摘要:论述了交联聚乙烯是以电缆专用的低密度聚乙烯为基础树脂,加入过氧化物体系,抗氧化物体系等,经特殊的工艺制成的电缆绝缘料。通过它与聚乙烯、聚氯乙烯物理性能比较,可以看出交联聚乙烯的电性能、机械性能优良。它的生产工艺分五种:过氧化物交联法、辐照交联法、硅烷交联法、紫外光交联法、盐交联法。目前,我国大多数电线电缆绝缘料的生产企业采用辐照交联法和硅烷交联法。在环保方面,随着人们对环保电线电缆的要求越来越迫切,交联聚乙烯绝缘料在电线电缆行业中更是具有不可取代的地位。
关键词:交联聚乙烯;聚乙烯;聚氯乙烯;飞鹤线缆
引 言
交联电缆迄今为止已有50多年的历史, 1952年查理氏贝在美国原子核反应堆试验中用辐射能将聚乙烯交联成交联聚乙烯,无意中发明了交联聚乙烯。交联聚乙烯电缆用绝缘料(简称XLPE)是以电缆专用低密度聚乙烯(LDPE)为基础树脂,加入过氧化物体系,抗氧化物体系等,经特殊的工艺制成的电缆绝缘料。经过交联改型的聚乙烯可使其性能得到大幅度的改善,不仅显著提高了聚乙烯的力学性能、耐环境应力开裂性能、耐化学药品腐蚀性能、抗蠕变性和电性能等综合性能,而且交联聚乙烯电缆因其结构轻便、施工简单、运行维护容易等原因迅速发展起来,交联聚乙烯绝缘料在我国电力电缆生产中是主要的绝缘料,因此有着较大的发展空间
交联聚乙烯的电气性能优于聚氯乙烯。聚氯乙烯的介质损耗较大,因而不适用于高频和高压的场合,用于低压电力电缆的聚氯乙烯因温升载流量低,传输容量小、过载能力差等原因,在一些大城市的电力部门聚氯乙烯绝缘电缆正逐步被交联聚乙烯电缆所取代[2]。虽然聚乙烯电绝缘性能优良;但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的,耐热老化性差。
1. 2 机械性能比较
交联聚乙烯是聚乙烯受到高能射线或交联剂的作用,在一定条件下从线性分子结构转变成体形三维结构,同时由热塑性塑料转变成不溶不熔的热固性塑料[3]。其机械物理性能要优于聚乙烯和聚氯乙烯14交联聚乙烯与热塑性聚乙烯比较,提高了耐热变形性,改善了高温下的力学性能,改进了耐环境应力龟裂与耐热老化性能,增强了耐化学稳定性和耐溶剂性,减少了冷流性,绝缘电阻高,介质损耗角,基本上不随温度的改变而改变,基本保持了原来的电气性能[4]。所以使用了交联聚乙烯可使电缆的长期工作温度从70e提高到90e。24交联聚乙烯较热塑性聚乙烯有一个明显的优点就是加入了大量的填充料而不显著降低其伸长率。因此,在1KV级以下电缆所用的交联聚乙烯中常常加入大量的粉料以降低其生产成本或获得某些特殊性能。例如:通过添加热裂法碳黑可提高拉伸强度和伸长率,改善耐候性;配合阻燃剂可使易燃的聚乙烯变为阻燃等。34交联聚乙烯与聚氯乙烯比较, XLPE抗热变性比PVC好,抗过载能力强。XLPE短路运行温度最高可达250e。而PVC耐热性差,其80e持续4h其变性可达50%。当电缆过载运行时易造成绝缘老化及软化变性而引起击穿, PVC老化引起电缆火灾事故占电火灾事故总数的50%。44交联聚乙烯密度比聚氯乙烯小40%左右,可以明显减轻架空线的质量。54XLPE的抗老化性好,产品使用寿命可以相应提高。64相同厚度的绝缘料,XLPE的载流量大。
2 交联聚乙烯的生产方法
2. 1 过氧化物交联法
过氧化物交联法,其过程是在聚乙烯树脂中加入一定量的过氧化物和抗氧剂,在一定的温度和压力下,引发聚乙烯中的交联剂,使其分解成化学活性很高的游离基,产生一系列的自由基反应,使聚乙烯生成交联聚乙烯,故又名化学交联法[5]。过氧化物交联挤出温度必须保持很低,否则早期交联可能焦化,影响质量,该温度极限严格,限制挤出速度,对设备要求高,能量消耗大,生产效率低。不适合于中小型的生产线。
2. 2 辐照交联法
辐照交联聚乙烯是在常温下,由电磁波(C射线)或加速粒子(B射线)引发,使聚乙烯大分子中的碳原子激发成活性自由基,使之形成分子链间的碳-碳键合,从而进行交联的网状结构,该交联是依靠物理能量进行的,故属于物理交联。由于此法是常温下固相交联,交联前后的晶体结构基本不变,所以材料的性能改善非常明显[6]。聚乙烯和各种乙烯共聚物用较低的辐照剂量就可以进行交联。由于辐照交联的聚乙烯是热塑性的,在普通的聚乙烯挤出机上用常用的加工温度挤出,不会产生前期交联,辐射交联的优点是:产品质量容易。