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輻照交聯(lián)電纜及材料的研究探討

 吳工圖書(shū)館 2016-04-07

摘要:本文敘述了輻照交聯(lián)技術(shù)及在電線電纜行業(yè)的應(yīng)用,并根據(jù)研發(fā)和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn),從配方角度、加工工藝等方面探討對(duì)電纜性能的影響,以期給輻照交聯(lián)電纜及材料的開(kāi)發(fā)人員一個(gè)參考。

關(guān)鍵詞:輻照交聯(lián)、電纜、配方、工藝、質(zhì)量

一、輻照交聯(lián)電纜簡(jiǎn)介1、2

電線電纜是傳送電能、傳輸信息和制造各種電器、儀表不可缺少的基本元件,是電氣化、信息化的基礎(chǔ)產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)、千家萬(wàn)戶(hù)。高分子材料因?yàn)樽陨淼膬?yōu)良特性,合理的性?xún)r(jià)比等,所以被廣泛用電纜的絕緣層、護(hù)套層。隨著社會(huì)發(fā)展,在微電子、家電、汽車(chē)、航空、通訊、電力等系統(tǒng),交通運(yùn)輸行業(yè)和建筑領(lǐng)域對(duì)電線電纜不斷提出更高的要求,常規(guī)電線電纜就很難滿足這些要求,交聯(lián)改性可大大提高電線電纜的工作溫度、耐溶劑、耐環(huán)境老化,耐開(kāi)裂等性能。目前電線電纜采用的交聯(lián)主要有化學(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)、輻照交聯(lián)三種。

1、三種交聯(lián)電纜比較

交聯(lián)方式

化學(xué)交聯(lián)

硅烷交聯(lián)

輻照交聯(lián)

投資

交聯(lián)工藝

在線管道或高塔內(nèi)氮?dú)獗Wo(hù)、高溫交聯(lián)

成盤(pán)后,溫水浸泡或蒸汽熏蒸或自交聯(lián)

收放線,電子加速器輻照

加入助劑

過(guò)氧化物(如DCP等)

硅烷、引發(fā)劑(如DCP

敏化劑

材料成本

中等

昂貴

廉價(jià)

交聯(lián)成本

較高

生產(chǎn)速度

中等

材料存儲(chǔ)

長(zhǎng)

時(shí)間短

長(zhǎng)

加工性能

一般

一般

優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域

大線徑,高壓或超高壓電力纜

線徑一般,中、低壓電纜,建筑用線,普通控纜等

小線徑,中低壓電纜、裝備用線、阻燃電纜、交聯(lián)PVC、PP、含氟聚合物等

主要優(yōu)點(diǎn)

拉線和交聯(lián)同步,過(guò)程封閉、潔凈;設(shè)備和工藝成熟

生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單,可利用原有設(shè)備,單位生產(chǎn)成本不高

生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單,可利用原有設(shè)備;加工材料多選擇多,可生產(chǎn)阻燃材料;輻照可外加工

主要缺點(diǎn)

不適合小線徑、薄壁線纜;有化學(xué)殘余物

工藝難控制,質(zhì)量不穩(wěn)定;生產(chǎn)效率低

不適合10kv以上線纜

    交聯(lián)電纜因其耐溫好、抗過(guò)載能力強(qiáng)、物理機(jī)械性能好,使用壽命長(zhǎng),已經(jīng)廣泛采用。化學(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)、輻照交聯(lián)因?yàn)楦饔袃?yōu)勢(shì)目前在市面上同時(shí)存在,化學(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)主要用在聚乙烯交聯(lián)電纜上,對(duì)于耐溫要求更高的電纜、阻燃和其他材料上輻照交聯(lián)更有優(yōu)勢(shì)。

   上個(gè)世紀(jì)50年代Charlesby發(fā)現(xiàn)高能電離輻射可以引發(fā)聚乙烯交聯(lián)聚合反應(yīng)后,相關(guān)研究就多了起來(lái),但高能輻射屬于核技術(shù),其民用發(fā)展較慢。后來(lái)化學(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)發(fā)展起來(lái),迅速應(yīng)用于電纜,反而超過(guò)輻照交聯(lián)電纜。后來(lái)隨著民用電子加速器的發(fā)展,輻照交聯(lián)電纜得到了迅速的發(fā)展。

二、輻照交聯(lián)電纜配方研究3-10

     電纜被覆用的高分子材料常用有聚氯乙烯、橡膠、聚烯烴、SEBS、EPDM等,有特殊要求場(chǎng)合還會(huì)用到尼龍、PEEK、PPO、PPS等高性能材料。這些材料大部分需要加入阻燃劑、加工助劑等進(jìn)行改性,以更好的滿足加工和使用的特性。這些材料中基礎(chǔ)樹(shù)脂、一部分阻燃劑和加工助劑是有機(jī)物,大部分阻燃劑或填料是無(wú)機(jī)化合物。有機(jī)物特別是高分子的化學(xué)鍵,易被高能射線打斷。而無(wú)機(jī)物的化學(xué)鍵,不易被高能射線打斷,而且一些無(wú)機(jī)物的晶格能特別強(qiáng),不易被高能射線破壞。因此在輻照交聯(lián)電纜配方的材料選擇時(shí),需要考慮其抗輻照能力。

2、高分子材料及助劑常見(jiàn)幾種化學(xué)鍵

化學(xué)鍵

鍵長(zhǎng)10-12 m

鍵能(kJ/mol)

化學(xué)鍵

鍵長(zhǎng)10-12 m

鍵能(kJ/mol)

C-C

154

332

C-O

143

326

C-H

109

414

C-N

148

305

C-Cl

177

328

C-Br

194

276

1、基體樹(shù)脂

 在常規(guī)的環(huán)境中,一般的材料如PVC、聚烯烴就可以了,它們的耐溫等級(jí)在60-90℃。在要求更高的場(chǎng)合,如使用耐溫樹(shù)脂,不僅成本會(huì)大幅度提高,且會(huì)使加工變得困難。而交聯(lián)不改變?cè)屑庸囟?,可使材料的使用溫度大幅度提高。化學(xué)交聯(lián)需要加入DCP等引發(fā)劑,所以材料的加工溫度不應(yīng)超過(guò)DCP分解溫度,這就限制了一些材料(如PVC、HDPEPP、氟塑料等)進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)。硅烷交聯(lián)需要加入化學(xué)活性較高的硅烷,容易和水分或其他活性基團(tuán)等反應(yīng),不耐儲(chǔ)存,而且需用DCP等引發(fā),這樣就存在和化學(xué)交聯(lián)類(lèi)似問(wèn)題。高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同, 輻射交聯(lián)的能力有很大差別, 有的以降解為主(如PMMA、聚異丁烯等)、有的則以交聯(lián)為主(如PVC、聚烯烴類(lèi)等大多數(shù)高分子材料)。

PVC電纜料經(jīng)過(guò)輻照后可以提高耐溫等級(jí),但是僅僅從耐溫等級(jí)方面來(lái)說(shuō),PVC材料可通過(guò)樹(shù)脂聚合度、增塑劑、穩(wěn)定劑的選擇達(dá)到70℃、90℃、105℃等耐溫等級(jí),而且人們也嘗試開(kāi)發(fā)新型的增塑劑和穩(wěn)定劑,使PVC材料可以不必通過(guò)輻照達(dá)到125℃的耐溫要求。所以PVC的輻照交聯(lián)主要目的不是提高耐溫等級(jí),而是改善熱變形、降低熱收縮等。而隨著無(wú)鹵化的潮流,更多人對(duì)PVC材料的安全性提出疑問(wèn),所以輻照PVC電纜使用可能會(huì)減少。

目前輻照交聯(lián)電纜材料研究重點(diǎn)是以聚烯烴為基體樹(shù)脂,聚烯烴主要包括EVA、POEPE、PP等,它們自身的熱性能如下:

3、聚烯烴樹(shù)脂的耐熱性能

材料

EVA

7470M

EVA

5110J

POE

8200

POE

8150

LDPE

2420K

LLDPE

218w

HDPE

8380

PP

50215

維卡軟化點(diǎn)℃

48

60

37

46

90

96

127

135

熔點(diǎn)℃

76

83

59

55

110

123

131

165

從表3來(lái)看,聚烯烴材料自身的耐溫性能為:POEEVALDPELLDPEPP,對(duì)于耐溫要求更高的材料如125℃、150℃輻照交聯(lián)電纜料,采用耐溫性能較高的材料似乎更有利。但有研究表明,輻照交聯(lián)主要發(fā)生在非晶區(qū)域,聚烯烴材料的結(jié)晶度和其耐熱性能一致,但結(jié)晶度強(qiáng)加會(huì)影響其交聯(lián)性。聚烯烴材料的結(jié)晶性提高,可以提高其耐熱性能,但在輻照時(shí)影響其交聯(lián),不利于提高耐熱性能。這似乎是一對(duì)矛盾,需要多次的實(shí)驗(yàn)確定合適的材料、較佳的配比。而PP因?yàn)楹屑谆褪逄荚樱菀资芄?、熱氧老化,在配方選擇時(shí)要特別注意。

此外氟塑料、偏聚氯乙烯和一些橡膠材料(如氯丁膠、氯化聚乙烯、丁基膠、乙丙膠、硅橡膠等)也可以作為輻照交聯(lián)基體樹(shù)脂。

2、阻燃劑的選擇

隨著人們對(duì)安全意識(shí)的提高,對(duì)電纜的阻燃要求也越來(lái)越高。電纜料中可用的阻燃劑較多,常用有溴/銻、氫氧化物、含磷或氮化合物等,且交聯(lián)本身也可提高材料的阻燃性。輻照交聯(lián)電纜料因?yàn)橐M(jìn)行輻照,其添加的阻燃材料如果因?yàn)楦吣茌椛涠艿狡茐?,將?huì)影響阻燃效果。溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷、十溴二苯醚中C-Br鍵,磷氮類(lèi)阻燃劑中的有機(jī)物化學(xué)鍵容易被高能輻射,所以在輻照交聯(lián)電纜料中這兩類(lèi)阻燃劑效果不好。

無(wú)機(jī)阻燃劑不易被高能輻射破壞,所以在輻照交聯(lián)阻燃電纜料中應(yīng)用較好,如氫氧化鋁、氫氧化鎂等。輻照交聯(lián)阻燃電纜料的耐溫等級(jí)較高,在較高溫度下鐵及其他過(guò)渡金屬元素可以催化降解,所以在耐溫等級(jí)較高的電纜料中要控制材料中的雜質(zhì)。礦物法氫氧化鎂因?yàn)楹须s質(zhì)較多,在高耐溫電纜中使用效果就不是很好。相似原因,蒙脫土類(lèi)阻燃劑在輻照交聯(lián)阻燃電纜料應(yīng)用效果也不是很好。目前輻照交聯(lián)電纜中常使用的阻燃劑有氫氧化物、紅磷或一些無(wú)機(jī)化合物。

3、抗氧劑的選擇

     高分子聚合物在加工、存儲(chǔ)、使用過(guò)程中,會(huì)因氧、臭氧的作用而氧化,這種氧化在光、熱和金屬離子的作用下會(huì)加快反應(yīng),高分子材料的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化,高分子鏈發(fā)生降解,物理性能也會(huì)相應(yīng)變壞, 如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、失去強(qiáng)度等,為此高分子材料的一般需要加入抗氧劑。

    抗氧劑在輻照交聯(lián)電纜中的作用主要有以下幾個(gè)方面:1、電纜料在改性加工過(guò)程、套塑擠出時(shí)抵抗高溫加工的氧化;2、在輻照過(guò)程中捕捉輻照時(shí)的氧,因?yàn)檠跖c自由基反應(yīng)會(huì)阻礙交聯(lián)的進(jìn)行;3、電纜在長(zhǎng)期高溫使用過(guò)程中,提高抵抗長(zhǎng)期熱老化性能。而抗氧劑多是有機(jī)化合物,在輻照過(guò)程容易被破壞,所以輻照交聯(lián)電纜料需要添加抗氧劑的量比較多,而且選擇的抗氧劑要具有一定抗輻射能力,并需要多種抗氧劑協(xié)效使用,以便達(dá)到更好的效果。

4、交聯(lián)敏化劑的選擇

 敏化劑是一類(lèi)多官能團(tuán)單體,它能把體系中的非鏈?zhǔn)椒磻?yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)椒磻?yīng),從而降低輻射劑量。工業(yè)上常用的敏化劑有:三聚氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、三聚氰酸三炔丙酯(TAC)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTM)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等,其中TAIC產(chǎn)品比較成熟,性?xún)r(jià)比合適,所以國(guó)內(nèi)TAIC使用較多。

敏化劑的加入使輻照交聯(lián)的起始劑量降低,增加相同劑量下的凝膠量,使交聯(lián)更加容易。筆者在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),大多數(shù)敏化劑是液體有機(jī)物,它的加入對(duì)輻照前材料具有一定的增塑作用,加入的越多使伸長(zhǎng)率增加,但輻照后的交聯(lián)程度會(huì)增加,又降低了伸長(zhǎng)率。敏化劑因?yàn)槭怯袡C(jī)可燃物,加入過(guò)多不利于阻燃。而且有研究表明,敏化劑加入過(guò)多,擠出時(shí)物料有結(jié)團(tuán),下料困難。在實(shí)際生產(chǎn)中,敏化劑加入的數(shù)量一般控制在1%左右,這樣既可以保證加工便利,又可以保證性能。

5、其他材料的選擇

在電纜料中一般還會(huì)加入潤(rùn)滑劑(如硅酮、蠟類(lèi))、相容劑、色粉等,它們?cè)诓牧现懈饔凶饔茫尤氲牧坎欢?,考慮到輻照可能會(huì)對(duì)破壞這些材料的化學(xué)鍵,使它們效果失去或降低,在配方中也需要使用耐輻照材料或適當(dāng)增加用量。

三、加工工藝11-13

     輻照交聯(lián)電纜的生產(chǎn)加工方式比常規(guī)電纜多了一步輻照工藝,其他步驟和常規(guī)電纜工藝相似。

首先各種材料經(jīng)過(guò)混合、塑化、造粒得到改性好的電纜料,這一步驟多在電纜料生產(chǎn)廠家進(jìn)行。目前廠家改性的工藝多為:1、密煉機(jī)+雙螺桿擠出機(jī)+單螺桿擠出機(jī)工藝;2、混合鍋+雙螺桿擠出機(jī)+單螺桿擠出機(jī)工藝。在改性生產(chǎn)工藝中最重要的參數(shù)就是溫度,需要根據(jù)材料自身的特性,塑化的要求對(duì)不同區(qū)間的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

輻照交聯(lián)電纜電纜的套塑擠出,多使用65機(jī)或90機(jī),工藝中對(duì)質(zhì)量影響較大的主要有擠出溫度和模具。在套塑工藝中提高擠出溫度有利于塑化,增加出膠量,使電線包裹均勻、圓整,提高拉線速度等。生產(chǎn)中溫度過(guò)低材料塑化不良影響質(zhì)量,溫度過(guò)高會(huì)使材料發(fā)生老化或降解。在套塑工藝中如果電纜外表光滑、細(xì)膩,橫切剖面均勻、無(wú)氣孔,我們一般可以視為塑化良好。模具是電線擠出過(guò)程中定型裝置,其設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電線的擠出速、電線的幾何尺寸、表面質(zhì)量,進(jìn)而影響電纜的質(zhì)量。目前電纜擠出的模具主要有擠壓式、擠管式。擠壓式使塑層緊緊包在導(dǎo)體上、不易剝離,在模具處有再塑化的功能,所以表面更好,利于提高速度。擠管式有一定的拉伸比,材料在拉伸過(guò)程取向,且塑層比較“松”,且易于清理模具。兩種模具各有優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)用于不同要求電纜。

   電子加速器的發(fā)展促進(jìn)了輻照交聯(lián)技術(shù)在電纜行業(yè)的應(yīng)用。電纜行業(yè)常用的國(guó)產(chǎn)工業(yè)電子加速有江蘇達(dá)勝和無(wú)錫愛(ài)邦等。電線輻照加工工藝中主要有輻照劑量、電子束能量、束流與輻照速度等幾個(gè)重要工藝參數(shù)。以俄羅斯生產(chǎn)的ELV-8型工業(yè)電子加速器為例:電子束能量0.6-2.5MeV,束流0-40mA,功率100kW其中輻照劑量最為重要,輻照劑量和材料、設(shè)備有關(guān),一般情況下電纜的輻照劑量在100kGy(10兆拉德)左右,而具體的輻照劑量要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。目前廠家多根據(jù)輻照后熱延伸情況,來(lái)調(diào)節(jié)輻照劑量。

四、輻照交聯(lián)電纜的應(yīng)用范圍14-17

隨著電氣設(shè)備、機(jī)車(chē)等行業(yè)對(duì)電纜要求的提高以及輻照交聯(lián)技術(shù)在電纜工業(yè)上的技術(shù)進(jìn)步和廣泛應(yīng)用,輻照交聯(lián)電纜最近一些年發(fā)展較快。輻照交聯(lián)電線己成功地用于電機(jī)繞組引接線、電器安裝線、汽車(chē)線、機(jī)車(chē)車(chē)輛用線、建筑用線、艦船用電線、石油工業(yè)用電纜、架空電纜、光伏電纜、航空航天、核工業(yè)方面。

在我們生活中建筑物內(nèi)常見(jiàn)的各種連接線、安裝線,是一根銅絲包裹絕緣層,用于低壓的電氣設(shè)備及照明裝置,該電線俗稱(chēng)“布電線”。布電線被覆材料常用聚氯乙烯和聚烯烴材料,且構(gòu)造和工藝較為簡(jiǎn)單,所以生產(chǎn)廠家較多。為了規(guī)范生產(chǎn),制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):JB/T 10438 額定電壓450/750V及以下交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電線和電纜》、《JB/T10491額定電壓450/750V及以下交聯(lián)聚烯烴絕緣電線和電纜》。這兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的電纜可用于布線、電氣連接線,但更多為建筑用建筑用交聯(lián)布電線所采用,在標(biāo)準(zhǔn)中交聯(lián)聚氯乙烯電纜要求耐溫90℃、105℃,交聯(lián)聚烯烴絕緣電纜要求耐溫105℃、125℃、150℃,此外該電纜還要求一定的阻燃要求,如單根垂直燃燒或成束燃燒,其他一般的電性能和機(jī)械性能和其他電纜相似。

上述的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也可以用于電氣安裝線,但電氣安裝線應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛,不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)線纜要求也各不相同。而在一些場(chǎng)合需要用到線徑的比較細(xì),該類(lèi)線屬于俗稱(chēng)的“電子線”。電子線可以參考的標(biāo)準(zhǔn)還有《JB/T10436電線電纜用可交聯(lián)阻燃聚烯烴料》,更多的時(shí)候電子線依據(jù)的是國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)如美國(guó)的UL758、UL1581,加拿大的CSA22.2 等。電子線耐溫等級(jí)從室溫到150℃,對(duì)機(jī)械性能和電性能沒(méi)有特別的要求,但因?yàn)殡娮泳€線徑較小,不容易通過(guò)燃燒測(cè)試,這一點(diǎn)需要注意。

     電機(jī)繞組引接軟線中也需用到輻照交聯(lián)電纜,《JB/T6213 電機(jī)繞組引接軟電纜和軟線》中規(guī)定連續(xù)運(yùn)行導(dǎo)體最高溫度90-180℃??紤]到電機(jī)繞組的實(shí)際使用,需要對(duì)線纜進(jìn)行熱效應(yīng)試驗(yàn)、耐溶劑試驗(yàn)、耐浸漬試驗(yàn)等。電機(jī)引接線來(lái)說(shuō),除了以上一些機(jī)械物理性能外,為滿足不同電機(jī)廠的工藝,對(duì)絕緣材料還會(huì)有一些特殊要求,例如:高溫下不粘連、變形小等。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,對(duì)汽車(chē)顯得需求也大幅度增加,汽車(chē)在行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱、日光暴曬等,使設(shè)備內(nèi)溫度很高,因此也需要耐溫好的輻照交聯(lián)電纜,汽車(chē)用輻照交聯(lián)電纜以聚烯烴為主,和汽車(chē)類(lèi)似,主要分為美標(biāo)(SAEJ l128)、日標(biāo)(JASOD 608和歐標(biāo)(德國(guó)DIN72551、法國(guó)NF-R13-415、ISO 672),汽車(chē)線纜除了常規(guī)電纜的要求,對(duì)耐油性、耐磨性、耐臭氧性、熱收縮提出了更高的要求。而汽車(chē)制造商規(guī)模大、技術(shù)能力強(qiáng),所以對(duì)汽車(chē)線纜有自己的規(guī)范。

機(jī)車(chē)用線纜和汽車(chē)電纜有些相似,但機(jī)車(chē)電纜對(duì)可靠性要求更高、且需要一些高壓電纜。目前我國(guó)《GB/T12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車(chē)輛用電纜》,耐溫要求可高達(dá)150℃,而2013年以來(lái),鐵路客車(chē)車(chē)輛用電線電纜等電氣件均執(zhí)行鐵路技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)TJ/CL254。目前我國(guó)高鐵的發(fā)展走在世界前列,隨著高鐵速度的提升,對(duì)線纜的要求也越來(lái)越高,某些方面接近航空電線相似,預(yù)計(jì)耐高溫線纜、薄壁絕緣線還有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。

船用電纜材料的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 17556-2010 船用電力和通信電纜護(hù)套材料(對(duì)應(yīng)IEC60092-359)》、《GB/T 17557-2010 船用電力和通信電纜絕緣材料(對(duì)應(yīng)IEC60092-351)。船用電纜是指專(zhuān)用于船舶及水上建筑中具有特殊性要求的電纜,因?yàn)榇暗墓ぷ鳝h(huán)境與其它行業(yè)相比較具有很強(qiáng)的特殊性,船艙內(nèi)空間狹小、動(dòng)力裝置處炎熱、潮濕、存在油污等,所以使用輻照交聯(lián)可以使船用電纜滿足特殊的要求。

    最近幾年新能源的開(kāi)發(fā)如火如荼,太陽(yáng)能作為清潔、無(wú)盡的能源必然受到重視。光伏發(fā)電已成為開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的主要途徑,積極開(kāi)發(fā)作為傳輸部件的光伏電纜具有重要意義。為了滿足光伏系統(tǒng)在戶(hù)外惡劣環(huán)境條件下的工作要求,開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能發(fā)電用光伏電纜,它具有耐高低溫性能好、耐紫外線能力強(qiáng)、耐酸堿化學(xué)腐蝕性高、耐磨性能好、使用壽命長(zhǎng)等要求,所以輻照交聯(lián)在光伏電纜上有較多應(yīng)用。光伏電纜的要求目前主要依據(jù)兩個(gè):德國(guó)的TUV 2PfG1169、美國(guó)的UL4703。UL的標(biāo)準(zhǔn)電纜的電壓和溫度等級(jí)有多種,在材料及結(jié)構(gòu)選擇方面給予電纜制造廠更大的自由,UL標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有線纜元件鹵素含量要求,但其燃燒試驗(yàn)要求高于TUV標(biāo)準(zhǔn)。

五、產(chǎn)品性能及質(zhì)量控制

輻照交聯(lián)可提高電線電纜的耐溫、耐溶劑、耐環(huán)境老化等性能,因此輻照交聯(lián)電纜除了電纜常規(guī)的機(jī)械性能、電性能、阻燃性等,還有其自身特殊的要求。

    凝膠含量是表面材料交聯(lián)程度的一個(gè)重要指標(biāo)。一般線性高分子材料都可以在一定條件下溶解于某些溶劑中,但交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則不溶于任何溶劑?;谶@一原理,可以得到凝膠含量,它是表征聚合物交聯(lián)程度最直接、最簡(jiǎn)便的方法。將已知重量的交聯(lián)聚合物放入索氏抽提器中,用適當(dāng)?shù)娜軇┗亓饕欢ǖ臅r(shí)間,取出后,經(jīng)真空干燥、稱(chēng)重,即可求出凝膠含量。

凝膠雖說(shuō)表征聚合物交聯(lián)程度比較準(zhǔn)確,但操作比較繁瑣,所以在電纜行業(yè)常測(cè)試輻照后電纜被覆材料的熱延伸來(lái)判斷交聯(lián)程度。在200施加0.2MPa的拉力15min后,伸長(zhǎng)率小于175%,試樣從熱老化箱中取出并冷卻后,永久熱變形小于15%,即交聯(lián)合格。

輻照交聯(lián)最重要的提高電纜耐溫等級(jí),《JB/T10436-2004電線電纜用可交聯(lián)阻燃聚烯烴料》中交聯(lián)電纜料的溫度等級(jí)為90105、125、150,雖然老化時(shí)間都是168小時(shí),但老化溫度分別為121、136、158、180。通過(guò)輻照交聯(lián)后不同耐溫等級(jí)的電纜料,需要通過(guò)相應(yīng)等級(jí)的熱老化,然后測(cè)試其機(jī)械性能的變化率,要求拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率變化率在20%25%。

對(duì)于特殊場(chǎng)合用的輻照交聯(lián)電纜還要求具有耐油性、耐酸堿性等性能。耐油主要指耐礦物油和燃料油,燃料油的分子量更小,更容易進(jìn)入高分子鏈之間發(fā)生溶脹。因此一般情況下輻照交聯(lián)電纜如果可以通過(guò)耐燃料油,通過(guò)礦物油測(cè)試沒(méi)有太大問(wèn)題。耐酸堿性試驗(yàn)中的酸有草酸、稀鹽酸等,堿為氫氧化鈉溶液。

輻照交聯(lián)電纜料因?yàn)槠湫阅軆?yōu)越,所以應(yīng)用于越來(lái)越多的場(chǎng)合。某些特殊的場(chǎng)合,會(huì)有一些特殊的要求,而其中可能是一些新的要求。為了滿足輻照交聯(lián)電纜的更高要求,這就需要我們從材料、配方角度做更多的研究工作。

六、感謝

交聯(lián)敏化劑由湖南方銳達(dá)趙宏巨經(jīng)理提供,

抗氧劑由揚(yáng)州萬(wàn)禾汪國(guó)慶總經(jīng)理、上海祥譽(yù)(風(fēng)光抗氧劑)張明德經(jīng)理、上海朗裕鄭銳經(jīng)理提供,

硅酮母粒由上虞佳華邱里勇經(jīng)理,上海麥太俞忠發(fā)經(jīng)理提供,

氫氧化鎂由成再成夏超經(jīng)理和雅寶秦大州經(jīng)理,江蘇艾特克王海軍副總經(jīng)理提供,

氫氧化鋁由淄博鵬豐曹總提供提供,

硅烷偶聯(lián)劑由揚(yáng)州萬(wàn)禾汪國(guó)慶總經(jīng)理提供,

紅磷母粒由上海麥太俞忠發(fā)經(jīng)理提供,

PE/EVA相容劑由上海久聚潘總提供,

在此對(duì)以上各位在本項(xiàng)目中提供的幫助和支持表示感謝!

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備注:本文于2015年11月在中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)及電線電纜專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)上做匯報(bào)

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