交聯(lián)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(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宜興 214200)

交聯(lián)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(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宜興 214200)

分析了交聯(lián)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(jié)構(gòu)的影響和制造工藝等的影響，并提出了改進(jìn)絕緣熱收縮性能的措施。

交聯(lián)聚乙烯;材料;結(jié)構(gòu);工藝

交聯(lián)聚乙烯電力電纜在幾十年的使用過程中，受到業(yè)內(nèi)很大的好評與關(guān)注，因其具有較高的工作溫度、良好的絕緣性能和較強(qiáng)的過載能力。但是隨著電纜行業(yè)的發(fā)展，交聯(lián)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(biāo)，常常因為熱收縮率過大，從而引發(fā)電纜的過早擊穿。導(dǎo)體規(guī)格越小，這種現(xiàn)象越容易發(fā)生。大規(guī)格電纜這種情況好一些，但是也存在熱收縮不合格現(xiàn)象。針對這種問題，詳細(xì)分析了絕緣熱收縮性能影響因素及改進(jìn)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(jié)構(gòu)以及電纜的生產(chǎn)工藝等。應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變是材料力學(xué)領(lǐng)域的基本理論，這也是絕緣熱收縮產(chǎn)生的根本原因。在宏觀上體現(xiàn)為熱應(yīng)力和摩擦應(yīng)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(jié)晶性聚合物，分子鏈成長鏈型或支鏈型。聚乙烯(PE)的結(jié)晶過程就是大分子或者鏈段通過分子間的作用力進(jìn)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(fā)生取向，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力殘存在絕緣中，當(dāng)電纜在使用時，收到外界、內(nèi)部熱量或機(jī)械力作用，這種內(nèi)應(yīng)力得到釋放，使結(jié)晶的分子鏈解取向，所以產(chǎn)生回縮的現(xiàn)象[4-7]。

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

2 電纜結(jié)構(gòu)的影響

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

任虹光等[8]研究了導(dǎo)體的規(guī)格(2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2)、試樣的長度等對絕緣熱收縮的影響，結(jié)果表明，5個試樣都選取標(biāo)準(zhǔn)長度，在130℃條件下暴露1h，隨著導(dǎo)體截面積的縮小，絕緣累積熱收縮增大；選取標(biāo)準(zhǔn)試樣和大長度試樣，在相同條件下進(jìn)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(yīng)力的產(chǎn)生是在絕緣制造過程中熱應(yīng)力的產(chǎn)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(jié)晶度越低，產(chǎn)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(fā)生取向，利于晶核的生成。陸正榮[9]對Ф70擠出機(jī)和Ф45擠出機(jī)生產(chǎn)的Si-XLPE絕緣進(jìn)行了熱收縮測試，結(jié)果表明，當(dāng)模具為擠管式，生產(chǎn)速度為100m/min時，Ф45擠塑機(jī)的絕緣熱收縮為15.8%，Ф70擠塑機(jī)的絕緣熱收縮為8.2%，其中用Ф45擠塑機(jī)生產(chǎn)的絕緣熱收縮明顯；采用相同Ф45擠塑機(jī)，不同的模具，生產(chǎn)Si-XLPE，結(jié)果表明，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的要求；為了達(dá)到要求，擠壓式模具的模套一般比絕緣大幾毫米。

4 改進(jìn)措施

首先，在絕緣擠出前，對導(dǎo)體進(jìn)行預(yù)熱，降低因?qū)w與絕緣的溫差產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。

其次，采用分段冷卻的方式，用溫水分段緩慢冷卻，使產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)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(chǎn)速度，速度過快，產(chǎn)生的絕緣熱應(yīng)力得不到完全釋放，最后將影響產(chǎn)品質(zhì)量，合理的生產(chǎn)速度將保證電纜的質(zhì)量。

5 展望

隨著社會的進(jìn)步，行業(yè)的發(fā)展，對線纜產(chǎn)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(fā)，新設(shè)備的產(chǎn)生，新工藝的應(yīng)用都將是未來的發(fā)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(xué)技術(shù)出版社, 1999.

[3]崔小明.交聯(lián)聚乙烯的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展前景[J].塑料制造, 2006(04).

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

[5]董建英.減少中低壓交聯(lián)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(lián)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(lián)聚乙烯絕緣收縮率的措施[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù),2013,(1):32-34.

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

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