輻射交聯(lián)電纜及材料

一、電纜的簡介

1. 電纜種類

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和絕緣層組成，用來連接電路、電器等。回復”線纜“，查詢更多相關(guān)文章

2. 電纜的基本組成

電力電纜最里邊的是線芯（導體），線芯外面是相絕緣和填料，再外面是三相統(tǒng)包絕緣，統(tǒng)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(jié)構(gòu)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

二、電纜的交聯(lián)

1. 交聯(lián)改性對電纜的影響

2.交聯(lián)技術(shù)的發(fā)展

1952年，查爾斯(charlesby)在一次核反應(yīng)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(chǔ)上，采用過氧化物(DCP)作為化學交聯(lián)反應(yīng)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(shè)備的要求小，在常規(guī)的擠出設(shè)備上即可完成；

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

共聚法中硅烷共聚物是在PE反應(yīng)器中進行反應(yīng)的，它顯著的提高了交聯(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”線纜“，查詢更多相關(guān)文章

4.電線電纜主要采用的交聯(lián)方式

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、抗過載能力強、物理機械性能好，使用壽命長，已經(jīng)廣泛采用。化學交聯(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存在，化學交聯(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

2.輻照電纜對材料的要求

輻照電纜要經(jīng)過三次加工過程

a）材料改性得到電纜料

b）電纜套塑

c）輻照，輻照時要經(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

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)同時存在。

耐輻照能力：無機物＞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幾種化學鍵

5.基體樹脂

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)電纜材料研究重點是以聚烯烴為基體樹脂，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℃	48	60	37	46	90	96	127	135
熔點℃	76	83	59	55	110	123	131	165

從表來看，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(qū)域，聚烯烴材料的結(jié)晶度和其耐熱性能一致，但結(jié)晶度強加會影響其交聯(lián)性。聚烯烴材料的結(jié)晶性提高，可以提高其耐熱性能，但在輻照時影響其交聯(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)基體樹脂。

6.常見助劑

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，磷氮類阻燃劑中的有機物化學鍵容易被高能輻射，所以在輻照交聯(lián)電纜料中這兩類阻燃劑效果不好。

無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(yīng)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，蒙脫土類阻燃劑在輻照交聯(lián)阻燃電纜料應(yīng)用效果也不是很好。回復”線纜“，查詢更多相關(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方面：

電纜料在改性加工過程、套塑擠出時抵抗高溫加工的氧化；
在輻照過程中捕捉輻照時的氧，因為氧與自由基反應(yīng)會阻礙交聯(lián)的進行；
電纜在長期高溫使用過程中，提高抵抗長期熱老化性能。

抗氧劑多是有機化合物，在輻照過程容易被破壞，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

敏化劑是一類多官能團單體，它能把體系中的非鏈式反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殒準椒磻?yīng)，從而降低輻射劑量。敏化劑的加入使輻照交聯(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，性價比合適，所以國內(nèi)TAIC使用較多。

D.其他材料

在電纜料中一般還會加入潤滑劑（如硅酮、蠟類）、相容劑、色粉等，它們在材料中各有作用，加入的量不多，考慮到輻照可能會對破壞這些材料的化學鍵，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(guī)電纜多了一步輻照工藝，其他步驟和常規(guī)電纜工藝相似。

材料改性得到電纜料

目前廠家改性的工藝多為：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(shù)就是溫度，需要根據(jù)材料自身的特性，塑化的要求對不同區(qū)間的溫度進行調(diào)節(jié)。

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、無氣孔，我們一般可以視為塑化良好。

輻照交聯(lián)

電線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重要工藝參數(shù)。輻照劑量最為重要，輻照劑量和材料、設(shè)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(jù)實際情況進行調(diào)整。目前廠家多根據(jù)輻照后熱延伸情況，來調(diào)節(jié)輻照劑量。回復”線纜“，查詢更多相關(guān)文章

四、輻照交聯(lián)電纜的應(yīng)用

建筑物內(nèi)常見的各種連接線、安裝線，是一根銅絲包裹絕緣層，用于低壓的電氣設(shè)備及照明裝置，該電線俗稱“布電線”。
電氣安裝線，但電氣安裝線應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，不同的應(yīng)用場合對線纜要求也各不相同。而在一些場合需要用到線徑的比較細，該類線屬于俗稱的“電子線”。
電機繞組引接軟線中也需用到輻照交聯(lián)電纜
汽車線和機車線
船用電纜和石油平臺用電纜
架空絕緣電纜
機車助航燈光電纜
新能源電纜（光伏、風能、充電樁）
其他特殊場合（航空航天、核能）

五、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)聚烯烴絕緣電線和電纜；

(3) JB/T6213 電機繞組引接軟電纜和軟線

(4) GB/T12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車輛用電纜

(5) TUV 2PfG1169 光伏線標準/UL4703光伏線標準

(6) UL758 電器布線電線電纜及其試驗方法

(7)GB/T 12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車輛用電纜

(8) ISO 6722 國際汽車電線標準

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 電線電纜用可交聯(lián)聚乙烯絕緣料；　　

(3) JB/T10436 電線電纜用可交聯(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)程度的一個重要指標。一般線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(jié)構(gòu)則不溶于任何溶劑。基于這一原理，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?shù)娜軇┗亓饕欢ǖ臅r間，取出后，經(jīng)真空干燥、稱重，即可求出凝膠含量。

2.熱延伸

凝膠雖說表征聚合物交聯(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判斷交聯(lián)程度。在200℃施加0.2MPa的拉力15min后，伸長率小于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℃，雖然老化時間都是168小時，但老化溫度分別為121℃、136℃、158℃、180℃。回復”線纜“，查詢更多相關(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鹵電纜料混合，用于輻照交聯(lián)電纜被覆的制作。

經(jīng)典案例 / Classic case

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