高压电缆用可交联绝缘材料的研究鸡眼机

高压电缆用可交联绝缘材料的研究

高压电缆用可交联绝缘材料的研究 2011： 　一.高压电缆国产化趋势及国内市场的前景分析

电力电缆是电线电缆工业中一个重要的组成部分，在电力电缆领域内：1～10kV属于低压电缆、10～35kV属于中压电缆、110～220kV属于高压电缆、500kV属于超高压电缆。　　国外从二十世纪七十：ISO 14644-1） Class Number of particles per Cubic Meter by Micrometer size 0,1 mm 0,2 mm 0,3 mm 0,5 mm 1 mm 5 mm ISO 1 10 2 ISO 2 100 24 10 4 ISO 3 1000 237 102 35 8 ISO 4 10000 2370 1020 352 83 ISO 5 100000 23700 10200 3520 832 29 ISO 6 1000000 237000 102000 35200 8320 293 ISO 7 352000 83200 2930 ISO 8 3520000 832000 29300 ISO 9 35200000 8320000 293000 在我们的中试建设中，对高压电缆用绝缘材料提出了生产环境10000级，包装、送料口1000级的生产环境要求。　　（4）物料产品输送　　针对金属杂质的问题，我们把风输时物料有可能接触到的金属管道内表面都做了特殊的处理，使其在长期输送作业时，尽可能减少金属杂质的产生。此外，输送用风也经过了几道过滤系统，同样起到了减少杂质引入的作用。通过杂质去除方法的研究，结合原料、净化和输送我们的获得稳定的过程控制，保证了高压电缆用绝缘材料的低杂质性。　　3、配方和工艺技术研究　　（1）过氧化物的使用和选择　　和中低压电缆用材料一样，对于高压交联电缆用绝缘材料的原料，国内外依然普遍采用具有优良介电性能的聚乙烯，交联的方式则是采取能够给聚乙烯提供均匀高交联度的化学交联方式。　　化学交联需要添加过氧化物。过氧化物在添加之前，需要经过沉淀过滤和滤网过滤两道工序。在过氧化物的选择方面，除了常规的性能外，还需要注重过氧化物的半衰期对应温度的关系，我们需要过氧化物能在200到400℃之间的某个温度加速分解，在半衰期对温度的曲线上呈现一个拐点，此类过氧化物对于生产高压电缆有着重要的意义。　　高压电缆的绝缘层通常很厚，成缆过程中通过温度梯度变化的硫化管，绝缘层内外层温度不一致，造成成缆后绝缘层内部会出现晶相分离，采用具有某一温度分解拐点的过氧化物，可以使绝缘层在硫化管内交联时有一个缓冲过程，会在内外层达到热平衡后一起交联，从而减少晶相分离的可能，起到防止物理性能降低的作用。　　（2）抗氧剂的研究　　在化学交联产品加工的整个工艺过程中，抗氧剂的加入量很关键，加的少产品热老化性能不能通过，加的多会使过氧化物的活性降低，对最终形成热固性高分子后，产品的交联度会有影响。我们研究了复配抗氧剂在高压绝缘料中的使用，复配抗氧剂中液体抗氧剂和固体抗氧剂的作用各不相同，相对而言，液体抗氧剂倾向于聚乙烯改性过程中的抗老化，固体抗氧剂倾向于聚乙烯混合物成为制品后的抗老化，两者之间又有协同抗氧化作用。　　之所以这么做，是为了在不损失材料交联活性的同时，尽可能的减少抗氧剂的添加量，因为抗氧剂在熔融不完全时扮演了杂质的角色。　　（3）加工性能调节　　在确定产品交联剂体系以后，我们进行了配方加工性能的研究。对于交联聚乙烯绝缘塑料最重要的加工因素是体系的交联反应活化能和加工流变曲线。我们使用差动热分析仪在氮气的保护下以10℃/min的升温速率研究了不同过氧化物含量体系（按序号递增次序过氧化物含量依次递增）的反应动力学，计算体系反应活化能（E）和一分钟半衰期温度（T1/2）结果如下：表9 不同过氧化物含量体系的活化能和半衰期 样品 序号 活化能 E kJ /mol 一分钟半衰期温度 T1/2 ℃ 1 173.4 172.8 2 172.2 172.8 3 170.9 171.6 4 168.1 171.3 5 163.7 172.9 国外产品 164.9 171.1 　　我们最终选定了4号配方调节方案，这个配方通过树脂和其它助剂的配合微量调低了过氧化物的加入量，从而微量降低了产品的交联度，改善了过氧化物分解产物对交联电缆产生的不良影响（微孔）。我们还研究了此配方交联流变曲线的硫化时间和平衡扭矩，最终目的使加工性能满足交联聚乙烯电缆的使用要求。图5 加工性能调节实例表10 不同过氧化物含量对加工扭矩的影响 过氧化物 Phr 达到扭矩平衡时最大扭矩 达到扭矩平衡时时间 达到扭矩平衡时料温 2.08 20.40 N·m 7分54秒 150℃ 2.12 22.26 N·m 7分44秒 150℃ （4）工艺温度控制点的研究在研究中，我们采用高温工艺先将抗氧剂体系均匀分散在聚乙烯体系中，解决了以往高温长效抗氧剂体系在聚乙烯体系中不熔的问题。接下来采用特殊的工艺使后加工温度从原来的120℃降低到100℃，降低了过氧化物的半衰期，大大降低了过氧化物分解的程度和浓度从而控制了预交联，减少了杂质。表11 不同温度下过氧化物的半衰期 温度 ℃ 30 100 120 130 160 170 200 250 320 半衰期 490.3年 2.1天 4.2h 1.3h 3.4min 1.3min 5.8s 0.14s 2.3×10-3 s （5）其它工艺控制点的研究为了保证产品能够稳定生产，确保产品质量稳定我们研究了以下一级工艺控制点。a．交联剂计量准确性控制点我们选用高精度体积计量的隔膜泵，并使用失重计量秤对计量系统进行适时计量、反馈调节计量精度，使过氧化物能够平稳、准确加入，整体精度控制在5‰以内。b．流变曲线测试作为一种中控的手段，监控产品加工性能。c．在线杂质检测在线根据杂质检测结果进行产品分级，对超标情况采用声、光报警并在一定时间后进入自动停车程序。d．微量水分控制对原料、中间品和产品进行微量水分测试，避免超标产品在生产高压电缆过程中带来大的微孔，影响电缆电性能。e．基料过滤压力监控监控基料过滤前后压力变化情况，对过滤网情况进行监控，超过设定值进行换网。　　七. 新上化的高压电缆绝缘料市场合作概念　　高压电缆用绝缘材料的开发绝不是靠一两个材料厂家就可以完成的，它需要众多的材料厂家的参与和投入，更需要石化企业和电缆生产企业的关心和支持。新上化诚邀各类合作伙伴的参与，希望在分享交流研发经验的同时，共同协作开发，争取早日实现高压电缆绝缘料的国产化。

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