電纜制造工藝對硅烷交聯聚乙烯熱延伸的影響

陳文博， 張 勇， 林 磊， 張 新

(江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇吳江215234)

0 引言

交聯聚乙烯(XLPE)因具有優良的物理機械性能、電性能及方便可靠的加工性能已被眾多的電纜廠商所青睞。

眾所周知，聚乙烯(PE)具有優良的物理和化學性能，且易于加工。但它熔點較低，耐熱變形性差，制品的機械強度欠佳，為了提高PE的使用性能，國內外學者研究了不同的改性方法，交聯是其中的一種。

目前，交聯的方法主要有硅烷交聯、過氧化物交聯及輻照交聯。過氧化物交聯主要用于中高壓電纜的生產，輻照交聯主要用于絕緣較薄的細線生產，而硅烷交聯主要用于低壓電纜的生產。

硅烷XLPE在擠出過程中會有很多因素制約其成品性能，特別是反映交聯程度的熱延伸這一指標，經常出現不合格甚至樣品剛剛放進老化箱就被拉斷的情況。因此就需了解其交聯機理，嚴格中間過程控制以保證最終成品的性能。

1 硅烷交聯的工藝原理

硅烷交聯也稱溫水交聯，1960年由英國道康寧公司開發，也稱為Sioplas E法。硅烷交聯工藝可分為一步法和二步法，目前使用較廣的是二步法和固相一步法硅烷交聯工藝。

硅烷交聯可分為兩個過程，第一個過程是利用DCP分解成游離基并作引發劑把不飽和硅烷分子和聚乙烯分子接枝，產生活性硅烷基形成了俗稱的A料;第二個過程是將A料與俗稱為B料的催化劑在一定的溫度下進行水解反應，形成網狀XLPE分子結構。

2 影響熱延伸指標的因素

硅烷XLPE的熱延伸指標是反映交聯度的一個重要參考值，往往也是人們最為關注的，影響熱延伸的幾個主要因素為:

(1)基礎樹脂的影響。不同的樹脂往往由于大分子內部結構的差異，對其交聯程度會有很大影響，一般多用熔體指數(MI)為2的低密度聚乙烯(LDPE)樹脂。

(2)引發劑用量的影響。常用的引發劑過氧化二異丙苯(DCP)的用量是個關鍵問題，過少導致硅烷接枝不夠，過多則會引起過度交聯，從而使流動性降低，擠出絕緣表面粗糙，擠出困難。

(3)硅烷用量的影響。硅烷一般采用乙烯基不飽和硅烷，因硅烷大多進口，各大材料廠商用量都力圖做到其下限以降低成本。

(4)擠出溫度及色母料的影響。硅烷XLPE的擠出溫度應在一定范圍內，較低的溫度會導致熱延伸的不合格，這與其A、B料的混合程度及塑化程度有關;色母料的配比一樣會影響熱延伸指標，主要是其中的有機顏料和分散劑對其交聯過程有一定抑制作用。

本文主要分析擠出溫度和色母料配比對熱延伸指標的影響。

3 驗證試驗

3.1 主要設備與材料

65擠塑機組，泰州市金聯立電工機械有限公司; 90擠塑機組(SJ-90)，無錫南方電工機械有限公司;老化箱(XG-CN2)，南通宏大實驗儀器有限公司;沖片機(KY-4025)，江都市開源試驗機械廠;切片機(SQ-300)，江都市開源試驗機械廠;蒸汽交聯發生裝置，蒸汽交聯房;硅烷自然XLPE絕緣料大線料(CAX-9100)，上海凱波;硅烷自然XLPE絕緣料小線料(CAX-9100H)，上海凱波;PE色母料(5080)，鼎彩。

3.2 試驗結果與討論

(1)擠出溫度對熱延伸的影響

型號:CJV92/SC;規格:16 mm2、25 mm2、70 mm2;材料:硅烷自然XLPE大線料CAX-9100，PE色母料(5080);顏色:紅、黃、藍。

表1為不同擠出溫度下試樣的熱延伸性能，從表1中可以看到，在較低擠出溫度下，所有樣品的熱延伸指標都不合格;而在中溫擠出溫度下，16 mm2藍色在讀數時斷裂，70 mm2紅色在8 min時斷裂，其余合格，整體水平較低溫下有了很大改善;高溫擠出條件下，所有樣品全部合格。

表1 擠出溫度對熱延伸的影響

擠出溫度對硅烷XLPE絕緣的熱延伸有較大影響，尤其是均化段和壓縮段的溫度。這不難從交聯機理上看出，在較低擠出溫度下，有機錫催化劑(B料)與接枝母料(A料)塑化不充分，兩者未能充分混合，處于半塑化狀態，這樣，有機錫催化劑的化學鍵未能打開，使得在交聯過程中，B料沒有起到足夠的催化效果，導致最終脫水縮合時產生的交聯鍵較少，甚至無交聯鍵產生，這樣空間結構交聯鍵密度低，交聯不足，最終被拉斷。

(2)色母料對熱延伸的影響

絕緣線芯:2.5 mm2;材料:硅烷自然XLPE小線料CAX-9100H，PE色母料(5080);顏色:黃、黑。

表2為在相同截面、擠出溫度和蒸汽交聯時間下，采用不同的色母料配比試驗其對熱延伸的影響。從表2中可以看到，色母料配比對硅烷XLPE的熱延伸有一定影響，大部分材料廠家推薦的配比為1‰～3%‰，我們 從1‰到10‰都進行了驗證，色母料比例從1‰到5‰實驗結果均合格且基本一致，當色母料配比為10‰時，出現熱延伸不合格。

表2 色母料對熱延伸的影響

眾所周知，色母料的主要成分為顏料、載體、分散劑，現從這三種主要成分分析色母料對硅烷XLPE熱延伸的影響。

顏料一般分為有機顏料和無機顏料，有機顏料如酞菁紅、酞菁藍、酞菁綠、大分子紅、大分子黃等，無機顏料如鎘紅、鎘黃、鈦白粉、炭黑等，這些成分的存在會對硅烷XLPE的交聯過程起到一定的抑制作用，一定程度上降低交聯度，從而影響產品的熱延伸指標，這也是業內所說“硅烷交聯絕緣的產品顏色太深交聯度往往不好”這句話的原因所在。

載體即為色母料的基體，通常以與制品樹脂相同的樹脂為載體，兩者相容性最好，一般情況只要選擇專用色母料對其成品性能影響較小。

分散劑即為促使顏料充分分散并且不再凝聚的高分子化合物，通常為PE低分子蠟等。往往由于生產廠家所采用的分散劑質量不好造成擴散互溶不良，影響制品的物理機械性能。

通過以上試驗及分析，可以總結以下結論:色母料配比對硅烷XLPE的熱延伸的確有影響，但在實際生產過程中，色母料配比如控制在一定的范圍內(5‰以內)，其影響效果不是很大，但達到10‰時，出現了熱延伸不合格。

4 結論

(1)擠出溫度對硅烷XLPE的熱延伸指標影響較大，在允許的溫度范圍內，稍高的擠出溫度對其熱延伸指標有利。

(2)色母料的配比對硅烷XLPE的熱延伸指標有一定影響，配比如控制在一定范圍內對熱延伸影響較小，但超過一定的范圍可導致熱延伸不合格。

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