热裂解炭黑在低压电线和绝缘电缆类的应用

    热裂解炭黑（美国ASTM指定的N990）是低压电缆和绝缘电缆的功能性填充料，虽然在电缆中有多种填料可以应用，但是热裂解炭黑由于其独特性带来的功能收益使其成为最专业的填充料。
加拿大肯卡伯公司拥有多种热裂解炭黑产品，并冠与‘THERMAX’品牌。生产的热烈炭黑包括，颗粒状，粉末状，超纯型，无污染级等等。THERMAX系列产品是由天然气通过热裂解工艺制得，其粒径在100-600纳米之间。
虽然大多数炭黑是半导电的，中粒子热裂解炭黑是在所有炭黑产品里具有最高电阻率的炭黑。炭黑的三大基本性质，被认为是影响橡胶或塑料化合物的导电性的根本。它们是：粒径（表面积），结构等级，和粒子间空隙。小粒径的炉法炭黑，由于其本身的高聚集度和小粒径间隙，使得比热裂解炭黑的导电率要高。更高的结构减少了分子或聚集物间的距离，从而使得电子流更容易在分子链间通过。热裂解炭黑具有粒径大、分子间隙大的特点，使其具有低聚集度。因此，表面积和结构度与电阻率成反比。

作为参考，下表中将THERMAX与其他通用导电炭黑做出了对比。

其他的因素也影响了导电性，但是其影响力远不如上述三项，比如挥发组分的种类和含量、水份和可抽提物，所有这些都可能抑制或者破坏电子流。
除了炭黑以外，其他的填料也会影响到弹性体固有的电性能，影响其电性能的程度用以下一个表格来表示在天然胶配方中的应用。

                    
不同填料对体积比电阻率的影响（在天胶胶料里）
Ohm.cm

THERMAX是所有炭黑里结构最低、粒径最大的产品。这些特性综合在一起，使该种炭黑是用在聚合物中最不可能导电的。实际上THERMAX的独立球形个体，使得聚合物链包围在碳的周围并且绝缘。热裂解炭黑的表面化学惰性大大限制了的热裂解炭黑粒子和聚合物链之间可能的交联，从而消除了在聚合物体系潜在的电化学通路。

THERMAX的应用和优势

THERMAX广泛地应用在低压交联聚乙烯、氯丁橡胶、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯和天然橡胶的胶料中。应用包括绝缘材料、绝缘护套、柔性电缆护套、UL级别25类高负荷电缆护套等。最常见的应用是交联树脂绝缘体，如PE，EVA或EEA。THERMAX应用的优势如下：

1. 高体积电阻率：

热裂解炭黑可以被填充进聚合物中，并不会降低聚合物本身具有的高体积电阻率。由于电阻率可能会受到金属和其他微量杂质元素的影响，所以高纯、低筛余物的THERMAX成为了首选。

1. 阻燃性

作为阻燃剂，在合成过程中按照安全规程要求要有一个最小值。热裂炭黑提高了胶料的起火温度，减少了对价格昂贵的阻燃剂的需求。据报道，在含有16%热裂解炭黑的乙烯硅烷共聚物合成的胶管外壳中，其阻燃性就已经完全符合UL44的水平燃烧要求指标了。

1. 紫外线防护性

紫外线有足够的能量打破聚乙烯的交联，从而破坏了胶料。填充足够高水平的热裂解炭黑，可以提供紫外线的防护，因为碳粒子能吸收紫外线，并以热的形式放出。

1. 胶料混炼

热裂解炭黑缓解了聚合物的分子链，从而改善了混炼和加工性能。加入中粒子热裂炭黑不会使得聚合物的粘度大大增加。低结构、大粒径的热裂解炭黑，很容易分散并且生热低，并提供良好的挤出性能。

1. 交联性

具有非酸性化学表面的热裂解炭黑不与拥有自由基的交联必需的过氧化物发生反应。与其他的炭黑相比，热裂解炭黑的水分含量也非常低，从而抑制了过早的交联。

1. 成本效益

大量填充的热裂解炭黑（含量25%-35%）在一些低压电缆的胶料提供了一定程度的扩充，并消除或者减少了对价格高昂的阻燃剂的需要。在低温硫化的三元乙丙橡胶护套胶料中，通常可以含有高达50份的N990和多达100份的炉法炭黑。

1. 外观表面

THERMAX系列炭黑的筛余物数量非常的少（Thermax Floform N990的指标是325目筛余物为15ppm）。而较少的筛余物，可以有效地消除污点和其它瑕疵，从而很好地改善产品表面外观。

1. 补强性

尽管在大多数的弹性体应用中不具有补强性，THERMAX在填充到足够高水平的情况下可以一定程度上提供一些补强功能。THERMAX可以用于地下填埋布线（URD）系统中交联聚乙烯电缆的不同程度的补强作用。

  一般来说，每100份的聚合物里可以填充20到50份的热裂解炭黑。在低填充阶段，填充热裂解炭黑后和未填充的胶料的机械性能基本相同。 根据有关经验，通过辐射或过氧化物（DCP）交联的聚乙烯经常可以填充更多量甚至多到75%的热裂解炭黑，而不会破坏聚合物的物理性能。

附件一
交联聚乙烯低压（600-1500伏）电线电缆绝缘护套配方

热裂解法炭黑N990可以起到经济扩充胶料的作用。同时它能降低胶料的回缩，提供紫外线防护，耐燃性和保持胶料良好的绝缘性能。

附件二
交联聚乙烯绝缘护套胶料配方

资料来源：Vanderbilt Rubber handbook, 13版，第726页

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