滑石粉改性ＣＰＶＣ高壓電力電纜用護套管研究

摘 要：采用滑石粉獨特粒子結(jié)構(gòu)的填充改性方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳酸鈣作填充劑生產(chǎn)CPVC高壓電力電纜用護套管，既在高溫時有良好的抗蠕變性能，又降低生產(chǎn)成本和能源消耗。

關鍵詞：滑石粉;CPVC高壓電力電纜用護套管;蠕變率

中圖分類號：TM文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0349-02

1 研究背景

目前，在國家電網(wǎng)建設中，為保護城鄉(xiāng)居住和投資環(huán)境，減少被稱為蜘蛛網(wǎng)式“視覺污染”的架空電力線路，電力電纜輸電線已從架空進入埋地。根據(jù)《上海電網(wǎng)若干技術原則的規(guī)定》，地下電纜線路敷設方式主要有直埋敷設、溝槽敷設、排管敷設。其中排管敷設由于其占地面積少，施工簡易、建設成本低、施工周期短等特點，在電力行業(yè)內(nèi)被廣泛應用。CPVC高壓電力電纜用護套管具有耐熱性好、強度高、耐腐蝕、使用壽命長及安裝施工方便等特點，在電力行業(yè)30kV以上的電網(wǎng)改造中已大規(guī)模使用。電纜排管通流試驗表明，當電纜線芯持續(xù)載流的最高工作溫度達到90℃時，套管內(nèi)壁長期的溫度一般在70℃左右；當電纜線芯偶爾出現(xiàn)過載的溫度105℃，試驗過載的持續(xù)時間約5小時，套管內(nèi)壁的短期溫度將達到90℃。CPVC高壓電力電纜用護套管作為塑料套管對溫度變化的反應十分敏感，在高溫抗蠕變方面與鋼材、混凝土等管材有很大差異。在工程中鋼材、混凝土等材料的強度對使用溫度和時間沒有明顯的影響，而塑料套管的強度與載荷的持續(xù)時間、溫度是密切相關的，其性能受環(huán)境或外力長時間影響會明顯下降，致使套管發(fā)生變形、破壞，逐漸喪失使用功能。為了減緩上述影響，保證管道在規(guī)定的使用期內(nèi)不發(fā)生強度破壞，必須提高管材的安全儲備，故提高CPVC管材在80℃環(huán)境中的抗蠕變性能成為提高管材長期耐久性方面的問題，目前各生產(chǎn)企業(yè)為增強管材的抗熱變形能力都采取降低管材中的PVC樹脂含量，增加CPVC樹脂含量的方式，提高管材的維卡軟化溫度，但這種方式，勢必增加生產(chǎn)成本和能源消耗。而采用滑石粉獨特粒子結(jié)構(gòu)的填充改性方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳酸鈣作填充劑生產(chǎn)CPVC高壓電力電纜用護套管，恰能彌補這方面的不足之處。

2 滑石粉改性CPVC高壓電力電纜用護套管原理分析

滑石粉是含水硅酸鎂化合物，其化學分子式為3MgO·4SiO2·H2O。滑石粉的密度為2.7~2.8g/cm3，與重質(zhì)碳酸鈣相似，每噸價位也與其相當，其莫氏硬度為1，方解石的模氏硬度為3，作為塑料填充料使用，在同等條件下，滑石粉對加工設備的磨損最輕。滑石粉具有片狀結(jié)構(gòu)，有人把滑石粉看成是增強性填料，其徑厚比決定了具有不同于碳酸鈣等填料的增強效果。

按最小阻力原理，滑石粉顆粒在熔融的物料中都傾向于沿著物料流動的方向呈片狀排列，由小片連成大片，因此在垂直流動方向上，材料的剛性和耐熱性都會顯著提高。滑石粉的生產(chǎn)宜采用以德國核心技術為基礎的旋轉(zhuǎn)氣流粉碎，這樣產(chǎn)品的片狀結(jié)構(gòu)可以得到良好的保持。滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)對塑料的剛性和抗蠕變性，都比碳酸鈣填充硬PVC材料表現(xiàn)出較高的特性。在相同溫度下，滑石粉填充量為30份的硬PVC材料撓曲模量高于相同份數(shù)的碳酸鈣填充的硬PVC材料。

同時滑石粉填充硬PVC材料的屈服強度隨溫度變化的下降趨勢比碳酸鈣填充的硬PVC材料要緩慢得多。

３ 研制過程

３．１ 試驗材料及基礎配方

氯化聚氯乙烯：50份，聚氯乙烯：50份，穩(wěn)定劑 ： 6.5份，潤滑劑 ： 2份。

抗沖改性劑：7份，顏料： 0.4份，滑石粉：30份。

3.2設備

錐形雙螺桿擠出機；擠出模具；真空定型箱；動切割機；塑料管材擴口機；自混料機。

3.3 試制工藝

①生產(chǎn)工藝流程

原輔料配制→高速熱混→低速冷混→雙螺桿擠出→真空定型→噴字→定長切割→加熱→擴口→檢驗→入庫。

②生產(chǎn)工藝

料筒溫度：一區(qū)178℃；二區(qū)175℃；三區(qū)170℃；四區(qū)162℃。

模具溫度：一區(qū)160℃；二區(qū)170℃；三區(qū)175℃；四區(qū)183℃。

給料轉(zhuǎn)速：16r/min；主機轉(zhuǎn)速：28r/min；主機電流：62A。

4 技術性能改進情況

碳酸鈣、滑石粉填充CPVC/PVC產(chǎn)品物理力學性能比較：

滑石粉改性后，雖然CPVC組份下降10%，但其物理力學性能、維卡軟化溫度、縱向回縮率、環(huán)段熱壓縮力各項指標達到并超過輕工行業(yè)標準《埋地勢高壓電力電纜用氯化聚氯乙烯（PVC-C）套管（QB/T2479-2005）》規(guī)定的要求，同時在高溫時有良好的抗蠕變性能，具有較大的實際使用價值。

5 小結(jié)

據(jù)以上介紹，滑石粉無機填充改性CPVC高壓電力電纜用護套管的方式，打破了傳統(tǒng)的有機高分子塑料助劑增強CPVC材料的模式，其生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較強的技術性能和突出的經(jīng)濟效益，為管道生產(chǎn)企業(yè)提供了既經(jīng)濟又高效的技術改進路子。通過浙江金盾塑膠有限公司與杭州市質(zhì)量技術監(jiān)督檢測院多次試驗和分析，我們認為滑石粉改性CPVC高壓電力電纜用護套管的各項生產(chǎn)技術已基本成熟，可實現(xiàn)連續(xù)正常工業(yè)化生產(chǎn)。相信隨著滑石粉CPVC高壓電力電纜用護套管新產(chǎn)品的投入生產(chǎn)與應用，定將為我國電力發(fā)展提供更多更好的產(chǎn)品，并推動塑料管業(yè)的進步。

參考文獻

［1］劉英俊.滑石粉在塑料中的改性作用及應用展望［M］.北京：中國石化出版社，2006.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。