5. 7 屏蔽材料
5. 7. 1 综述和聚合物的作用
被用作电缆屏蔽料的聚合物是乙烯基共聚物材料。 它们是丙烯和别的单体如
导体屏蔽用于导体和绝缘材料之间， 绝缘屏蔽挤包于绝缘材料表面， 并与同轴的天然或合成带材和护套 （ 如果有的话） 相互作用。 屏蔽料本质上是半导电材料，因为它们在绝缘和导体之间起应力过渡的作用， 目的就是获得自由电荷体系。 被用作导体屏蔽和绝缘屏蔽的半导电材料是类似的， 但是它们的物理化学性质会有不同。 因此， 绝缘屏蔽一定要可剥离 （ 为了在安装电缆接头或者终端时要容易剥掉绝缘屏蔽）。 而导体屏蔽正好相反； 它必须牢牢黏附于绝缘表面 （ 防止产生界面微孔和水分渗透）。 绝缘屏蔽的模量和撕裂强度是重要的参数， 其黏附强度也同样重要， 这些性质是由共聚物的性质、 添加剂的种类和加工工艺决定的。
5. 7. 2 炭黑的作用
在共聚物材料中添加半导电炭黑可以获得半导电性。 添加炭黑并适当处理后，炭黑填充的聚合物具有半导电性。 炭黑也叫炉黑或乙炔炭黑； 炉黑可由石油和天然气的不完全氧化获得， 而乙炔炭黑是由乙炔在高温下的分解产物[24] 。 除了具有导电性外， 炭黑还需有光滑表面， 适当的粒子尺寸， 纯度以及其在聚合物中的分散性。
很久以前， 人们就意识到添加有炭黑的弹性体的性质受很多因素制约： ①炭黑的性质， ②炭黑的浓度， ③聚合物基体的性质， ④交联体系[25] 。 后者不是目前的任务， 但别的因素是有相互联系的。
当炭黑在聚合物中形成聚集体时， 就可获得导电性， 导电性使得电子可以流动。 本章不详细介绍该技术， 但是要意识到聚集体间的电子隧道使得在半导电层产生了导电行为。 半导电屏蔽料最终的电性能是由聚集体结构和炭黑尺寸决定的。 图 5- 17 揭示了相互间关系是如何影响物理和电性能的[24] 。
具有高品质结构的炭黑趋向传递更大的导电性和硬结构进而聚集形成簇 （ 见图 5- 17）。 等炭黑添加到弹性体中时， 这种结构会被破坏， 破坏程度受炭黑的种类和混合工艺的影响， 因此， 合理控制很关键。 半导电屏蔽材料中炭黑的浓度取决于炭黑的种类， 其范围在 12% ～ 30% 之间。
表面光滑是必不可少的， 确保与绝缘的接触处不会有突起； 突起会导致高应力点的形成， 处于潮湿环境时， 水树很容易形成。 当出现在半导电屏蔽界面时，突起取决于炭黑的几何形状和高度。 因此， 炭黑的分散性和细度是获得均一光滑表面的关键因素。 炭黑在聚合物中的均匀分散， 以及恰当的混合和处理技术是必须的。
纯度是又一个关键因素； 制备好后， 炭黑可能含有少量的水分、 硫和无机盐。硫会损害电性能， 大部分无机盐来自加工过程中用于冷却的水[26] 。 在过去人们十
分关注无机离子。 于乙炔炭黑相比， 一直应用直到 20 世纪 80 年代中期的炉黑有更多的离子含量； 这会导致水树的生成， 进而失败。 最近， 清洁度增加的炉黑开始被使用； 需要注意的是， 年代较远的电缆在它们的屏蔽料中用的就是炉黑。
也可以添加别的添加剂。 例如， 添加别的添加剂来获得具有一定剥离性的绝缘屏蔽料， 但是此类添加剂不允许添加到导体屏蔽料中。 导体屏蔽料不能被剥离。
最后， 含有炭黑的屏蔽料还需要具有挤出性和可交联性， 就与绝缘料一样。 在这种情况下， 就可以在设计的范围内获得三层挤出。 影响导电性的因素有炭黑的类型和含量， 加工工艺， 交联体系和别的组分。 基础聚合物的类型是很重要的； 例如， 对于导体屏蔽， 组合如下： （ a） 炉黑与 EVA、 EEA 共聚， （ b） 乙炔炭黑与
EVA、 EBA 共聚。
5. 7. 3 非导电的屏蔽材料
设计不导电的屏蔽材料也是可行的。 基础树脂是乙丙橡胶， 其添加剂也是专用的。 通过添加剂来获得高介电常数 （ 见第 6 章） 来满足屏蔽料要求。 这种屏蔽材料与绝缘材料的接触， 来限制电荷 （ 不同于无放电， 见 5. 6. 3. 1 节）。 本质上， 在
考虑导体屏蔽时， 应力控制层需减小导体和绝缘间的应力。 其机理不同于 5. 7. 2 节中所讲述的屏蔽材料的机理[27] 。