影響電纜交聯聚乙烯絕緣熱延伸性能因素分析

周翠花

摘要：在電線電纜行業中，交聯聚乙烯（XLPE）同聚氯乙烯（PV C）和聚乙烯（PE）一樣，均是常用的塑料絕緣材料，其中XLPE兼具性能優異和環保雙重優勢，成為電纜塑料絕 緣材料中的佼佼者，因此XLPE電纜是我國電纜行業的主流發展趨勢。

交聯度在很大程度上決定著交聯材料的使用性能及使用壽命，對于XLPE也不例外。因此，熱延伸試驗作為衡量交聯度的重要技術參數之一，在生產過程及成品質量檢驗中是必不可少的。

關鍵詞：交聯聚乙烯絕緣；熱延伸關鍵詞：交聯聚乙烯絕緣；熱延伸

1、影響熱延伸的因素

通常，熱延伸項目不合格分為兩種情況：（1）試樣受熱180 s內失效。試樣在低于200℃時就呈現出熔融狀態，在內較短時間（一般不超過180s）就發生熔斷，這種情況說明樣品X LPE絕緣交聯度很低，其分子結構更接近非交聯的線性結構；（2）試樣受熱300s以后（部分甚至接近900s）失效。說明樣品試樣XLPE絕緣具有一定的交聯度，但仍未達到標準要求。故熱延伸項目的不合格，本質上就是XLPE絕緣的交聯度不夠造成的。因此凡是能影響到X LPE絕緣交聯度的因素，都是影響熱延伸項目的因素。

1.1電纜料的影響

原材料對產品性能的影響是不言而喻的。以生產10kV及以下中低壓電力電纜和電氣裝備用電纜的硅烷交聯工藝為例。基礎樹脂結構差異、硅烷結構及用量、引發劑用量、色母粒配比等都對交聯程度有一定程度上的影響。

1.2交聯方式的影響

目前，常用于工業生產XLPE的方法主要有3種，即過氧化物交聯（化學交聯）、硅烷交聯（溫水交聯）和輻照交聯。不同的交聯方式，交聯反應的機理不同，生成的交聯網狀結構和交聯度不同，因此不同交聯方式的生產的XLPE絕緣料熱延伸項目也會存在一定的差異。

通過大量對XLPE絕緣熱延伸數值的統計分析，3種常用交聯方式生產的XLPE熱延伸值基本范圍如下：（1）硅烷交聯通常在60%～80%；（2）過氧化物交聯，以常用的過氧化二異丙苯（DCP）交聯劑為例，熱延伸值通常在40%-70%；（3）輻照交聯通常在30%～50%。綜上所述，電子輻照交聯的熱延伸值最小，有機過氧化物化學交聯居中，硅烷溫水交聯最大。

1.3生產工藝的影響

由于3種交聯方式生產工藝的不同，因此對交聯度產生影響的生產環節和工藝參數也有所區別。

1.3.1過氧化物交聯。過氧化物交聯適于生產中高電壓等級電纜，交聯過程如下：（1）在一定溫度下，加入聚乙烯樹脂中的過氧化物（通常為過氧化二異丙苯（DCP））分解為自由基；（2）分解出的自由基進攻聚乙烯大分子鏈，產生大分子自由基，大分子自由基之間進一步反應則形成網狀結構。結合整個生產工藝流程，交聯程度會受擠出溫度，過氧化物含量，交聯溫度和時間等因素的影響。此外，針對于中高電壓等級電纜，因熱傳導造成的不同層面交聯溫度的差異，處于絕緣層不同層面的交聯聚乙烯其交聯度也存在著明顯的差異。

1.3.2硅烷交聯。硅烷交聯聚乙烯由接枝和交聯兩個關鍵步驟組成。接枝過程是以過氧化物為引發劑，將硅烷接枝到聚乙烯分子上；然后在溫水或水蒸氣中借助接枝上的硅烷的水解縮合反應產生交聯結構。在硅烷交聯法中，影響交聯度的因素主要有引發劑和硅烷的含量，擠塑機溫度的設定、水溫高低或蒸汽壓力大小及交聯時間長短等。

1.3.3輻照交聯。輻照交聯即聚乙烯在高能射線作用下，生成自由基和氫原子。具有較大動能的氫原子進一步進攻其他聚乙烯分子鏈，形成二次自由基，當輻照形成的自由基與

二次自由基相遇時，就發生了交聯反應。由輻照交聯的反應機理，我們不難看出在發生交聯反應的同時，聚合物又不可避免地會發生裂解反應。因此，在實際生產過程中，必須兼顧交聯和裂解這對矛盾，以提高生產效率，并保證絕緣的交聯度。因此，輻照交聯過程中，輻照強度的大小，敏化劑、增感劑的種類和含量等因素，都是影響絕緣交聯質量的重要因素。

1.4試驗操作過程的影響

對電纜原材料及電纜生產過程的把控是保證XLPE的交聯度，提高熱延伸項目合格率的根本方法。但在檢驗過程中，因操作方法及設備使用不當引起的檢驗結果異常，應當引起第三方檢驗機構檢驗人員的重視。這就需要從認真研讀標準，嚴格按照標準操作人手。

1.4.1樣品的制備

嚴格按照GB/T2951.21—2008或相關產品制備試樣，并確保試樣無損傷，無缺陷。

1.4.2儀器設備的要求

熱延伸試驗通常有效加熱時間為15min，可劃分為兩個階段。（1）樣品放入烘箱的0～5min內，烘箱溫度開始回升，試樣溫度也隨之上升。（2）在5～15min內，烘箱內溫度回升至200～C左右并形成穩定的溫度場，同時試樣溫度也達到均勻分布狀態，因此試樣上沒有附加熱應力的產生，試樣只承受初始荷載的作用力。

在0～5min過程中，如果打開烘箱，溫度下降較多，溫度回升至200℃時間較長，那么較長的預熱時間會導致交聯料的進一步交聯，提高交聯度，從而影響實驗結果準確性。此外，在5～15min過程中，如果烘箱未能提供200℃的穩定溫度環境，那么會導致試樣溫度分布不均勻，附加熱應力的作用會使試樣拉伸過長甚至伸長率超過標準規定值。

因此，在檢驗過程中，標準取樣、標準制樣，掌控好加熱溫度和時間是數據準確有效的重要保障。

2、結語

上文主要對影響電纜用交聯聚乙烯絕緣熱延伸性能的因素進行了分析總結，主要從交聯聚乙烯絕緣電纜的生產過程及熱延伸試驗過程兩個方面入手，具體闡述了電纜原料、不同交聯方式的選擇、生產工藝及具體試驗操作過程中可能對熱延伸試驗結果產生的影響。針對這些原因，生產企業和檢測機構應分別提高自身專業水平以保障熱延伸項目合格率的提升。

參考文獻：

[1]李偉，吳麟琳，張幸，等.交聯聚乙烯電纜的老化及其診斷方法的研究進展U1.絕緣材料，2016，49（11）：36—44.

[2]張長敏，閆麗，徐也童，等.電纜X LPE絕緣熱延伸試驗過程控制與影響因素分析Ⅱ].內蒙古電力技術，2013，31（6）：28-31.

[3]陳文博，張勇，林磊，等.電纜制造工藝對硅烷交聯聚乙烯熱延伸的影響田.電線電纜，2012（1）：44—46.

（作者單位：南京中超新材料股份有限公司）