浅谈低压交联聚乙烯绝缘电缆发展前景

【摘 要】由于交联电缆的诸多优越性，越来越被电力输配电使用，电力网络对电缆的可靠性要求就越高，生产优质产品，就显得更为重要。电缆生产时的质量、成本、节能、制方法难易及效率等诸多因素都将影响企业选择哪一种交联方法更适宜，纵观交联聚乙烯的发展历程，紫外光辐照交联技术集诸多优点于一身，将越来越被普及推广。

【关键词】交联电缆；低压；发展

1 交联聚乙烯的产生

自1952年查尔斯（Charlesby）在美国进行核动力反应试验时，曾发现盛有重水和一些接触放射源塑料容器，性能越用越好，即聚乙烯（PE）塑料经常接触辐射能时，将聚乙烯线性分子结构交联成交联聚乙烯网状结构，从而最早发现了交联聚乙烯（XLPE）。聚乙烯受到交联剂或高能射线的作用，在一定条件下能从线型分子结构转变成体型三维网状结构，同时由热塑性塑料转变成不溶的热固性塑料。XLPE与PE比较，提高了耐热变形性，改善了高温下的力学性能，改进了耐环境应力龟裂与耐热老化的性能，增强了耐化学稳定性和耐溶剂性，减少了冷流性。使用交联聚乙烯可以使电缆的长期工作温度从70℃提高到90℃，也提高了短路时的承受能力，其短时承受温度可达250℃。因此同样厚度的电缆，交联聚乙烯的载流量就大得多。

2 硅烷交联绝缘逐步取代聚氯乙烯绝缘

聚氯乙烯（PVC）早在1927年被美国化学家西蒙（Semon） 发明，四十年代开始大量工业化生产，特别在二次世界大战时，德国为找到代用橡胶这一战功略物资的代用品，大量发展了PVC电缆，50～60年代PVC绝缘由于具有优良的机械电气性能，特别受到欢迎，其柔软性为其它塑料所不及，化学性能也很好，且具有阻燃性能，加工方便，价格便宜，到70年代初美国的高层建筑中大量使用PVC实芯铝导体电缆，PVC绝缘完成了最辉煌的业绩，由于PVC绝缘的大量应用，在火灾时释放出大量的卤素，使消防人员窒息死亡，为此美国政府宣布禁止在大楼中使用PVC塑力缆，随着工业的发展，不断发现PVC绝缘对精密设备的腐蚀，大气的污染大量PVC废料无法回收，形成工业污染和难以解决的公害，法国国标NFC-33-209-82电缆标准中决定取消PVC绝缘，改用硅烷交联绝缘，80～90年代欧洲已有1/3～1/2PVC绝缘被硅烷交联绝缘所代替，日本已接近1/2的PVC绝缘为交联绝缘所代替，在我国现如今也达到了这个水平。

3 交联聚乙烯的交联方法

交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理交联和化学交联两大类，主要采用硅烷交联、化学交联、和辐照交联三种方法。硅烷交联交联可分为温水交联与自然交联二种配方。辐照交联也分为紫外光辐照与电子束辐照二种生产方式方法，其绝缘品质完全一致，故电缆产品标准中，是不区分使用何种交联方式的。

3.1 化学交联

化学交联低温交联即温水交联，学名硅烷交联，在60年代也是由美国Dow-Corning公司开发，电缆在70～90℃温水中交联，也可以在湿度较大的空气中交联，故名温水交联。主要是先将不饱和的硅烷分子和聚乙烯在特定条件下生成具有交联活性点的接枝共聚物（即俗称的A料），然后与催化剂（即俗称的B料）在一定的温度下进行水解交联反应，生成交联聚乙烯（三维网状的交联结构），水解吸收的水分已成为绝缘分子的一部分，故水含量及少，也是100～200ppΜ，绝缘品质完全跟干法交联一样。从低温交联绝缘热应力低这一点考虑，绝缘性能还超过干法产交联。温水交联因水分不易渗入较厚的PE绝缘，一般适用于10kV及以下电缆，特别是1kV以下交联电缆。

3.2 物理交联

物理交联又称辐照交联，由美国Rachem公司在60年代开发，采用高压静电加速器的辐射能使绝缘交联，其绝缘品质最佳，无化学副产品形成，交联度高，耐候性好，是各种软线、装备线、耐高温（105℃及以上）线及阻燃电线电缆的理想工艺方法，其主要缺点为对较大截面电缆的辐照不均匀，经反复照射后，电缆弯曲次数太多，且在绝缘中容易注入空间电荷不大适用于电力电缆生产。

3.3 新兴的化学交联--自然交联技术

绝缘料在交联过程中，绝缘料中的叔丁基过氧化类引发剂首先释放出游离基，该引发剂产生的游离基活性较强，与聚乙烯结合后可有效的使聚乙烯中的氢原子快速脱离聚乙烯大分子，而与游离基结合形成活性很强的大分子游离基，进而与硅烷产生接枝反应，形成聚乙烯-硅烷线性分子。同时，绝缘料中有机酸类的硬脂酸与不吸湿性的金属氧化物氧化锌发生反应产生水分，在催化剂二月桂酸二丁基锡作用下，聚乙烯-硅烷线性分子完成水解缩合反应，在聚乙烯内部产生Si-O-Si键，使整个聚乙烯分子链成为网状结构，从而完成交联。

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料在自然状态下完成交联所需时间与温度、湿度及绝缘层厚度有关。温度、湿度越高，绝缘层厚度越薄，所需交联时间则越短，反之则越长。由于不同地区不同季节的气温和湿度都不相同，即使在同一地点同一时间段，今天和明天的气温和湿度都是变化的。因而该材料在使用过程中，使用者应根据当地及当时的气温、湿度，以及电缆的规格、绝缘层的厚度来确定交联时间。

图1为该材料在温度为23±2 ℃，相对湿度为75±5 %的空气中，试样厚度为1.2 ±1.0 mm（双面暴露），其热延伸率随放置时间的变化趋势。

3.4 新兴的物理交联--紫外光辐照交联技术

紫外光辐照交联是继过氧物交联、硅烷交联和电子束辐射交联之后发展起来的又一种新的交联技术，是一项我国自主开发、国际首创、具有自主知识产权的技术创新成果（ZL 200610126942.X），为交联电缆生产技术开拓了一个新途径。

以聚烯烃为主要原料掺入适量的光引发剂，在一定条件下用紫外光照射，通过光引发剂吸收特定波长的紫外光，引发聚烯烃产生自由基，从而发生一系列快速聚合反应，将单独的聚烯烃长链大分子用化学键连接成三维网状的交联聚烯烃分子结构。

紫外光辐照交联技术在低压（Q3.0kV）电线电缆的生产中既节省生产时间，又可降低生产成本，并能够保证产品质量。紫外光辐照加工是在高分子材料挤出熔融状态下，在常压下对高分子材料进行辐射，对材料无损伤，高效节能，光线可深入到聚合物内部作用，无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘也能通过此设备进行辐照交联。

4 结束语

交联聚乙烯自问世以来，得到了长足发展，获得广泛的应用，而紫外光交联技术较之硅烷温水技术，少了一道较为占用时间的水煮工序，相对生产效率较高，还具备不产生预交联等优势，对于我国气候干干燥的北方地区将有很大以发展趋势。

参考文献

[1]蒋佩南.交联电缆论文集，上海电缆研究所，05年9月

[2]硅烷交联聚乙烯电缆绝缘料（四），2009-10-25