淺談熱處理對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜絕緣熱老化性能的改善

陽(yáng)云義　黃小樣　梁桂蘭

摘要：本文敘述通過(guò)對(duì)擠包交聯(lián)聚乙烯絕緣后的線芯進(jìn)行熱處理，以去除過(guò)氧化物交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的絕緣線芯中揮發(fā)性交聯(lián)副產(chǎn)物，消除分子間的內(nèi)應(yīng)力，改善交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的熱老化性能，指出了對(duì)擠包后的交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯進(jìn)行熱處理的必要性。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜；熱老化試驗(yàn)；抗張強(qiáng)度變化率

0引言

國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定：交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣的熱老化試驗(yàn)是要求試樣在135℃下的空氣老化箱中7天后抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化率不超過(guò)±25%。交聯(lián)聚乙烯絕緣的熱老化項(xiàng)目，在標(biāo)準(zhǔn)中均列入型式試驗(yàn)內(nèi)容，一般在首次試驗(yàn)合格后，工藝和材料沒(méi)有重大變化時(shí)，不再進(jìn)行該試驗(yàn)。

然而，在電力電纜生產(chǎn)許可證取證、換證和安標(biāo)認(rèn)證、換證時(shí)需對(duì)試樣進(jìn)行全性能檢測(cè)，在對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，遇到了抗張強(qiáng)度變化率超標(biāo)的現(xiàn)象（大于+25%），但斷裂伸長(zhǎng)率變化很小，從未超出規(guī)定值。針對(duì)此，我們分析是由于生產(chǎn)時(shí)聚乙烯分子間的內(nèi)應(yīng)力太大無(wú)法消除而引起，從高分子材料學(xué)知道，造成分子間內(nèi)應(yīng)力在的原因，應(yīng)該是聚乙烯分子晶體分布不均勻而引起。引起高分子晶體分布不均勻的原因，應(yīng)該是有低分子副產(chǎn)物的存在。嘗試對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯進(jìn)行熱處理，以消除交聯(lián)聚乙烯中揮發(fā)性低分子副產(chǎn)物。試驗(yàn)以同時(shí)選用多家材料廠家按正常的生產(chǎn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，找到了影響交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣老化后抗張強(qiáng)度不合格的原因。

1熱處理的方法

即對(duì)生產(chǎn)出來(lái)過(guò)氧化物交聯(lián)交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯放入60-70℃烘房中2-4天進(jìn)行熱處理，以去除過(guò)氧化物交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜中低分子交聯(lián)副產(chǎn)物，消除電纜內(nèi)部熱應(yīng)力以及減少絕緣介質(zhì)中的累積電荷，提高電纜的電氣安全性能和機(jī)械性能。

1.1交聯(lián)聚乙烯的熱延伸試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)合安標(biāo)換證樣品和生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行，采用了MYJV32-8.7/10kV 3x50和YJLV 8.7/15 kV 1x300電纜作為試樣。仍按正常生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行生產(chǎn)。交聯(lián)聚乙烯分別采用一家進(jìn)口料和兩家國(guó)產(chǎn)料，在每次導(dǎo)體擠包絕緣后，立即截取一段足夠長(zhǎng)度的試樣后，其余絕緣線芯繼續(xù)流轉(zhuǎn)下工序，直至成品電纜產(chǎn)生。從絕緣線芯到成品生產(chǎn)時(shí)間為7天。熱延伸試驗(yàn)要求負(fù)載下最大伸長(zhǎng)率為175%，冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率為15%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明熱延伸試驗(yàn)合格，絕緣已交聯(lián)。

1.2交聯(lián)聚乙烯絕緣的熱老化試驗(yàn)

對(duì)上述試樣進(jìn)行了三種處理方法：導(dǎo)體擠包絕緣后放入60-70℃烘房中3天：導(dǎo)體擠包絕緣后在自然環(huán)境下放置10天；導(dǎo)體擠包絕緣后在自然環(huán)境下放置30天。試樣均為同一條件下擠制的絕緣。處理取樣做交聯(lián)聚乙烯絕緣的熱老化試驗(yàn)，以便觀察在自然環(huán)境下電纜絕緣放置較長(zhǎng)時(shí)間后的熱老化性能變化。

2試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)試樣較多，試驗(yàn)數(shù)據(jù)較大，有同一試樣的老化性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)略有波動(dòng)，可能是因?yàn)橹茦蛹霸囼?yàn)條件不可能完全相同的結(jié)果，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)趨勢(shì)是一致。表1列出了本次試驗(yàn)的一個(gè)典型試片的試驗(yàn)結(jié)果。

表中試驗(yàn)結(jié)果看出，未在60-70℃烘房熱處理的試樣的老化后的抗張強(qiáng)度變化率均大大地超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：而每組試樣老化后的斷裂伸長(zhǎng)率變化率均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定變化很小。為此，我們只對(duì)抗張強(qiáng)度變化率進(jìn)行分析。

3討論與分析

對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)材料的老化前后抗張強(qiáng)度及斷裂伸有所不同，但總的規(guī)律相同，即對(duì)剛擠制完的絕緣或擠完外護(hù)套的電纜進(jìn)行絕緣熱老化性能試驗(yàn)時(shí)，大多數(shù)試樣的抗張強(qiáng)度變化率都不好，而絕緣線芯在自然環(huán)境下放置較長(zhǎng)一段時(shí)間或在烘房中處理幾天后，抗張強(qiáng)度變化率指標(biāo)就明顯轉(zhuǎn)好。絕緣線芯沒(méi)有進(jìn)烘房或沒(méi)有在自然環(huán)境下停留足夠的時(shí)間，便流入下道工序，到成品結(jié)束時(shí)，絕緣的老化性能都不好。使電纜不能滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。若使絕緣的老化性能試驗(yàn)合格，自然停放處理時(shí)間就得很長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示需要的50天以上，這不符合電纜生產(chǎn)有要求，也給電纜生產(chǎn)增加很低大的成本。從表2可以看出，經(jīng)熱處理后的絕緣線芯與未處理的試樣相比較，老化前的抗張強(qiáng)度有所提高，老化后的抗張強(qiáng)度有所降低。

試驗(yàn)結(jié)果，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得出是交聯(lián)副產(chǎn)物影Ⅱ向的結(jié)果。

由于交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜采用過(guò)氧化物作為交聯(lián)劑的化學(xué)交聯(lián)方式，通過(guò)過(guò)氧化物受熱分解成自由基，奪取聚乙烯大分子鏈中的氫，形成自由基，而后偶合交聯(lián)。但在交聯(lián)的過(guò)程中，引發(fā)劑和大分子自由基有各種副反應(yīng)，副反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生各種副產(chǎn)物，據(jù)文獻(xiàn)介紹試驗(yàn)檢測(cè)到了如苯乙酮，枯基醇和a-亞甲基苯乙烯之類的揮發(fā)性交聯(lián)副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物會(huì)在絕緣內(nèi)停留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

交聯(lián)聚乙烯電纜交聯(lián)副產(chǎn)物的濃度及通過(guò)熱處理后的變情況，證明經(jīng)熱處理后交聯(lián)聚乙烯電纜中的交聯(lián)副產(chǎn)物濃度降低，甚至完全被除掉。因此，對(duì)于剛擠完絕緣的交聯(lián)聚乙烯線芯，絕緣中交聯(lián)副產(chǎn)物濃度分布較高，這些低分子的副產(chǎn)物在絕緣中分布是不均勻的，使得交聯(lián)聚乙烯絕緣的分子分布不均勻，造成了老化前的抗張強(qiáng)度低，在空氣箱中進(jìn)行老化試驗(yàn)時(shí)，在高溫的作用下，不均勻的分子區(qū)域被全部破壞，到試驗(yàn)時(shí)間后取樣在室溫下靜置的過(guò)程中，交聯(lián)聚乙烯分子重新排列又處于分布均勻的狀態(tài)，所以老化后的抗張強(qiáng)度增大了。熱處理或在自然環(huán)境下放置后，交聯(lián)副產(chǎn)物得到了揮發(fā)，濃度低了，也是使得交聯(lián)聚乙烯分子分布均勻的過(guò)程。所以抗張強(qiáng)度的變化率就較小。

通過(guò)使用將交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯在60～70℃烘房中放置3天，保證交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜絕緣老化抗張強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，順利地生產(chǎn)出全性能合格的安標(biāo)認(rèn)證樣品和許可復(fù)查抽檢樣品。同樣用此方法也解決了三元乙丙橡膠絕緣電纜絕緣老化后抗張強(qiáng)度不合格問(wèn)題。公司專門修建烘房，建立了過(guò)氧化物交聯(lián)電纜的熱處理工序，改善交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜絕緣的熱老化性能。

4結(jié)論與建議

通過(guò)試驗(yàn)，并查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料，得出如下觀點(diǎn)：

①熱處理可以改善交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜絕緣的熱老化性能。

②在原材料性能指標(biāo)良好，生產(chǎn)工藝條件正常的情況下，熱老化試驗(yàn)與絕緣擠制的間隔時(shí)間太短是導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣老化后抗張強(qiáng)度的變化率不合格的主要原因。

為了保證過(guò)氧物交聯(lián)電纜的熱老化性能指標(biāo)，應(yīng)該建立烘房對(duì)擠包的過(guò)氧化物交聯(lián)絕緣線芯予以熱處理，避免出現(xiàn)抗張強(qiáng)度變化率不合格的現(xiàn)象。endprint