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輻射交聯(lián)電纜及材料

一、電纜的簡(jiǎn)介

1. 電纜種類(lèi)

電纜有電力電纜、控制電纜、補償電纜、屏蔽電纜、高溫電纜、計算機電纜、信號電纜、同軸電纜、耐火電纜、船用電纜、礦用電纜、鋁合金電纜等等。它們都是由單股或多股導線(xiàn)和絕緣層組成,用來(lái)連接電路、電器等?;貜?rdquo;線(xiàn)纜“,查詢(xún)更多相關(guān)文章

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2. 電纜的基本組成

電力電纜最里邊的是線(xiàn)芯(導體),線(xiàn)芯外面是相絕緣和填料,再外面是三相統包絕緣,統包絕緣外為鉛包,鉛包外層為防護層如鋼甲和聚氯乙烯護套。如YJQOZ 220/1×800交聯(lián)電纜的結構由里到外依次為:導體、半導電包帶、導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、縱向阻水層、鉛套、瀝青、PVC帶、PVC護套和半導電涂層。

3. 電纜的基本性能

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二、電纜的交聯(lián)

1. 交聯(lián)改性對電纜的影響


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2.交聯(lián)技術(shù)的發(fā)展

1952年,查爾斯(charlesby)在一次核反應堆試驗中利用輻射能將聚乙烯交鏈成交聯(lián)聚乙烯,從而發(fā)明了交聯(lián)聚乙烯絕緣;

1957年,GE在上述原理上基礎上,采用過(guò)氧化物(DCP)作為化學(xué)交聯(lián)反應劑,首先在電纜工業(yè)中制造了交聯(lián)電纜;

六十年代末,道康寧(Dow Corning)公司發(fā)明硅烷交聯(lián)技術(shù),發(fā)展至今

3.線(xiàn)纜輻射交聯(lián)工藝

一共有三種生產(chǎn)工藝:二步法`一步法`和乙烯-硅烷共聚法。

二步法工藝是最早發(fā)展起來(lái)的技術(shù),次法投資少,成本低,但易帶入雜質(zhì),只能用于低壓電纜的制造,它對設備的要求小,在常規的擠出設備上即可完成;

一步法將接枝反應和添加縮合催化劑過(guò)程合并,以一步法擠出電纜,減少雜質(zhì)的污染機會(huì ),適用于制造中低壓電力電纜。但該工藝技術(shù)難度大,一般需要專(zhuān)門(mén)制造的擠出機,且投資比一步法大;

共聚法中硅烷共聚物是在PE反應器中進(jìn)行反應的,它顯著(zhù)的提高了交聯(lián)PE的電絕緣性能,除用于低壓電纜的制造外,更適用于中低壓電纜。回復”線(xiàn)纜“,查詢(xún)更多相關(guān)文章

 

4.電線(xiàn)電纜主要采用的交聯(lián)方式


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5.三種交聯(lián)方式并存,各有優(yōu)勢

交聯(lián)電纜因其耐溫好、抗過(guò)載能力強、物理機械性能好,使用壽命長(cháng),已經(jīng)廣泛采用?;瘜W(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)、輻照交聯(lián)因為各有優(yōu)勢目前在市面上同時(shí)存在,化學(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)主要用在聚乙烯交聯(lián)電纜上,對于耐溫要求更高的電纜、阻燃和其他材料上輻照交聯(lián)更有優(yōu)勢

 

 

三、輻照交聯(lián)電纜料對材料的要求

1.電纜料的成分


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2.輻照電纜對材料的要求

輻照電纜要經(jīng)過(guò)三次加工過(guò)程

a)材料改性得到電纜料

b)電纜套塑

c)輻照,輻照時(shí)要經(jīng)受高能粒子的攻擊

輻照電纜的使用環(huán)境

高溫、可能還有油污,其他惡劣環(huán)境

3.高分子材料的輻照交聯(lián)

以PE為例

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4.輻照對材料及助劑的影響

在高能粒子的作用下

分子鏈的斷裂和分子間的交聯(lián)同時(shí)存在。

耐輻照能力:無(wú)機物>有機物、單鍵>雙鍵、多鍵、、鍵能大>鍵能小

高分子材料及助劑常見(jiàn)幾種化學(xué)鍵

5.基體樹(shù)脂

90-125℃:PVC 、PE、CPE、氰碳化聚乙烯 ;

105-150℃:PE 、EPDM ;

150-200℃:硅橡膠,含氟聚合物。

目前輻照交聯(lián)電纜材料研究重點(diǎn)是以聚烯烴為基體樹(shù)脂,聚烯烴主要包括EVA、POE、PE、PP等,它們自身的熱性能如下:

材料

EVA7470M

EVA5110J

POE8200

POE8150

LDPE2420K

LLDPE218w

HDPE8380

PP50215

維卡軟化點(diǎn)℃

48

60

37

46

90

96

127

135

熔點(diǎn)℃

76

83

59

55

110

123

131

165

 

從表來(lái)看,聚烯烴材料自身的耐溫性能為:POE<EVA<LDPE<LLDPE<PP,對于耐溫要求更高的材料如:125℃、150℃輻照交聯(lián)電纜料,采用耐溫性能較高的材料似乎更有利。

有研究表明,輻照交聯(lián)主要發(fā)生在非晶區域,聚烯烴材料的結晶度和其耐熱性能一致,但結晶度強加會(huì )影響其交聯(lián)性。聚烯烴材料的結晶性提高,可以提高其耐熱性能,但在輻照時(shí)影響其交聯(lián),不利于提高耐熱性能。這似乎是一對矛盾,需要多次的實(shí)驗確定合適的材料、較佳的配比。

PP因為含有甲基和叔碳原子,容易受光、熱氧老化,在配方選擇時(shí)要特別注意。

氟塑料、偏聚氯乙烯和一些橡膠材料(如氯丁膠、氯化聚乙烯、丁基膠、乙丙膠、硅橡膠等)也可以作為輻照交聯(lián)基體樹(shù)脂。

6.常見(jiàn)助劑

A.阻燃劑

電纜料中可用的阻燃劑較多,常用有溴/銻、氫氧化物、含磷或氮化合物等,且交聯(lián)本身也可提高材料的阻燃性。

溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷、十溴二苯醚中C-Br鍵,磷氮類(lèi)阻燃劑中的有機物化學(xué)鍵容易被高能輻射,所以在輻照交聯(lián)電纜料中這兩類(lèi)阻燃劑效果不好。

無(wú)機阻燃劑不易被高能輻射破壞,所以在輻照交聯(lián)阻燃電纜料中應用較好,如氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷等。

輻照交聯(lián)阻燃電纜料的耐溫等級較高,在較高溫度下鐵及其他過(guò)渡金屬元素可以催化降解,所以在耐溫等級較高的電纜料中要控制材料中的雜質(zhì)。礦物法氫氧化鎂因為含有雜質(zhì)較多,在高耐溫電纜中使用效果就不是很好。相似原因,蒙脫土類(lèi)阻燃劑在輻照交聯(lián)阻燃電纜料應用效果也不是很好?;貜?rdquo;線(xiàn)纜“,查詢(xún)更多相關(guān)文章

B.抗氧劑

抗氧劑在輻照交聯(lián)電纜中的作用主要有以下幾個(gè)方面:

  • 電纜料在改性加工過(guò)程、套塑擠出時(shí)抵抗高溫加工的氧化;

  • 在輻照過(guò)程中捕捉輻照時(shí)的氧,因為氧與自由基反應會(huì )阻礙交聯(lián)的進(jìn)行;

  • 電纜在長(cháng)期高溫使用過(guò)程中,提高抵抗長(cháng)期熱老化性能。

 

抗氧劑多是有機化合物,在輻照過(guò)程容易被破壞,所以輻照交聯(lián)電纜料需要添加抗氧劑的量比較多,而且選擇的抗氧劑要具有一定抗輻射能力,并需要多種抗氧劑協(xié)效使用,以便達到更好的效果。

C.交聯(lián)敏化劑

敏化劑是一類(lèi)多官能團單體,它能把體系中的非鏈式反應轉變?yōu)殒準椒磻?,從而降低輻射劑量。敏化劑的加入使輻照交?lián)的起始劑量降低,增加相同劑量下的凝膠量,使交聯(lián)更加容易。

工業(yè)上常用的敏化劑有:三聚氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、三聚氰酸三炔丙酯(TAC)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTM)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等,其中TAIC產(chǎn)品比較成熟,性?xún)r(jià)比合適,所以國內TAIC使用較多。

 

D.其他材料

在電纜料中一般還會(huì )加入潤滑劑(如硅酮、蠟類(lèi))、相容劑、色粉等,它們在材料中各有作用,加入的量不多,考慮到輻照可能會(huì )對破壞這些材料的化學(xué)鍵,使它們效果失去或降低,在配方中也需要使用耐輻照材料或適當增加用量

7.加工工藝

輻照交聯(lián)電纜的生產(chǎn)加工方式比常規電纜多了一步輻照工藝,其他步驟和常規電纜工藝相似。

 

  • 材料改性得到電纜料

目前廠(chǎng)家改性的工藝多為:1、密煉機+雙螺桿擠出機+單螺桿擠出機工藝;2、混合鍋+雙螺桿擠出機+單螺桿擠出機工藝。在改性生產(chǎn)工藝中最重要的參數就是溫度,需要根據材料自身的特性,塑化的要求對不同區間的溫度進(jìn)行調節。

 

  • 電纜電纜的套塑擠出

多使用65機或90機,工藝中對質(zhì)量影響較大的主要有擠出溫度和模具。在套塑工藝中如果電纜外表光滑、細膩,橫切剖面均勻、無(wú)氣孔,我們一般可以視為塑化良好。

 

  • 輻照交聯(lián)

電線(xiàn)輻照加工工藝中主要有輻照劑量、電子束能量、束流與輻照速度等幾個(gè)重要工藝參數。輻照劑量最為重要,輻照劑量和材料、設備有關(guān),一般情況下電纜的輻照劑量在100kGy(10兆拉德)左右,而具體的輻照劑量要根據實(shí)際情況進(jìn)行調整。目前廠(chǎng)家多根據輻照后熱延伸情況,來(lái)調節輻照劑量。回復”線(xiàn)纜“,查詢(xún)更多相關(guān)文章

 

四、輻照交聯(lián)電纜的應用

  • 建筑物內常見(jiàn)的各種連接線(xiàn)、安裝線(xiàn),是一根銅絲包裹絕緣層,用于低壓的電氣設備及照明裝置,該電線(xiàn)俗稱(chēng)“布電線(xiàn)”。

  • 電氣安裝線(xiàn),但電氣安裝線(xiàn)應用領(lǐng)域比較廣泛,不同的應用場(chǎng)合對線(xiàn)纜要求也各不相同。而在一些場(chǎng)合需要用到線(xiàn)徑的比較細,該類(lèi)線(xiàn)屬于俗稱(chēng)的“電子線(xiàn)”。

  • 電機繞組引接軟線(xiàn)中也需用到輻照交聯(lián)電纜

  • 汽車(chē)線(xiàn)和機車(chē)線(xiàn)

  • 船用電纜和石油平臺用電纜

  • 架空絕緣電纜

  • 機車(chē)助航燈光電纜

  • 新能源電纜(光伏、風(fēng)能、充電樁)

  • 其他特殊場(chǎng)合(航空航天、核能)

 

 

 、電纜及材料標準

涉及輻照電纜產(chǎn)品標準有:  

(1) JB/T 10438 額定電壓450/750 V及以下交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電線(xiàn)和電纜; 

(2) JB/T10491 額定電壓450/750 V及以下交聯(lián)聚烯烴絕緣電線(xiàn)和電纜;

(3) JB/T6213 電機繞組引接軟電纜和軟線(xiàn)

(4) GB/T12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車(chē)輛用電纜

(5) TUV 2PfG1169 光伏線(xiàn)標準/UL4703光伏線(xiàn)標準

(6) UL758 電器布線(xiàn)電線(xiàn)電纜及其試驗方法

(7)GB/T 12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車(chē)輛用電纜

(8) ISO 6722 國際汽車(chē)電線(xiàn)標準

涉及輻照電纜材料標準有: 

(1) JB/T 10260 架空絕緣電纜用黑色可交聯(lián)聚乙烯絕緣料;

(2) JB/T 10437 電線(xiàn)電纜用可交聯(lián)聚乙烯絕緣料;  

(3) JB/T10436 電線(xiàn)電纜用可交聯(lián)阻燃聚烯烴料;

(4) GB/T 17556 船用電力和通信電纜護套材料;

GB/T 17557 船用電力和通信電纜絕緣材料;

在輻照電纜產(chǎn)品標準中經(jīng)常會(huì )附帶有材料的標準!

 

六、輻照交聯(lián)電纜及材料標準及質(zhì)量控制

1.凝膠含量

凝膠含量是表面材料交聯(lián)程度的一個(gè)重要指標。一般線(xiàn)性高分子材料都可以在一定條件下溶解于某些溶劑中,但交聯(lián)的網(wǎng)狀結構則不溶于任何溶劑?;谶@一原理,可以得到凝膠含量,它是表征聚合物交聯(lián)程度最直接、最簡(jiǎn)便的方法。將已知重量的交聯(lián)聚合物放入索氏抽提器中,用適當的溶劑回流一定的時(shí)間,取出后,經(jīng)真空干燥、稱(chēng)重,即可求出凝膠含量。

2.熱延伸

凝膠雖說(shuō)表征聚合物交聯(lián)程度比較準確,但操作比較繁瑣,所以在電纜行業(yè)常測試輻照后電纜被覆材料的熱延伸來(lái)判斷交聯(lián)程度。在200℃施加0.2MPa的拉力15min后,伸長(cháng)率小于175%,試樣從熱老化箱中取出并冷卻后,永久熱變形小于15%,即交聯(lián)合格。

3.熱老化

《JB/T10436-2004電線(xiàn)電纜用可交聯(lián)阻燃聚烯烴料》中交聯(lián)電纜料的溫度等級為90℃、105℃、125℃、150℃,雖然老化時(shí)間都是168小時(shí),但老化溫度分別為121℃、136℃、158℃、180℃?;貜?rdquo;線(xiàn)纜“,查詢(xún)更多相關(guān)文章

 

4.其他可能存在的性能要求

  • 耐油

耐礦物油(IRM902)和燃料油(IRM903)

  • 耐酸堿

耐酸堿性試驗中的酸有草酸、稀鹽酸等,堿為氫氧化鈉溶液

  • 耐溶劑

甲苯、酒精..

5.成纜后的質(zhì)量要求

  • 電性能

  • 機械性能

  • 老化性能

  • 低溫性能

  • 耐候性能

  • 阻燃性能

  • 耐磨性能

  • 耐油、耐酸堿、耐溶劑、耐臭氧、

6.輻照交聯(lián)電纜用母粒

  • 該母料利用聚烯烴樹(shù)脂作為載體,加入比表面大的填料、抗氧劑、潤滑劑、輻照交聯(lián)助劑加工而成。

  • 可以用于制備輻照交聯(lián)電纜料,方便計量和投料,使精準度大大提高。

  • 可以直接和市售的聚烯烴樹(shù)脂混合,用于輻照交聯(lián)電纜被覆的制作。

  • 可以直接和市售的低煙無(wú)鹵電纜料混合,用于輻照交聯(lián)電纜被覆的制作。

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