龚明
江苏馨德高分子材料股份有限公司
摘要：海上石油平台电缆绝缘材料的电绝缘性能优异，适用于海上开采油田使用。本文通过对海上石油平台电缆绝缘材料的制备方法进行详细介绍，将研制出的护套料产品进行检测，结果表明产品各项性能和指标都符合设计要求以及相关的国家标准，。
关键词：海上石油平台电缆 绝缘材料 阻燃 耐腐蚀
近些年，随着我国海上石油开采的快速发展，与此同时，我国对海上石油开采的投资建设力度也不断加大。在这些项目的建设和使用中，需要大量的电缆与之配套，而大多电缆的绝缘材料都是聚氯乙烯材料，虽然有一定阻燃性能，但燃烧时会释放毒烟气，不宜用于着火燃烧时需要满足低烟、低毒要求的场合。同时聚氯乙烯线缆也不适用在含有苯及苯胺类、酮类、吡啶、甲醇、乙醇、乙醛化学剂介质中，功能单一，使用范围有限。而且也不具有高强的腐蚀性能，普通的电缆材料经海水长期浸泡，会损坏绝缘层，导致电缆的使用寿命降低，检修和维护成本增加；另外，海面的环境恶劣多变，也会增加对现有电缆绝缘层的损坏，降低电缆性能；同时，遇到油类及其化合物时很快就被损坏。基于此，本文将提供一种专门针对海上石油平台电缆绝缘材料的制备方法，并将其与公司产品125℃辐照交联阻燃耐油聚烯烃护套料配套使用，成品检测符合国家标准要求，适用于石油平台电缆。
一、试验部分
1.原材料
四氟乙烯、六氟丙烯、环氧树脂、聚乙烯橡胶、石墨、硫酸钡粉末、松油、氧化铝、碳酸钙粉末、改性膨润土、羧乙基纤维素、氯化石蜡、纳米二氧化硅、防老剂（苯二甲酸金属盐、硅烷偶联剂和丙酮溶液混合）、增塑剂（磷酸酯和苯二酸酯的混合物）、硫化剂、润滑脱模剂、稳定剂（三盐基性硫酸铅和二盐基性亚磷酸铅的混合物）、阻燃剂（三氧化二锑、氢氧化镁和氢氧化铝的任意一种）、玻璃纤维和填充剂。
2.主要设备和仪器
100L反应釜、高速研磨机、65型双螺杆挤出机、高阻计、平板硫化机、拉升机、热老化试验机、低温脆化仪、氧指数测定仪等。
3.试样制备
（1）原料配方
根据原材料中不同的配比设定了三组材料配方，各配方份量具体参数如下：
配方1：四氟乙烯5％、六氟丙烯6％、环氧树脂10％、聚乙烯橡胶10％、石墨1％、硫酸钡粉末1％、松油2％、氧化铝1％、碳酸钙粉末1％、改性膨润土1％、羧乙基纤维素1％、氯化石蜡1％、纳米二氧化硅1％、防老剂1％、增塑剂1％、硫化剂1％、润滑脱模剂1％、稳定剂1％、阻燃剂1％、玻璃纤维1％和填充剂1％。
配方2：四氟乙烯7％、六氟丙烯7％、环氧树脂13％、聚乙烯橡胶11％、石墨3％、硫酸钡粉末3％、松油3％、氧化铝1.5％、碳酸钙粉末2％、改性膨润土2％、羧乙基纤维素1.5％、氯化石蜡3％、纳米二氧化硅2％、防老剂1.5％、增塑剂2％、硫化剂1.5％、润滑脱模剂2％、稳定剂1.5％、阻燃剂2％、玻璃纤维3％和填充剂1.5％。
配方3：四氟乙烯10％、六氟丙烯8％、环氧树脂15％、聚乙烯橡胶12％、石墨5％、硫酸钡粉末5％、松油5％、氧化铝2％、碳酸钙粉末3％、改性膨润土3％、羧乙基纤维素2％、氯化石蜡5％、纳米二氧化硅3％、防老剂2％、增塑剂3％、硫化剂2％、润滑脱模剂3％、稳定剂2％、阻燃剂3％、玻璃纤维5％和填充剂2％。
（2）具体步骤
第一步，选料混合，选取聚乙烯橡胶、羧乙基纤维素、玻璃纤维、氧化铝、硫酸钡粉末、石墨、碳酸钙粉末和改性膨润土放入搅拌机进行充分搅拌（速度为1200-1800转/分钟），搅拌2小时后，取出混合物放入研磨机进行研磨，研磨后把混合物投入反应釜中；
第二步，依次向反应釜中加入四氟乙烯、六氟丙烯、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、硫化剂、松油、纳米二氧化硅和氯化石蜡并升温到220-380℃，搅拌1.5小时（速度为1600-1900转/分钟），保温3小时；
第三步，等到反应釜温度降到40-50摄氏度的时候，依次投入防老剂、润滑脱模剂和填充剂并搅拌30分钟（搅拌速度为550-600转/分钟），得到混合物并投入双螺杆挤出机中挤出造粒；
第四步，对颗粒进行干燥包装。
（3）试验结果
试验组 耐高温 电绝缘性 机械强度 耐腐蚀 耐寒性 耐磨性 耐油性
1 67.3 +++ ++++ +++ ++++ ++++ ++++
2 73.2 ++++ ++++ ++++ ++++ +++++ ++++
3 75.6 +++ +++ +++ ++++ ++++ +++
普通材料 45.6 + ++ + ++ ++ ++
备注：+为性能优异程度。
（4）试样性能测试
按照GB/T1040.1-2018《望料拉伸性能的测定》测定试样的拉伸强度和断裂伸长率；按照IEC60811-2-1：2001《电缆和光缆的绝缘和护套材料的通用试验方法》测试电缆的耐油性能；按照 GB/T2951.12-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第12部分：通用试验方法热老化试验方法》测试，老化条件均为158℃、168h；参照GB/T1408.1-2016《绝缘材料 电气强度试验方法第1部分：工频下试验》测试介电强度；按照GB/2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》测定试样的氧指数。
二、结果与讨论
1.测试结果
上述绝缘料样品经公司检验中心检测，结果表明各项指标均符合设计要求以及国家相关标准规定。部分数据摘录如下：
项 目 单位 样品检测结果
抗伸强度 Mpa 18.56
断裂伸长率 % 210
体积电阻率 Ω?M ≥5*1014
浸油试验 IRM902# 通过
耐酸碱盐 通过
158℃×168h热老化试验
抗张强度变化率 % 18.9
断裂伸长率变化率 % -19.2
介电强度 MV/m 25
抗撕强度 Mpa 7.9
PH值 4.7
氧指数 % 27
2.讨论
（1）对电缆物理性能的影响
四氟乙烯、六氟丙烯、环氧树脂、聚乙烯橡胶这四类材料本身就具有一般烯烃类材料不具备的耐油和抗酸碱盐的特性，通过加入增塑剂、硫化剂、防老化剂和具备补强功能的阻燃剂等进行聚合，在不损失材料柔韧性的基础上，强度达到热固性聚烯烃的水平。
（2）阻燃剂对绝缘料性能的影响
市场上常规阻燃聚烯烃类绝缘材料为了达到阻燃要求，大量填充碱性阻燃剂，如氢氧化铝和氢氧化镁等，这类阻燃剂对最终成品的体积电阻影响很大，一般的做法是加入具有除水功能的助剂，虽然对成品的绝缘性有一定的提升，但成效一般，稳定性差。本方案摒弃了传统碱性阻燃剂，选用了氧化铝、膨润土、二氧化硅和三氧化二锑做阻燃剂，其中膨润土和二氧化硅具有提高绝缘性和燃烧结壳率的功能，高纯度环保型三氧化二锑阻然效率极高，添加较少的数量即可达到良好的阻燃效果。
（3）产品成本的影响
本方案较传统热固型聚烯烃类绝缘性从材料成本和生产成本两方面来比，确实要大于现有的烯烃类材料。而且对于下游电缆厂来说，生产过程中省去了绝缘层辐照交联的工艺，降低了成品缆的生产成本，也降低了成品不良率的风险，综合成本与现有热固型材料基本相当，但机会成本更低。
三、结论
1.该电缆绝缘材料的电绝缘性能优异。适合高频信号传输，耐高温，可提高载流量，阻燃性好，氧指数高，具有优良的耐气候老化性能和机械强度，不受各种酸、碱和有机溶剂影响，适用于海上开采油田使用。
2.该绝缘材料具有较高柔软性，不引燃。可阻止火焰的扩散，摩擦系数较低，具有高度的耐热性、突出的耐油性、耐溶剂和耐磨性能，良好的耐湿性和耐低温性，温度适应温围大，耐寒。
3.环境适应性强。抗风化和光照，耐氧、耐臭氧、耐潮湿，该电力电缆绝缘材料适用于海上石油平台使用，使用寿命长。
参考文献：
[1] 张斌良 龚明. 一种海上石油平台电缆绝缘材料及其制备[P] .国家知识产权局，2019.7.26 .
[2]陶天宝.低烟无卤阻燃地铁隧道专用电力电缆的研制[J] .光纤与电缆及其应用技术，2016（6）.
[3] 陈龙 叶斌 朱彤等.电线电缆用高强度低烟无卤阻燃硅橡胶材料的制备与应用研究[J] .广东化工，2019（2）.
[4] 张红 邵海彬等.小线径电缆用低烟无卤阻燃聚烯烃材料研究[J] .电线电缆，2017（1）.