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輻射交聯電纜及材料

一、電纜的簡介

1. 電纜種類

電纜有電力電纜、控制電纜、補償電纜、屏蔽電纜、高溫電纜、計算機電纜、信號電纜、同軸電纜、耐火電纜、船用電纜、礦用電纜、鋁合金電纜等等。它們都是由單股或多股導線和絕緣層組成,用來連接電路、電器等?;貜?rdquo;線纜“,查詢更多相關文章

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2. 電纜的基本組成

電力電纜最里邊的是線芯(導體),線芯外面是相絕緣和填料,再外面是三相統包絕緣,統包絕緣外為鉛包,鉛包外層為防護層如鋼甲和聚氯乙烯護套。如YJQOZ 220/1×800交聯電纜的結構由里到外依次為:導體、半導電包帶、導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、縱向阻水層、鉛套、瀝青、PVC帶、PVC護套和半導電涂層。

3. 電纜的基本性能

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二、電纜的交聯

1. 交聯改性對電纜的影響


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2.交聯技術的發展

1952年,查爾斯(charlesby)在一次核反應堆試驗中利用輻射能將聚乙烯交鏈成交聯聚乙烯,從而發明了交聯聚乙烯絕緣;

1957年,GE在上述原理上基礎上,采用過氧化物(DCP)作為化學交聯反應劑,首先在電纜工業中制造了交聯電纜;

六十年代末,道康寧(Dow Corning)公司發明硅烷交聯技術,發展至今

3.線纜輻射交聯工藝

一共有三種生產工藝:二步法`一步法`和乙烯-硅烷共聚法。

二步法工藝是最早發展起來的技術,次法投資少,成本低,但易帶入雜質,只能用于低壓電纜的制造,它對設備的要求小,在常規的擠出設備上即可完成;

一步法將接枝反應和添加縮合催化劑過程合并,以一步法擠出電纜,減少雜質的污染機會,適用于制造中低壓電力電纜。但該工藝技術難度大,一般需要專門制造的擠出機,且投資比一步法大;

共聚法中硅烷共聚物是在PE反應器中進行反應的,它顯著的提高了交聯PE的電絕緣性能,除用于低壓電纜的制造外,更適用于中低壓電纜。回復”線纜“,查詢更多相關文章

 

4.電線電纜主要采用的交聯方式


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5.三種交聯方式并存,各有優勢

交聯電纜因其耐溫好、抗過載能力強、物理機械性能好,使用壽命長,已經廣泛采用?;瘜W交聯、硅烷交聯、輻照交聯因為各有優勢目前在市面上同時存在,化學交聯、硅烷交聯主要用在聚乙烯交聯電纜上,對于耐溫要求更高的電纜、阻燃和其他材料上輻照交聯更有優勢

 

 

三、輻照交聯電纜料對材料的要求

1.電纜料的成分


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2.輻照電纜對材料的要求

輻照電纜要經過三次加工過程

a)材料改性得到電纜料

b)電纜套塑

c)輻照,輻照時要經受高能粒子的攻擊

輻照電纜的使用環境

高溫、可能還有油污,其他惡劣環境

3.高分子材料的輻照交聯

以PE為例

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4.輻照對材料及助劑的影響

在高能粒子的作用下

分子鏈的斷裂和分子間的交聯同時存在。

耐輻照能力:無機物>有機物、單鍵>雙鍵、多鍵、、鍵能大>鍵能小

高分子材料及助劑常見幾種化學鍵

5.基體樹脂

90-125℃:PVC 、PE、CPE、氰碳化聚乙烯 ;

105-150℃:PE 、EPDM ;

150-200℃:硅橡膠,含氟聚合物。

目前輻照交聯電纜材料研究重點是以聚烯烴為基體樹脂,聚烯烴主要包括EVA、POE、PE、PP等,它們自身的熱性能如下:

材料

EVA7470M

EVA5110J

POE8200

POE8150

LDPE2420K

LLDPE218w

HDPE8380

PP50215

維卡軟化點℃

48

60

37

46

90

96

127

135

熔點℃

76

83

59

55

110

123

131

165

 

從表來看,聚烯烴材料自身的耐溫性能為:POE<EVA<LDPE<LLDPE<PP,對于耐溫要求更高的材料如:125℃、150℃輻照交聯電纜料,采用耐溫性能較高的材料似乎更有利。

有研究表明,輻照交聯主要發生在非晶區域,聚烯烴材料的結晶度和其耐熱性能一致,但結晶度強加會影響其交聯性。聚烯烴材料的結晶性提高,可以提高其耐熱性能,但在輻照時影響其交聯,不利于提高耐熱性能。這似乎是一對矛盾,需要多次的實驗確定合適的材料、較佳的配比。

PP因為含有甲基和叔碳原子,容易受光、熱氧老化,在配方選擇時要特別注意。

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基體樹脂。

6.常見助劑

A.阻燃劑

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,且交聯本身也可提高材料的阻燃性。

溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷、十溴二苯醚中C-Br鍵,磷氮類阻燃劑中的有機物化學鍵容易被高能輻射,所以在輻照交聯電纜料中這兩類阻燃劑效果不好。

無機阻燃劑不易被高能輻射破壞,所以在輻照交聯阻燃電纜料中應用較好,如氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷等。

輻照交聯阻燃電纜料的耐溫等級較高,在較高溫度下鐵及其他過渡金屬元素可以催化降解,所以在耐溫等級較高的電纜料中要控制材料中的雜質。礦物法氫氧化鎂因為含有雜質較多,在高耐溫電纜中使用效果就不是很好。相似原因,蒙脫土類阻燃劑在輻照交聯阻燃電纜料應用效果也不是很好?;貜?rdquo;線纜“,查詢更多相關文章

B.抗氧劑

抗氧劑在輻照交聯電纜中的作用主要有以下幾個方面:

  • 電纜料在改性加工過程、套塑擠出時抵抗高溫加工的氧化;

  • 在輻照過程中捕捉輻照時的氧,因為氧與自由基反應會阻礙交聯的進行;

  • 電纜在長期高溫使用過程中,提高抵抗長期熱老化性能。

 

抗氧劑多是有機化合物,在輻照過程容易被破壞,所以輻照交聯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效使用,以便達到更好的效果。

C.交聯敏化劑

敏化劑是一類多官能團單體,它能把體系中的非鏈式反應轉變為鏈式反應,從而降低輻射劑量。敏化劑的加入使輻照交聯的起始劑量降低,增加相同劑量下的凝膠量,使交聯更加容易。

工業上常用的敏化劑有: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產品比較成熟,性價比合適,所以國內TAIC使用較多。

 

D.其他材料

在電纜料中一般還會加入潤滑劑(如硅酮、蠟類)、相容劑、色粉等,它們在材料中各有作用,加入的量不多,考慮到輻照可能會對破壞這些材料的化學鍵,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增加用量

7.加工工藝

輻照交聯電纜的生產加工方式比常規電纜多了一步輻照工藝,其他步驟和常規電纜工藝相似。

 

  • 材料改性得到電纜料

目前廠家改性的工藝多為:1、密煉機+雙螺桿擠出機+單螺桿擠出機工藝;2、混合鍋+雙螺桿擠出機+單螺桿擠出機工藝。在改性生產工藝中最重要的參數就是溫度,需要根據材料自身的特性,塑化的要求對不同區間的溫度進行調節。

 

  • 電纜電纜的套塑擠出

多使用65機或90機,工藝中對質量影響較大的主要有擠出溫度和模具。在套塑工藝中如果電纜外表光滑、細膩,橫切剖面均勻、無氣孔,我們一般可以視為塑化良好。

 

  • 輻照交聯

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重要工藝參數。輻照劑量最為重要,輻照劑量和材料、設備有關,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實際情況進行調整。目前廠家多根據輻照后熱延伸情況,來調節輻照劑量。回復”線纜“,查詢更多相關文章

 

四、輻照交聯電纜的應用

  • 建筑物內常見的各種連接線、安裝線,是一根銅絲包裹絕緣層,用于低壓的電氣設備及照明裝置,該電線俗稱“布電線”。

  • 電氣安裝線,但電氣安裝線應用領域比較廣泛,不同的應用場合對線纜要求也各不相同。而在一些場合需要用到線徑的比較細,該類線屬于俗稱的“電子線”。

  • 電機繞組引接軟線中也需用到輻照交聯電纜

  • 汽車線和機車線

  • 船用電纜和石油平臺用電纜

  • 架空絕緣電纜

  • 機車助航燈光電纜

  • 新能源電纜(光伏、風能、充電樁)

  • 其他特殊場合(航空航天、核能)

 

 

 、電纜及材料標準

涉及輻照電纜產品標準有:  

(1) JB/T 10438 額定電壓450/750 V及以下交聯聚氯乙烯絕緣電線和電纜; 

(2) JB/T10491 額定電壓450/750 V及以下交聯聚烯烴絕緣電線和電纜;

(3) JB/T6213 電機繞組引接軟電纜和軟線

(4) GB/T12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車輛用電纜

(5) TUV 2PfG1169 光伏線標準/UL4703光伏線標準

(6) UL758 電器布線電線電纜及其試驗方法

(7)GB/T 12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車輛用電纜

(8) ISO 6722 國際汽車電線標準

涉及輻照電纜材料標準有: 

(1) JB/T 10260 架空絕緣電纜用黑色可交聯聚乙烯絕緣料;

(2) JB/T 10437 電線電纜用可交聯聚乙烯絕緣料;  

(3) JB/T10436 電線電纜用可交聯阻燃聚烯烴料;

(4) GB/T 17556 船用電力和通信電纜護套材料;

GB/T 17557 船用電力和通信電纜絕緣材料;

在輻照電纜產品標準中經常會附帶有材料的標準!

 

六、輻照交聯電纜及材料標準及質量控制

1.凝膠含量

凝膠含量是表面材料交聯程度的一個重要指標。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,但交聯的網狀結構則不溶于任何溶劑?;谶@一原理,可以得到凝膠含量,它是表征聚合物交聯程度最直接、最簡便的方法。將已知重量的交聯聚合物放入索氏抽提器中,用適當的溶劑回流一定的時間,取出后,經真空干燥、稱重,即可求出凝膠含量。

2.熱延伸

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

3.熱老化

《JB/T10436-2004電線電纜用可交聯阻燃聚烯烴料》中交聯電纜料的溫度等級為90℃、105℃、125℃、150℃,雖然老化時間都是168小時,但老化溫度分別為121℃、136℃、158℃、180℃?;貜?rdquo;線纜“,查詢更多相關文章

 

4.其他可能存在的性能要求

  • 耐油

耐礦物油(IRM902)和燃料油(IRM903)

  • 耐酸堿

耐酸堿性試驗中的酸有草酸、稀鹽酸等,堿為氫氧化鈉溶液

  • 耐溶劑

甲苯、酒精..

5.成纜后的質量要求

  • 電性能

  • 機械性能

  • 老化性能

  • 低溫性能

  • 耐候性能

  • 阻燃性能

  • 耐磨性能

  • 耐油、耐酸堿、耐溶劑、耐臭氧、

6.輻照交聯電纜用母粒

  • 該母料利用聚烯烴樹脂作為載體,加入比表面大的填料、抗氧劑、潤滑劑、輻照交聯助劑加工而成。

  • 可以用于制備輻照交聯電纜料,方便計量和投料,使精準度大大提高。

  • 可以直接和市售的聚烯烴樹脂混合,用于輻照交聯電纜被覆的制作。

  • 可以直接和市售的低煙無鹵電纜料混合,用于輻照交聯電纜被覆的制作。

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