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辐射交联电缆及材料

一、电缆的简介

1. 电缆种类

电缆有电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆、船用电缆、矿用电缆、铝合金电缆等等。它们都是由单股或多股导线和绝缘层组成,用来连接电路、电器等?;馗?rdquo;线缆“,查询更多相关文章

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2. 电缆的基本组成

电力电缆最里边的是线芯(导体),线芯外面是相绝缘和填料,再外面是三相统包绝缘,统包绝缘外为铅包,铅包外层为防护层如钢甲和聚氯乙烯护套。如YJQOZ 220/1×800交联电缆的结构由里到外依次为:导体、半导电包带、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽、纵向阻水层、铅套、沥青、PVC带、PVC护套和半导电涂层。

3. 电缆的基本性能

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二、电缆的交联

1. 交联改性对电缆的影响


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2.交联技术的发展

1952年,查尔斯(charlesby)在一次核反应堆试验中利用辐射能将聚乙烯交链成交联聚乙烯,从而发明了交联聚乙烯绝缘;

1957年,GE在上述原理上基础上,采用过氧化物(DCP)作为化学交联反应剂,首先在电缆工业中制造了交联电缆;

六十年代末,道康宁(Dow Corning)公司发明硅烷交联技术,发展至今

3.线缆辐射交联工艺

一共有三种生产工艺:二步法`一步法`和乙烯-硅烷共聚法。

二步法工艺是最早发展起来的技术,次法投资少,成本低,但易带入杂质,只能用于低压电缆的制造,它对设备的要求小,在常规的挤出设备上即可完成;

一步法将接枝反应和添加缩合催化剂过程合并,以一步法挤出电缆,减少杂质的污染机会,适用于制造中低压电力电缆。但该工艺技术难度大,一般需要专门制造的挤出机,且投资比一步法大;

共聚法中硅烷共聚物是在PE反应器中进行反应的,它显著的提高了交联PE的电绝缘性能,除用于低压电缆的制造外,更适用于中低压电缆。回复”线缆“,查询更多相关文章

 

4.电线电缆主要采用的交联方式


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5.三种交联方式并存,各有优势

交联电缆因其耐温好、抗过载能力强、物理机械性能好,使用寿命长,已经广泛采用?;Ы涣?、硅烷交联、辐照交联因为各有优势目前在市面上同时存在,化学交联、硅烷交联主要用在聚乙烯交联电缆上,对于耐温要求更高的电缆、阻燃和其他材料上辐照交联更有优势

 

 

三、辐照交联电缆料对材料的要求

1.电缆料的成分


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2.辐照电缆对材料的要求

辐照电缆要经过三次加工过程

a)材料改性得到电缆料

b)电缆套塑

c)辐照,辐照时要经受高能粒子的攻击

辐照电缆的使用环境

高温、可能还有油污,其他恶劣环境

3.高分子材料的辐照交联

以PE为例

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4.辐照对材料及助剂的影响

在高能粒子的作用下

分子链的断裂和分子间的交联同时存在。

耐辐照能力:无机物>有机物、单键>双键、多键、、键能大>键能小

高分子材料及助剂常见几种化学键

5.基体树脂

90-125℃:PVC 、PE、CPE、氰碳化聚乙烯 ;

105-150℃:PE 、EPDM ;

150-200℃:硅橡胶,含氟聚合物。

目前辐照交联电缆材料研究重点是以聚烯烃为基体树脂,聚烯烃主要包括EVA、POE、PE、PP等,它们自身的热性能如下:

材料

EVA7470M

EVA5110J

POE8200

POE8150

LDPE2420K

LLDPE218w

HDPE8380

PP50215

维卡软化点℃

48

60

37

46

90

96

127

135

熔点℃

76

83

59

55

110

123

131

165

 

从表来看,聚烯烃材料自身的耐温性能为:POE<EVA<LDPE<LLDPE<PP,对于耐温要求更高的材料如:125℃、150℃辐照交联电缆料,采用耐温性能较高的材料似乎更有利。

有研究表明,辐照交联主要发生在非晶区域,聚烯烃材料的结晶度和其耐热性能一致,但结晶度强加会影响其交联性。聚烯烃材料的结晶性提高,可以提高其耐热性能,但在辐照时影响其交联,不利于提高耐热性能。这似乎是一对矛盾,需要多次的实验确定合适的材料、较佳的配比。

PP因为含有甲基和叔碳原子,容易受光、热氧老化,在配方选择时要特别注意。

氟塑料、偏聚氯乙烯和一些橡胶材料(如氯丁胶、氯化聚乙烯、丁基胶、乙丙胶、硅橡胶等)也可以作为辐照交联基体树脂。

6.常见助剂

A.阻燃剂

电缆料中可用的阻燃剂较多,常用有溴/锑、氢氧化物、含磷或氮化合物等,且交联本身也可提高材料的阻燃性。

溴系阻燃剂如十溴二苯乙烷、十溴二苯醚中C-Br键,磷氮类阻燃剂中的有机物化学键容易被高能辐射,所以在辐照交联电缆料中这两类阻燃剂效果不好。

无机阻燃剂不易被高能辐射破坏,所以在辐照交联阻燃电缆料中应用较好,如氢氧化铝、氢氧化镁、红磷等。

辐照交联阻燃电缆料的耐温等级较高,在较高温度下铁及其他过渡金属元素可以催化降解,所以在耐温等级较高的电缆料中要控制材料中的杂质??笪锓ㄇ庋趸疽蛭性又式隙?,在高耐温电缆中使用效果就不是很好。相似原因,蒙脱土类阻燃剂在辐照交联阻燃电缆料应用效果也不是很好?;馗?rdquo;线缆“,查询更多相关文章

B.抗氧剂

抗氧剂在辐照交联电缆中的作用主要有以下几个方面:

  • 电缆料在改性加工过程、套塑挤出时抵抗高温加工的氧化;

  • 在辐照过程中捕捉辐照时的氧,因为氧与自由基反应会阻碍交联的进行;

  • 电缆在长期高温使用过程中,提高抵抗长期热老化性能。

 

抗氧剂多是有机化合物,在辐照过程容易被破坏,所以辐照交联电缆料需要添加抗氧剂的量比较多,而且选择的抗氧剂要具有一定抗辐射能力,并需要多种抗氧剂协效使用,以便达到更好的效果。

C.交联敏化剂

敏化剂是一类多官能团单体,它能把体系中的非链式反应转变为链式反应,从而降低辐射剂量。敏化剂的加入使辐照交联的起始剂量降低,增加相同剂量下的凝胶量,使交联更加容易。

工业上常用的敏化剂有:三聚氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、三聚氰酸三炔丙酯(TAC)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTM)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等,其中TAIC产品比较成熟,性价比合适,所以国内TAIC使用较多。

 

D.其他材料

在电缆料中一般还会加入润滑剂(如硅酮、蜡类)、相容剂、色粉等,它们在材料中各有作用,加入的量不多,考虑到辐照可能会对破坏这些材料的化学键,使它们效果失去或降低,在配方中也需要使用耐辐照材料或适当增加用量

7.加工工艺

辐照交联电缆的生产加工方式比常规电缆多了一步辐照工艺,其他步骤和常规电缆工艺相似。

 

  • 材料改性得到电缆料

目前厂家改性的工艺多为:1、密炼机+双螺杆挤出机+单螺杆挤出机工艺;2、混合锅+双螺杆挤出机+单螺杆挤出机工艺。在改性生产工艺中最重要的参数就是温度,需要根据材料自身的特性,塑化的要求对不同区间的温度进行调节。

 

  • 电缆电缆的套塑挤出

多使用65机或90机,工艺中对质量影响较大的主要有挤出温度和模具。在套塑工艺中如果电缆外表光滑、细腻,横切剖面均匀、无气孔,我们一般可以视为塑化良好。

 

  • 辐照交联

电线辐照加工工艺中主要有辐照剂量、电子束能量、束流与辐照速度等几个重要工艺参数。辐照剂量最为重要,辐照剂量和材料、设备有关,一般情况下电缆的辐照剂量在100kGy(10兆拉德)左右,而具体的辐照剂量要根据实际情况进行调整。目前厂家多根据辐照后热延伸情况,来调节辐照剂量。回复”线缆“,查询更多相关文章

 

四、辐照交联电缆的应用

  • 建筑物内常见的各种连接线、安装线,是一根铜丝包裹绝缘层,用于低压的电气设备及照明装置,该电线俗称“布电线”。

  • 电气安装线,但电气安装线应用领域比较广泛,不同的应用场合对线缆要求也各不相同。而在一些场合需要用到线径的比较细,该类线属于俗称的“电子线”。

  • 电机绕组引接软线中也需用到辐照交联电缆

  • 汽车线和机车线

  • 船用电缆和石油平台用电缆

  • 架空绝缘电缆

  • 机车助航灯光电缆

  • 新能源电缆(光伏、风能、充电桩)

  • 其他特殊场合(航空航天、核能)

 

 

 、电缆及材料标准

涉及辐照电缆产品标准有:  

(1) JB/T 10438 额定电压450/750 V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线和电缆; 

(2) JB/T10491 额定电压450/750 V及以下交联聚烯烃绝缘电线和电缆;

(3) JB/T6213 电机绕组引接软电缆和软线

(4) GB/T12528 交流额定电压3kV及以下轨道交通车辆用电缆

(5) TUV 2PfG1169 光伏线标准/UL4703光伏线标准

(6) UL758 电器布线电线电缆及其试验方法

(7)GB/T 12528 交流额定电压3kV及以下轨道交通车辆用电缆

(8) ISO 6722 国际汽车电线标准

涉及辐照电缆材料标准有: 

(1) JB/T 10260 架空绝缘电缆用黑色可交联聚乙烯绝缘料;

(2) JB/T 10437 电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料;  

(3) JB/T10436 电线电缆用可交联阻燃聚烯烃料;

(4) GB/T 17556 船用电力和通信电缆护套材料;

GB/T 17557 船用电力和通信电缆绝缘材料;

在辐照电缆产品标准中经?;岣酱胁牧系谋曜?!

 

六、辐照交联电缆及材料标准及质量控制

1.凝胶含量

凝胶含量是表面材料交联程度的一个重要指标。一般线性高分子材料都可以在一定条件下溶解于某些溶剂中,但交联的网状结构则不溶于任何溶剂?;谡庖辉?,可以得到凝胶含量,它是表征聚合物交联程度最直接、最简便的方法。将已知重量的交联聚合物放入索氏抽提器中,用适当的溶剂回流一定的时间,取出后,经真空干燥、称重,即可求出凝胶含量。

2.热延伸

凝胶虽说表征聚合物交联程度比较准确,但操作比较繁琐,所以在电缆行业常测试辐照后电缆被覆材料的热延伸来判断交联程度。在200℃施加0.2MPa的拉力15min后,伸长率小于175%,试样从热老化箱中取出并冷却后,永久热变形小于15%,即交联合格。

3.热老化

《JB/T10436-2004电线电缆用可交联阻燃聚烯烃料》中交联电缆料的温度等级为90℃、105℃、125℃、150℃,虽然老化时间都是168小时,但老化温度分别为121℃、136℃、158℃、180℃?;馗?rdquo;线缆“,查询更多相关文章

 

4.其他可能存在的性能要求

  • 耐油

耐矿物油(IRM902)和燃料油(IRM903)

  • 耐酸碱

耐酸碱性试验中的酸有草酸、稀盐酸等,碱为氢氧化钠溶液

  • 耐溶剂

甲苯、酒精..

5.成缆后的质量要求

  • 电性能

  • 机械性能

  • 老化性能

  • 低温性能

  • 耐候性能

  • 阻燃性能

  • 耐磨性能

  • 耐油、耐酸碱、耐溶剂、耐臭氧、

6.辐照交联电缆用母粒

  • 该母料利用聚烯烃树脂作为载体,加入比表面大的填料、抗氧剂、润滑剂、辐照交联助剂加工而成。

  • 可以用于制备辐照交联电缆料,方便计量和投料,使精准度大大提高。

  • 可以直接和市售的聚烯烃树脂混合,用于辐照交联电缆被覆的制作。

  • 可以直接和市售的低烟无卤电缆料混合,用于辐照交联电缆被覆的制作。

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