交聯聚乙烯絕緣熱收縮性能影響因素分析

邱小萍 孫安 許程(無錫工藝職業技術學院，江蘇 宜興 214200)

交聯聚乙烯絕緣熱收縮性能影響因素分析

邱小萍 孫安 許程(無錫工藝職業技術學院，江蘇 宜興 214200)

分析了交聯聚乙烯絕緣熱收縮性能的影響因素，有材料本身的影響、電纜結構的影響和制造工藝等的影響，并提出了改進絕緣熱收縮性能的措施。

交聯聚乙烯;材料;結構;工藝

交聯聚乙烯電力電纜在幾十年的使用過程中，受到業內很大的好評與關注，因其具有較高的工作溫度、良好的絕緣性能和較強的過載能力。但是隨著電纜行業的發展，交聯電纜的性能要求也變得越來越高。電纜的絕緣熱收縮性能作為其中的一種性能指標，常常因為熱收縮率過大，從而引發電纜的過早擊穿。導體規格越小，這種現象越容易發生。大規格電纜這種情況好一些，但是也存在熱收縮不合格現象。針對這種問題，詳細分析了絕緣熱收縮性能影響因素及改進熱收縮性能的建

議[1-3]。

影響電纜絕緣熱收縮性能的因素有很多，例如材料的種類、結構以及電纜的生產工藝等。應力產生應變是材料力學領域的基本理論，這也是絕緣熱收縮產生的根本原因。在宏觀上體現為熱應力和摩擦應力，宏觀的熱收縮有二者共同決定。

1 材料的影響

聚乙烯(PE)是一種典型的結晶性聚合物，分子鏈成長鏈型或支鏈型。聚乙烯(PE)的結晶過程就是大分子或者鏈段通過分子間的作用力進行有序的排列重組過程。在電纜絕緣擠出過程中，聚乙烯在受熱的情況下，受到剪切與拉伸的作用，聚乙烯分子沿拉伸方向尺寸增大，發生取向，產生內應力。這種內應力殘存在絕緣中，當電纜在使用時，收到外界、內部熱量或機械力作用，這種內應力得到釋放，使結晶的分子鏈解取向，所以產生回縮的現象[4-7]。

由于以上原因，高性能的特殊聚乙烯應運而生。例如，日本住友公司生產的EPPE樹脂，密度為0.900~0.950g/cm3，熔融指數0.1~2g/10min。與傳統的聚乙烯(PE)相比，此種特殊聚乙烯分子間的接枝鏈結構相似度可達95%以上，其接枝的均勻性非常的高。

2 電纜結構的影響

絕緣熱收縮的問題是從熱應力的產生和釋放著手。絕緣線芯是由絕緣包覆導體而制成。但是交聯聚乙烯作為絕緣材料，導體為常用的銅或鋁，導體與絕緣二者之間的線膨脹系數相差很大。所以當選用兩種線膨脹不同的材料，在生產過程中產生熱應力是在所難免的。

任虹光等[8]研究了導體的規格(2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2)、試樣的長度等對絕緣熱收縮的影響，結果表明，5個試樣都選取標準長度，在130℃條件下暴露1h，隨著導體截面積的縮小，絕緣累積熱收縮增大；選取標準試樣和大長度試樣，在相同條件下進行絕緣收縮測試，其累積收縮值基本相同，試樣長度對絕緣熱收縮基本無影響。

3 制造工藝的影響

絕緣熱應力的產生是在絕緣制造過程中熱應力的產生和釋放，也就是熔融溫度和時間、冷卻時間和牽引力作用。

在絕緣制造過程中，XLPE絕緣熔融溫度越高，加熱時間越長，結晶度越低，產生的絕緣熱收縮也就越小。在電纜制備的過程中，聚乙烯分子在作用力方向上發生取向，利于晶核的生成。陸正榮[9]對Ф70擠出機和Ф45擠出機生產的Si-XLPE絕緣進行了熱收縮測試，結果表明，當模具為擠管式，生產速度為100m/min時，Ф45擠塑機的絕緣熱收縮為15.8%，Ф70擠塑機的絕緣熱收縮為8.2%，其中用Ф45擠塑機生產的絕緣熱收縮明顯；采用相同Ф45擠塑機，不同的模具，生產Si-XLPE，結果表明，當采用擠壓式模具，絕緣熱收縮為8.1%，擠管式模具，絕緣熱收縮為17.2%，這都超過了標準的要求；為了達到要求，擠壓式模具的模套一般比絕緣大幾毫米。

4 改進措施

首先，在絕緣擠出前，對導體進行預熱，降低因導體與絕緣的溫差產生的收縮應力。

其次，采用分段冷卻的方式，用溫水分段緩慢冷卻，使產生的內應力得到釋放。

再次，擠出模具的選擇，建議采用擠壓式模具，能有效改善熱收縮性能。

最后，控制生產速度，速度過快，產生的絕緣熱應力得不到完全釋放，最后將影響產品質量，合理的生產速度將保證電纜的質量。

5 展望

隨著社會的進步，行業的發展，對線纜產品的性能要求也將越來越高，對于線纜絕緣熱收縮性能的要求也將提高。新材料的研發，新設備的產生，新工藝的應用都將是未來的發展方向。

[1]韓中洗.電纜工藝原理[R].上海:上海電纜研究所信息中心,1990.

[2]孫紹燦.塑料實用手冊[M].杭州:浙江科學技術出版社, 1999.

[3]崔小明.交聯聚乙烯的生產應用及發展前景[J].塑料制造, 2006(04).

[4]茅雪林.談交聯電纜熱收縮性能對產品質量的影響[J].卷宗,2012(4):191-191.

[5]董建英.減少中低壓交聯電纜絕緣收縮的方法[J].電線電纜,2014(6):44-46.

[6]查傳忠.淺談220kV交聯聚乙烯電纜絕緣收縮率[J].電線電纜,2013,(1):20-13.

[7]查傳忠,嵇華明,降低220kV交聯聚乙烯絕緣收縮率的措施[J].光纖與電纜及其應用技術,2013,(1):32-34.

[8]任虹光,羅琨云,沈智飛等.小截面交聯聚乙烯絕緣電纜熱收縮研究[J].設計與研究,2016,48(8):11-16.

[9]陸正榮.小規格硅烷交聯聚乙烯絕緣電纜的絕緣熱收縮[J].光纖與電纜及其應用技術,2011,(1):17-22.