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熱延伸試驗的兩個指標,其中負載下的伸長率是表征聚乙烯交聯(lián)程度的一個物理量,而冷卻后的永久變形是表征聚乙烯交聯(lián)效果的物理量,也就是聚乙烯交聯(lián)的好壞是通過永久變形可以看出的。有的實測值達到了10%以上證明硅烷交聯(lián)的位置或者牢固程度不是很好。
解決這個問題要通過兩方面來考慮:一是原材料的質量,要和原材料供應商聯(lián)系,把你們測得的結果告訴供應商,讓他們從原材料配方上考慮一下。二是調整一下工藝溫度,蒸汽溫度一般設定在90~100℃為宜,適當?shù)脑黾咏宦?lián)時間,線徑是0.5到2.5平方的建議交聯(lián)時間為6~8小時,視絕緣線芯纏繞多少量而定。
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電線電纜絕緣材料的交聯(lián)方式
交聯(lián)絕緣電線電纜具有優(yōu)異的電氣性能,良好的運行安全性能和熱過載機械特性,以及安裝運行維修簡便等優(yōu)點。
電線電纜絕緣材料的交聯(lián)機理是采用物理或化學方法,使高分子絕緣材料由線性分子結構轉變成三維網(wǎng)狀結構,由熱塑性材料變成熱固性絕緣材料,從而提高了絕緣材料的耐老化性能,機械性能和耐環(huán)境的能力。美國從五十年代發(fā)明交聯(lián)絕緣電線電纜,六十年代逐步得到應用。近十年來,國內也越來越多地廣泛使用交聯(lián)絕緣,它代替了油紙絕緣,并正在逐步取代PVC塑料絕緣。
交聯(lián)絕緣的品種很多,從交聯(lián)的機理上主要分成兩大類,即物理交聯(lián)和化學交聯(lián)。
1、化學交聯(lián):化學交聯(lián)又分高溫交聯(lián)和低溫交聯(lián)兩種方法。
(1)、高溫交聯(lián)又稱過氧化物交聯(lián),一般采用有機過氧化物作為交聯(lián)劑,在熱的作用下,分解生成活性的游離基,這些游離基使聚合物碳鏈上產生活性點,并產生C-C交聯(lián)鍵,形成三維網(wǎng)狀結構。
高溫交聯(lián)包括蒸汽交聯(lián)和干法交聯(lián)兩種工藝形式,國外交聯(lián)電纜在六十年代大多采用蒸汽交聯(lián)工藝,由于蒸汽交聯(lián)使絕緣中的水分含量增加,絕緣品質不好,目前已經完全被淘汰了;七十年代開始,國外普遍應用干法交聯(lián)工藝,使用高壓硫化管道,快速加熱的方法進行交聯(lián)。
(2)、低溫交聯(lián)又稱溫水交聯(lián)或硅烷交聯(lián),電纜在70-90℃的溫水中交聯(lián),絕緣中的交聯(lián)劑--硅烷在吸水后,線性結構反應生成網(wǎng)狀的交聯(lián)結構。
2、物理交聯(lián):又稱輻照交聯(lián),分為γ-射線交聯(lián)和電子束交聯(lián)兩種方法。
(1)、γ-射線交聯(lián)由于劑量率低,照射過程中無法穿透線纜的芯線,所以,目前只是在熱縮材料的交聯(lián)中有應用,而電線電纜生產中一般不采用γ-射線交聯(lián)。
(2)、電子束交聯(lián),利用電子加速器配合束下輻照裝置,采用高能量電子束(一般能量在1.0-3.0MeV之間)對電線電纜的絕緣層進行照射,引發(fā)高分子材料產生自由基,形成C-C交聯(lián)鍵,生成三維網(wǎng)狀結構。
目前,高溫交聯(lián)(或稱干法交聯(lián))由于設備投資大,耗電量大,生產速度慢,生產線龐大,線纜在生產過程中存在高溫和高壓力,如果電纜截面較小,在生產線上會被拉細或拉斷;同時更換產品規(guī)格時間長,頭尾的物料浪費嚴重,相對生產成本較高。因此,干法交聯(lián)適合于生產10-500KV的70mm2以上的大截面,高電壓等級的電纜。
溫水交聯(lián)(或稱硅烷交聯(lián))因為水分不容易滲入厚的絕緣層中,一般用于生產10KV以下的電纜,由于在生產過程中有水和氣體生成,長期使用過程中易產生水樹、電樹等問題;同時,對于硅烷料的雜質含量,介電性能以及溫水交聯(lián)的溫度和交聯(lián)速度即絕緣材料的交聯(lián)度的控制,工藝技術上較難掌握。
輻照交聯(lián)(或稱物理交聯(lián))電線電纜的交聯(lián)度隨著輻照劑量的增加而增加,通過控制加速器及束下設備的運行參數(shù),可以獲得重復性非常好的交聯(lián)度值。同時,由于輻照交聯(lián)是在常溫常壓下交聯(lián),輻照過程中不存在高壓力和高溫度,不需要加水或加熱,交聯(lián)中沒有水和氣體生成,因此長期使用中不會發(fā)生水樹、電樹等影響電線電纜壽命的老化,不存在電線電纜內部結構變動或熔化或降低電線電纜的拉斷力。但由于受加速器能量以及束下設備的限制,輻照交聯(lián)一般適用于10KV以下630mm2以內的電線電纜的生產。
輻照交聯(lián)方法生產的電線電纜具有耐熱、耐磨損、耐切通性、耐環(huán)境應力開裂、耐腐蝕性、抗張強度高、耐烙鐵性,與其它交聯(lián)加工方法相比較,絕緣性能更佳,不會因未反應的催化物而導致高聚物的降解,可提高電性能、熱老化性和材料的穩(wěn)定性。
電子加速器針對電線電纜的輻照方式,已經開發(fā)出三面掃描,四面掃描裝置,以及采用雙面多次輻照、沿掃描窗縱向旋轉輻照等方法,同時采用電線電纜芯線單獨接地等方式徹底克服了輻照不均勻,彎曲次數(shù)多,存在空間電荷等缺陷。而輻照交聯(lián)絕緣品質最佳,交聯(lián)度高,耐熱耐候性好,速度快,效率高,成本低等諸多優(yōu)點,以被越來越多的電線電纜生產廠家所重視,近十年來,國內已有十幾家大型電線電纜廠投產了加速器輻照交聯(lián)設備,并取得了相當良好的經濟效益。
特別值得提出的是通過對高聚物中添加耐溫、阻燃等性能的助劑,經過輻照交聯(lián)可以生產出耐溫等級達到125-150℃的高溫線纜,而低煙無鹵耐熱阻燃性能的線纜,只能采用輻照交聯(lián)的方式進行生產。
因此,輻照交聯(lián)是各種軟線、電氣裝備線纜、耐高溫和阻燃電線電纜的最理想的工藝方法和生產方式。
隨著我國經濟高速穩(wěn)定的增長,加入WTO,國際經濟技術交流的加快,各行各業(yè)對線纜的要求越來越高,不但要求阻燃和不易然性,而且要求燃燒時具有低煙無毒的性能,更注重產品的無毒,防火,安全性能。同時,出口的機電產品,家用電器等電氣裝備用線都要符合進口國嚴格、苛刻的安全指標,而歐共體國家將在2004年取消聚氯乙烯電線電纜標準,不再使用。
可見,輻照交聯(lián)電線電纜產品以其適應范圍廣,低成本,高效率,高性能,高品質,必將擁有廣闊的發(fā)展前景。
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表1 三種交聯(lián)方式的比較
| 比較項目 | 化學交聯(lián) | 輻照交聯(lián) | 硅烷交聯(lián) |
| 投 資 | 大 | 較大 | 小 |
| 交聯(lián)方式 | 在線100米管道或立塔高壓氮氣保護、高溫、水冷交聯(lián)。 | 收放線、電子束物理交聯(lián)。 | 成盤、溫水浸泡或蒸氣熏蒸8小時以上交聯(lián)。 |
| 交聯(lián)成本 | 高 | 低 | 較高 |
| 優(yōu)勢領域 | 大長度、超高或高壓電力電纜(10—110kv)。 | 中、低壓電纜、特殊裝備用線、阻燃線纜、交聯(lián)PVC、PP、含氟聚合物等。 | 中、低壓電纜、建筑用線、普通控纜等。 |
| 主要優(yōu)點 | 1、 擠線和交聯(lián)過程同步,擠出過程潔凈、交聯(lián)過程密閉; 2、 生產設備及生產工藝成熟。 | 1、生產工藝簡單,可利用原有設備,交聯(lián)過程可控制; 2、加工材料的種類多,尤其是耐溫、阻燃等高性能的材料。 | 1、生產工藝簡單,可利用原有設備。 2、單位生產成本低。 |
| 主要問題 | 1、 不適合小截面、薄絕緣線纜; 2、 有化學殘留物。 | 1、不適合10KV以上線纜; 2、部分大線輻照裝置存在問題,輻照均勻性差。 | 1、生產工藝難控制,產品質量不穩(wěn)定; 2、生產效率低。 |
從表1中可以看出,由于化學交聯(lián)生產工藝的特殊性,在耐高壓、大截面線纜上有其它交聯(lián)方式不可替代的優(yōu)勢;中低壓普通交聯(lián)線纜,輻照交聯(lián)、溫水交聯(lián)相互競爭已成現(xiàn)實;但在耐高溫、阻燃和除聚乙烯材料外的其它聚合物交聯(lián)上輻照交聯(lián)有獨特的優(yōu)勢。所以三種交聯(lián)方式生產的產品在交聯(lián)線纜市場都有各自的發(fā)展方向和市場空間。
