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摘 要： 摘要：海上石油平臺電纜絕緣材料的電絕緣性能優異，適用于海上開采油田使用。本文通過對海上石油平臺電纜絕緣材料的制備方法進行詳細介紹，將研制出的護套料產品進行檢測，結果表明產品各項性能和指標都符合設計要求以及相關的國家標準，。 關鍵詞：海上石油
摘要：海上石油平臺電纜絕緣材料的電絕緣性能優異，適用于海上開采油田使用。本文通過對海上石油平臺電纜絕緣材料的制備方法進行詳細介紹，將研制出的護套料產品進行檢測，結果表明產品各項性能和指標都符合設計要求以及相關的國家標準，。
關鍵詞：海上石油平臺電纜 絕緣材料 阻燃 耐腐蝕
近些年，隨著我國海上石油開采的快速發展，與此同時，我國對海上石油開采的投資建設力度也不斷加大。在這些項目的建設和使用中，需要大量的電纜與之配套，而大多電纜的絕緣材料都是聚氯乙烯材料，雖然有一定阻燃性能，但燃燒時會釋放毒煙氣，不宜用于著火燃燒時需要滿足低煙、低毒要求的場合。同時聚氯乙烯線纜也不適用在含有苯及苯胺類、酮類、吡啶、甲醇、乙醇、乙醛化學劑介質中，功能單一，使用范圍有限。而且也不具有高強的腐蝕性能，普通的電纜材料經海水長期浸泡，會損壞絕緣層，導致電纜的使用壽命降低，檢修和維護成本增加;另外，海面的環境惡劣多變，也會增加對現有電纜絕緣層的損壞，降低電纜性能;同時，遇到油類及其化合物時很快就被損壞。基于此，本文將提供一種專門針對海上石油平臺電纜絕緣材料的制備方法，并將其與公司產品125℃輻照交聯阻燃耐油聚烯烴護套料配套使用，成品檢測符合國家標準要求，適用于石油平臺電纜。
一、試驗部分
1.原材料
四氟乙烯、六氟丙烯、環氧樹脂、聚乙烯橡膠、石墨、硫酸鋇粉末、松油、氧化鋁、碳酸鈣粉末、改性膨潤土、羧乙基纖維素、氯化石蠟、納米二氧化硅、防老劑(苯二甲酸金屬鹽、硅烷偶聯劑和丙酮溶液混合)、增塑劑(磷酸酯和苯二酸酯的混合物)、硫化劑、潤滑脫模劑、穩定劑(三鹽基性硫酸鉛和二鹽基性亞磷酸鉛的混合物)、阻燃劑(三氧化二銻、氫氧化鎂和氫氧化鋁的任意一種)、玻璃纖維和填充劑。
2.主要設備和儀器
100L反應釜、高速研磨機、65型雙螺桿擠出機、高阻計、平板硫化機、拉升機、熱老化試驗機、低溫脆化儀、氧指數測定儀等。
3.試樣制備
(1)原料配方
根據原材料中不同的配比設定了三組材料配方，各配方份量具體參數如下：
配方1：四氟乙烯5%、六氟丙烯6%、環氧樹脂10%、聚乙烯橡膠10%、石墨1%、硫酸鋇粉末1%、松油2%、氧化鋁1%、碳酸鈣粉末1%、改性膨潤土1%、羧乙基纖維素1%、氯化石蠟1%、納米二氧化硅1%、防老劑1%、增塑劑1%、硫化劑1%、潤滑脫模劑1%、穩定劑1%、阻燃劑1%、玻璃纖維1%和填充劑1%。
配方2：四氟乙烯7%、六氟丙烯7%、環氧樹脂13%、聚乙烯橡膠11%、石墨3%、硫酸鋇粉末3%、松油3%、氧化鋁1.5%、碳酸鈣粉末2%、改性膨潤土2%、羧乙基纖維素1.5%、氯化石蠟3%、納米二氧化硅2%、防老劑1.5%、增塑劑2%、硫化劑1.5%、潤滑脫模劑2%、穩定劑1.5%、阻燃劑2%、玻璃纖維3%和填充劑1.5%。
配方3：四氟乙烯10%、六氟丙烯8%、環氧樹脂15%、聚乙烯橡膠12%、石墨5%、硫酸鋇粉末5%、松油5%、氧化鋁2%、碳酸鈣粉末3%、改性膨潤土3%、羧乙基纖維素2%、氯化石蠟5%、納米二氧化硅3%、防老劑2%、增塑劑3%、硫化劑2%、潤滑脫模劑3%、穩定劑2%、阻燃劑3%、玻璃纖維5%和填充劑2%。
(2)具體步驟
第一步，選料混合，選取聚乙烯橡膠、羧乙基纖維素、玻璃纖維、氧化鋁、硫酸鋇粉末、石墨、碳酸鈣粉末和改性膨潤土放入攪拌機進行充分攪拌(速度為1200-1800轉/分鐘)，攪拌2小時后，取出混合物放入研磨機進行研磨，研磨后把混合物投入反應釜中;
第二步，依次向反應釜中加入四氟乙烯、六氟丙烯、增塑劑、阻燃劑、穩定劑、硫化劑、松油、納米二氧化硅和氯化石蠟并升溫到220-380℃，攪拌1.5小時(速度為1600-1900轉/分鐘)，保溫3小時;
第三步，等到反應釜溫度降到40-50攝氏度的時候，依次投入防老劑、潤滑脫模劑和填充劑并攪拌30分鐘(攪拌速度為550-600轉/分鐘)，得到混合物并投入雙螺桿擠出機中擠出造粒;
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第四步，對顆粒進行干燥包裝。
(3)試驗結果
試驗組 耐高溫 電絕緣性 機械強度 耐腐蝕 耐寒性 耐磨性 耐油性
1 67.3 +++ ++++ +++ ++++ ++++ ++++
2 73.2 ++++ ++++ ++++ ++++ +++++ ++++
3 75.6 +++ +++ +++ ++++ ++++ +++
普通材料 45.6 + ++ + ++ ++ ++
備注：+為性能優異程度。
(4)試樣性能測試
按照GB/T1040.1-2018《望料拉伸性能的測定》測定試樣的拉伸強度和斷裂伸長率;按照IEC60811-2-1：2001《電纜和光纜的絕緣和護套材料的通用試驗方法》測試電纜的耐油性能;按照 GB/T2951.12-2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第12部分：通用試驗方法熱老化試驗方法》測試，老化條件均為158℃、168h;參照GB/T1408.1-2016《絕緣材料 電氣強度試驗方法第1部分：工頻下試驗》測試介電強度;按照GB/2406.2-2009《塑料 用氧指數法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》測定試樣的氧指數。
結果與討論
1.測試結果
上述絕緣料樣品經公司檢驗中心檢測，結果表明各項指標均符合設計要求以及國家相關標準規定。部分數據摘錄如下：
項 目 單位 樣品檢測結果
抗伸強度 Mpa 18.56
斷裂伸長率 % 210
體積電阻率 Ω⋅M ≥5*1014
浸油試驗 IRM902# 通過
耐酸堿鹽 通過
158℃×168h熱老化試驗
抗張強度變化率 % 18.9
斷裂伸長率變化率 % -19.2
介電強度 MV/m 25
抗撕強度 Mpa 7.9
PH值 4.7
氧指數 % 27
2.討論
(1)對電纜物理性能的影響
四氟乙烯、六氟丙烯、環氧樹脂、聚乙烯橡膠這四類材料本身就具有一般烯烴類材料不具備的耐油和抗酸堿鹽的特性，通過加入增塑劑、硫化劑、防老化劑和具備補強功能的阻燃劑等進行聚合，在不損失材料柔韌性的基礎上，強度達到熱固性聚烯烴的水平。
(2)阻燃劑對絕緣料性能的影響
市場上常規阻燃聚烯烴類絕緣材料為了達到阻燃要求，大量填充堿性阻燃劑，如氫氧化鋁和氫氧化鎂等，這類阻燃劑對最終成品的體積電阻影響很大，一般的做法是加入具有除水功能的助劑，雖然對成品的絕緣性有一定的提升，但成效一般，穩定性差。本方案摒棄了傳統堿性阻燃劑，選用了氧化鋁、膨潤土、二氧化硅和三氧化二銻做阻燃劑，其中膨潤土和二氧化硅具有提高絕緣性和燃燒結殼率的功能，高純度環保型三氧化二銻阻然效率極高，添加較少的數量即可達到良好的阻燃效果。
(3)產品成本的影響
本方案較傳統熱固型聚烯烴類絕緣性從材料成本和生產成本兩方面來比，確實要大于現有的烯烴類材料。而且對于下游電纜廠來說，生產過程中省去了絕緣層輻照交聯的工藝，降低了成品纜的生產成本，也降低了成品不良率的風險，綜合成本與現有熱固型材料基本相當，但機會成本更低。
三、結論
1.該電纜絕緣材料的電絕緣性能優異。適合高頻信號傳輸，耐高溫，可提高載流量，阻燃性好，氧指數高，具有優良的耐氣候老化性能和機械強度，不受各種酸、堿和有機溶劑影響，適用于海上開采油田使用。
2.該絕緣材料具有較高柔軟性，不引燃。可阻止火焰的擴散，摩擦系數較低，具有高度的耐熱性、突出的耐油性、耐溶劑和耐磨性能，良好的耐濕性和耐低溫性，溫度適應溫圍大，耐寒。
3.環境適應性強。抗風化和光照，耐氧、耐臭氧、耐潮濕，該電力電纜絕緣材料適用于海上石油平臺使用，使用壽命長。——論文作者：龔明