圖5-14描述了單個(gè)乙烯和丙烯的分子結(jié)構(gòu)，這種比例共聚的乙丙橡膠，乙烯、丙烯分別占50%含量。這種乙丙共聚物的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖5-14的下半部分，丙烯作為骨架碳鏈上的分子結(jié)構(gòu)，這些短支鏈會(huì)阻礙材料的結(jié)晶，因此乙丙橡膠具有了柔軟、易彎曲、硬度低的特性。

  增加乙烯與丙烯的比例，則丙烯支鏈的間距變大。當(dāng)乙烯與丙烯的比例增加到70%~80%時(shí)，聚乙烯分子鏈就會(huì)規(guī)整排列，形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這種乙丙橡膠稱為半結(jié)晶乙丙橡膠。理論上，乙烯與丙烯的比例越大，分子排列越規(guī)整，乙丙橡膠的結(jié)晶度也越大。然而，實(shí)際上乙丙橡膠絕緣料的結(jié)晶度為常規(guī)低密度聚乙烯的10%。因此，乙丙橡膠的硬度是無(wú)法與常規(guī)低密度聚乙烯材料相比的(或者XLPE、TR-XLPE)。(就更比不上線性低密度聚乙烯(LLDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)的硬度)

  2.乙丙橡膠添加劑的選用

  材料的非結(jié)晶性有其有利的一面：不會(huì)在加熱過(guò)程中產(chǎn)生熱膨脹，就像聚乙烯在熔點(diǎn)以上(>106℃)具有很小的熱膨脹一樣。

  乙丙橡膠中所用的無(wú)機(jī)填料會(huì)產(chǎn)生各自不同的效用：有些是用來(lái)提高材料的物理和力學(xué)性能，有些是用來(lái)改善材料的加工性能。通常采用硅烷處理過(guò)的黏土來(lái)增強(qiáng)乙丙橡膠。乙丙橡膠經(jīng)過(guò)交聯(lián)才能作為絕緣材料使用。如果不經(jīng)交聯(lián)硫化，即使是填料改性過(guò)的乙丙橡膠也不能作為絕緣材料使用。

  除了無(wú)機(jī)填料以外，還會(huì)添加很多別的添加劑來(lái)改善乙丙橡膠的性能，可以用其他聚合物材料作為混合物的一種組分。所有的添加劑都要經(jīng)專門的混合設(shè)備來(lái)混合。因此，乙丙橡膠是終電纜絕緣料的一種組分。各組分混合在一起的過(guò)程就是一個(gè)復(fù)合的過(guò)程。

  ·乙丙橡膠：基體材料，所有組分均勻分散于該連續(xù)相。提供材料的彎曲性和電性能。表中的用量都是以乙丙橡膠基體作為100份而定的，乙丙橡膠為無(wú)定形和半結(jié)晶兩種。

  ·低密度聚乙烯：添加少量于半結(jié)晶乙丙橡膠中。

  ·氧化鋅：傳統(tǒng)應(yīng)用于乙丙橡膠和三元乙丙橡膠中來(lái)提高熱穩(wěn)定性。其很早就應(yīng)用于電纜絕緣料中，就像它很早就被應(yīng)用于乙丙橡膠汽車輪胎一樣。

  ·紅鉛：氧化鉛()被用作離子捕捉劑。其可以改善潮濕環(huán)境下的電性能，很早就被應(yīng)用于乙丙橡膠絕緣料來(lái)滿足低壓測(cè)試要求。

  ·硅烷處理黏土：經(jīng)過(guò)表面處理的黏土可以提高材料的力學(xué)性能。橡膠材料結(jié)晶度很小甚至沒(méi)有結(jié)晶，因此靠填料傳遞力學(xué)強(qiáng)度。黏土表面硅烷處理來(lái)改善填料和聚合物之間相互作用。如果黏土不經(jīng)處理，這在界面間會(huì)產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降。從微觀尺度來(lái)看，填料粒子明顯大于聚合物分子鏈。

  ·硅烷偶聯(lián)劑：添加硅烷偶聯(lián)劑來(lái)保證聚合物與填料間的充分接觸。

  ·加工助劑：石蠟或油通常被用作潤(rùn)滑劑。本質(zhì)上無(wú)機(jī)填料是粗糙的。

  ·抗氧化劑：其所起作用與在聚乙烯或交聯(lián)聚乙烯中一樣，阻止聚合物在擠出過(guò)程中發(fā)生降解。

  ·過(guò)氧化物：被用作交聯(lián)劑，與在交聯(lián)聚乙烯中所起作用一樣。乙丙橡膠交聯(lián)才能用作電纜絕緣料。過(guò)氧化物引發(fā)的交聯(lián)與中壓交聯(lián)聚乙烯過(guò)程一樣(盡管擠出速率可能不同)。

  正如前面所講，材料制造商，或者自己制造材料的電纜制造商會(huì)在他們的商業(yè)乙丙橡膠絕緣料中加入很多組分。這些添加劑的性質(zhì)不同。因此，各種抗氧化劑、填充油、石蠟都被應(yīng)用過(guò)。有些添加劑可以滿足多個(gè)需求，例如改善加工性、提高老化性能，或者改善電性能。如考慮別的影響因素，黏土粒子的大小和結(jié)構(gòu)，則整個(gè)混合過(guò)程會(huì)變得更復(fù)雜。

  在乙丙橡膠中添加助劑既是一門藝術(shù)也是科學(xué)。它比在聚乙烯中混合助劑更復(fù)雜，在乙丙橡膠添加助劑以前人們就有在彈性體中添加助劑的經(jīng)驗(yàn)。取得可以擠出加工的高品質(zhì)乙丙橡膠混合料的關(guān)鍵是材料的均一性和混合參數(shù)的設(shè)置?；旌霞夹g(shù)在密煉機(jī)批次混料和Buss機(jī)連續(xù)混料中都有應(yīng)用。這兩種混合技術(shù)都可以在不降解聚合物的情況下提供適合的混合操作，但是其混合技術(shù)迥然不同。

  密煉機(jī)混合會(huì)用傳輸帶將預(yù)先稱量好的助劑轉(zhuǎn)移到混合容器中，密煉機(jī)混合是一種高強(qiáng)度的混合過(guò)程。密煉機(jī)是一個(gè)在圓筒容器內(nèi)安裝有螺旋形葉片的混合設(shè)備。葉片是空心的，以便提供材料混合過(guò)程中所需的加熱或冷卻。在設(shè)定溫度下，受熱的彈性體和助劑材料在的加工條件下進(jìn)行混合加工?；旌蠒r(shí)要促使均勻分散并阻止有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的再次團(tuán)聚，同時(shí)還要預(yù)防材料的預(yù)交聯(lián)發(fā)生，因此要有效控制混合時(shí)間、溫度以及添加順序。采用旋轉(zhuǎn)技術(shù)可以獲得有效的混合效果，密煉機(jī)在彈性體混合中已有很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。

  Buss機(jī)混合是連續(xù)整體混合工藝，在溫度下，助劑直接加人到熔融的聚合物中。液體助劑也是直接加入。批次混合工藝比連續(xù)混合工藝很多年。連續(xù)混合有很多優(yōu)點(diǎn)：(a)熱傳遞加快，(b)混合效率高，(c)單位時(shí)間內(nèi)所混合料致，(d)溫度。不間斷操作是其的優(yōu)點(diǎn)。

  不管采用哪種混合技術(shù)，關(guān)鍵是要保證混合均勻并不會(huì)引起材料降解。[這些原則也適用于任何需要混合的電纜料，包括在交聯(lián)聚乙烯中過(guò)氧化物的混合，聚乙烯中半導(dǎo)電炭黑的混合，低壓和中壓電纜料中阻燃劑的混合等。]

  5.其他乙丙橡膠

  1)有時(shí)，人們期望在乙烯-丙烯共聚過(guò)程中添加第三單體。這種聚合物材料被稱作為三元乙丙橡膠(EPDM)，這種材料可以加速橡膠的硫化。其中E表示乙烯，P表示丙烯，D表示二烯烴，M的涵義這些年已經(jīng)改變。EPDM以前表示為乙烯-丙烯-二烯烴-單體，也表示為乙烯-丙烯-二烯烴-甲基?，F(xiàn)階段，M在ASTM標(biāo)準(zhǔn)D-1418中表示為類別，為具有飽和聚乙烯碳鏈的橡膠。

  2)用于三元乙丙橡膠中的二烯烴通稱為DCPD、ENB和VNB。含量為2.5%~12%。

  3)高乙烯含量的乙丙橡膠可以粒子化；低乙烯含量的乙丙橡膠一般為條狀。與交聯(lián)聚乙烯相比，由于其沒(méi)有結(jié)晶，因此乙丙橡膠電纜料熱膨脹小、熱熔低、熱傳導(dǎo)性高。粒子化的中壓乙丙橡膠絕緣電纜加工過(guò)程可以與交聯(lián)聚乙烯采用一樣的設(shè)備。乙丙橡膠同樣可以采用濕法或者干法交聯(lián)工藝，盡管乙丙橡膠以往更多的是采用濕法交聯(lián)工藝。

  4)乙丙橡膠電纜料可以由電纜制造商生產(chǎn)，也可以由專門的材料制造商制造。在過(guò)去，商業(yè)供應(yīng)商就已公布了所提供的乙丙橡膠組分。電纜制造商可以適當(dāng)參考他們的配方。

  5)添加助劑來(lái)提高乙丙橡膠的物理和機(jī)械性能時(shí)，往往會(huì)降低材料的電性能。介質(zhì)損耗和介電常數(shù)會(huì)增加。增加的程度因乙丙橡膠基材不同而產(chǎn)生差異(見(jiàn)原書5.6.3節(jié)和第6章)。

  6)過(guò)去，人們會(huì)在乙丙橡膠中添加炭黑后作為中壓乙丙橡膠絕緣料。現(xiàn)在這種做法已被淘汰。

  7)無(wú)機(jī)黏土作為乙丙橡膠電纜料的一個(gè)組分。這些年人們對(duì)黏土進(jìn)行了改性和處理來(lái)提高其性能。黏土有、煅燒、表面處理之分。目前在乙丙橡膠中主要用的是后一種黏土，而在以前的絕緣材料如丁基橡膠中主要用的是煅燒黏土。影響?zhàn)ね劣行缘囊蛩赜辛Ｗ哟笮?、與聚合物的結(jié)合情況，以及其自身的結(jié)構(gòu)等。

  應(yīng)用在電纜絕緣料中的乙丙橡膠(EPR)的分子鏈有各自不同的乙烯/丙烯比例，這也使得不同EPR的彎曲性能也不同。此外，EPR中的各組分在含量和性能上也變化很大，其加入的目的都是為了使柔軟的EPR能滿足電纜料的需求。因此不同的乙丙橡膠顯示出不同的老化性能、混合條件和擠出條件。事實(shí)上，助劑(成分和濃度)的不同、乙烯/丙烯比例的不同也終導(dǎo)致了不同電壓等級(jí)的乙丙橡膠性能的差異(例如使用在初級(jí)電纜、次級(jí)電纜或者饋電電纜上)。這些變化也促使不同的乙丙橡膠去滿足不同的工業(yè)需求。

  7.乙丙橡膠獲得長(zhǎng)使用壽命的方法

  另一個(gè)獲得長(zhǎng)使用壽命乙丙橡膠的方法是間接法。這種替代方法被證實(shí)不是總是可以有效地獲得預(yù)期目標(biāo)。人們?cè)噲D尋找另外一種在有自由電荷存在的情況下，可以有效絕緣的絕緣材料；因此，人們覺(jué)得應(yīng)該是限制電荷而不是生成自由電荷。因此，該方法所使用的乙丙橡膠添加劑在本質(zhì)上是不同的。

  盡管為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)時(shí)添加的添加劑是有針對(duì)性的，然而這一規(guī)則確是很有名的。添加劑可以起到如下作用：①傳遞高介電常數(shù)到絕緣材料上；②添加劑遷移至空隙，增加空隙的表面電導(dǎo)率；③誘捕高能電子，這些電子能形成電荷并以熱的形式消耗能量。乙丙橡膠添加劑的選擇和材料混合的這一思路被電纜生產(chǎn)商所使用，該絕緣材料被稱作為乙丙橡膠混合物。