硬脂酸，1;硫黄，0.8;促进剂TMTD，0.4;促进剂DTDM，2;促进剂CZ，1.5。外层胶为绿色，其基本配方(质量份)：SBR，80;1#烟片胶，20;纳矽利S20，55;钛白粉，5;沉淀法白炭黑，30;Si-69，3;环烷油，8;防老剂RD，2;防老剂4010NA，2;微晶蜡9108，3;氧化锌，5;硬脂酸，1;硫黄，0.8;促进剂TMTD，0.4;促进剂DTDM，2;促进剂CZ，1.5;蓝色染料，1.5;黄色染料，1.0。

　　1.3主要仪器与设备

　　XK-160型开炼机，无锡双象橡塑机械有限公司;AI-3000型拉力试验机，高铁检测仪器(东莞)有限公司;XLB-D500×500型平板硫化机，浙江湖州东方机械有限公司;401A型热空气老化试验箱，上海市实验仪器厂有限公司;LX-A型橡胶硬度计，上海六中量仪厂;三辊压延机和120L挤出机，呼和浩特橡胶机械厂。

　　1.4试样制备

　　内层胶和中间胶使用开炼机混炼，混炼前用清洗胶将开炼机清洗干净。首先，对NR进行塑炼，然后加入SBR并塑炼，薄通数次，包辊后在堆积胶上方加入氧化锌、硬脂酸和防老剂，混炼2min后加入纳矽利S20、沉淀法白炭黑、Si-69和环烷油，吃粉快完毕时加入硫化剂，再混炼1min，将辊距调至最小，打三角包6次，打卷排气，下片，停放16h。外层胶的混炼与内层胶类似，加硫化剂的同时加入钛白粉和染料。胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为160℃×20min，硫化后放置16h，裁样，进行性能测试。

　　1.5性能测试

　　硬度按GB/T531-2008测试;拉伸性能按GB/T528-2009测试;耐老化性能按GB/T3512-2014测试;耐臭氧性能按GB/T24134-2009测试。橡胶软管击穿电压按GB/T1408.1-2016测试;漏电性能按GB/T1408.2-2016测试;其他相关性能均按国家现行标准进行测试。

　　2结果与讨论

　　2.1胶料性能

　　本工作设计了SBR/NR并用胶配方，得到的内层胶和外层胶的性能测试结果。胶料具有优异的物理性能，其硬度满足要求，拉伸强度和拉断伸长率远超指标要求。经过100℃×72h热空气老化，内、外层胶的硬度变化分别为8和9，拉伸强度变化率分别为-15.7%和-18.7%，拉断伸长率变化率分别为-35.2%和-37.3%，均在控制指标范围内。

　　两者耐臭氧性能佳，在50×10-8×40℃×伸长20%条件下，168h均无龟裂。绝缘性能优异，直流(DC)1kV下，电阻均大于4000MΩ。可以看出，本工作研制的SBR/NR并用胶内、外层胶料适用于水冷电缆护套管的生产。

　　2.2水冷电缆护套管制备

　　本工作制备的水冷电缆护套管产品内表面光滑，尺寸稳定，便于电缆的穿入。设计的胶管生产工艺良好，满足不同尺寸水冷电缆护套管的生产。

　　2.2.1内层胶挤出采用带芯生产工艺，根据胶管规格选用适当尺寸的芯棒。橡胶软管内层胶挤出时，机头温度保持在75℃左右，根据芯棒规格以及胶料膨胀率选择相应的机头口型及芯型，挤出时将芯棒同步穿入，调整挤出速度以使内层胶的壁厚达到要求。

　　2.2.2编织不同尺寸的水冷电缆护套管内、外径不同，结构也不相同。以规格2″的胶管为例，其编织结构为双层编织，每层以36锭、3股结构或24锭、4股结构进行编织，编织线覆盖率为50%～70%。两层编织线之间使用中胶片或挤出中间胶，起到粘合、防滑的作用。

　　2.2.3外层胶挤出

　　在编织软管外表面挤出绿色的外层胶，其挤出过程与内层胶相似。外层胶挤出后，缠水布定型，使表面呈布纹状。

　　2.2.4硫化

　　将带芯的缠水布半成品放入硫化罐中硫化，硫化条件为150℃×90min;制品出罐后，自然冷却，解布，脱芯，停放24h，使胶管的尺寸及性能达到稳定。

　　2.3胶管性能

　　水冷电缆护套管的性能测试结果。胶管弯曲半径小于6倍公称内径，满足小空间弯曲使用的要求。橡胶层和编织层间粘合强度为2.3kN/m，爆破强度大于6.9MPa，满足水冷电缆充水和大水流速的高压状态下使用需求，并可以在一定的高压状态稳定使用。

　　胶管内、外层胶料的耐臭氧性能仍达到50×10-8×40℃×伸长20%条件下168h无龟裂，可长时间使用。值得注意的是，其击穿电压大于100kV，DC1kV下，电阻大于4000MΩ，DC6kV下，漏电电流小于1μA，具有优异的耐高电压击穿、绝缘和低漏电性能，远远超过指标要求。本工作的水冷电缆护套管已成功用于电炉场合，相信该胶管同样适用于其他电气冷却场合。

　　3结语

　　(1)通过适当的胶料配方设计，SBR/NR并用胶具有优良的绝缘、耐臭氧、便于压延等特性，适用于水冷电缆护套管的生产。(2)设计的胶管生产工艺简单，根据规格的不同，选择不同的编织结构，以满足胶管弯曲半径、爆破等要求。(3)水冷电缆护套管弯曲半径小，爆破压力高，耐臭氧性能佳，并具有优异的耐高电压击穿、绝缘和低漏电性能，适用于多种电气冷却场合，具有广阔的市场应用前景。

　　参考文献：

　　[1]刘炳宇，郑秀梅，李卉.矿热电炉水冷电缆结构特点及使用[J].内蒙古石油化工，2005，10：27-28.

　　[2]郭磊.便携式消防灭火装备用连接管路的研制[J].特种橡胶制品，2019，40(3)：36-37+41.

　　[3]王鹤荀，纪玉龙，李根，等.船用丁苯橡胶电缆绝缘层老化硬度分析[J].上海海事大学学报，2013，34(4)：103-108.

　　作者：苗珍珍，鲍刚，张秀蛾