高压用XLPE的过氧化物交联制备工艺
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摘 要：在电缆领域中，XLPE已经普遍存在。尽管交联方法各异，但在高压领域从经济、技术还是可行性上综合考虑，过氧化物交联方法无疑还是最可观，最实际可行的。文章通过对过氧化物交联机理的介绍，着重分析在交联过程中影响生产效率的因素、产生产品质量问题的原因，提出过氧化物交联的基本工艺要求，希望对生产实际具有一定的指导意义。
关键词：高压；交联聚乙烯；过氧化物；制备工艺
引言
纸绝缘电缆曾经在世界电力电缆传输中扮演了主要角色。但只能存在于中压阶段，现如今在高压和超高压范围内更趋向于聚乙烯，特别是在高压区域，如充油电缆，充气以及压缩类型的电缆已经逐渐被聚乙烯电缆所取代。因为乙烯长期工作温度不能满足日趋提高的电压等级的需求（见下表），所以采取各种交联工艺方法对其进行交联改性。对于高压及超高压电缆常常采用过氧化物交联方法。
1 绝缘材料
聚乙烯（PE）电绝缘性能，耐低温，易成型加工，足够的机械强度。
交联聚乙烯（XLPE）提高耐温等级，较大的载流量，耐环境应力，抗蠕变，适于高落差与垂直敷设。
2 过氧化物交联基本原理
过氧化物交联法又名化学交联法，通过过氧化物高温分解而引发一系列自由基反应，使聚乙烯交联。交联聚乙烯化学交联的原理可分为以下过程和步骤：
（1）在聚乙烯树脂中加入过氧化二异丙苯（DCP），在一定的温度下DCP分解成氧异丙苯游离基；（2）该游离基夺取碳键氢原子，并使聚乙烯分子之间通过C-C结合形成网状结构，同时由产生的枯基醇继续反应生成甲烷、水等物质。
过氧化物交联方法特点：过氧化物体系的交联聚乙烯的制备方法是最常见的。设备和配混技术与橡胶硫化相似。含有树脂和化合物的过氧化物，可使用常规的挤出机挤出，但温度低于过氧化物分解点。大多数常用的过氧化物需要处理的范围是从240°至260°。连续硫化设备的化合物在高压蒸汽（约250pa）下挤出到导体上将产生一个为约400°的温度。可以使用干燥的氮气，在约150pa的压力下与硫化剂结合使用时温度约为650°。这些高温会导致过氧化氢分解成活性自由基，压力是必不可少的，以防止空隙的形成。该过氧化物产生的自由基从聚合物中提取氢原子与聚乙烯反应，在聚合物链上形成的基团与另一聚合物链自由基形成交联反应。
用过氧化物交联聚乙烯生产的交联制品性能比较优异，但在制品的加工过程中，挤出温度必须保持很低，以便防止其发生预交联或焦烧现象，从而影响制品的质量甚至损坏设备。该温度严格限制着可交联聚乙烯的挤出速度，而且在制品挤出成型后，需要在高温高压及几十米长（甚至上百米）的专用管道中进行交联反应，设备占据空间大，消耗能量大，生产效率低，因此限制了该技术在中小型生产企业中的应用。近年来，采用交联剂与助交联剂并用可以显著地提高交联效果。使用助交联剂可以提高交联度，降低降解几率，并可适当降低交联剂的用量。
3 影响交联电缆生产效率的因素
3.1 交联度的控制――考核交联电缆是否合格的两个重要指标是延伸率和永久变形，他们的技术要求分别为≤175%和≤150%。影响交联度的主要因素有两个，即温度和压力，因此提速后为保证交联度，我们可以采取如下方法：
提高交联管道的温度（≤175℃）；计算出交联线芯的最高线速度（热延伸70%～100%）。
3.2 挤出机机身温度的影响――交联速度提高造成机身温度过高后，如果冷却不下来会影响产品质量，故良好的机身冷却系统是能否提速的关键，同时冷却系统应温度温和，不可对机身产生忽冷忽热现象，否则将产生严重影响挤出机的出胶量的稳定。
3.3 良好的挤出紧急冷却系统――出胶量的多少是影响生产速度的关键因素，而螺杆转速又是影响出胶量的关键因素，因此速度的提高取决于螺杆的加快，但是螺杆转速越快对螺筒内的交联聚乙烯料多的剪切作用也越强烈，这样会使机身局部温度升高，可能导致老胶的出现，且温度升高严重时还会使交联聚乙烯料在机筒内先期交联，从而影响产品的质量。
3.4 设备的稳定性――生产速度的提高对设备稳定性的影响表现在使设备的震动加剧，特别是牵引，如果震动太过强烈则会使进入机头的导电线芯产生轰动，导致挤制绝缘后竹节或偏心的出现，从而影响产品的质量。
3.5 交联管的悬垂控制系统的改――交联生产提速后，必须有灵敏的悬垂控制系统，否则容易使交联擦伤绝缘线芯，影响产品质量。
4 交联的主要质量缺陷
交联度（热延伸）不合格――交联度达不到标准，则电缆的热-机械性能不合格，不能满足工作温度90℃的要求。产生的原因：（1）交联配方不合理；（2）硫化工艺不当（气压过低、线速度过大、冷却水温度过高）。
结构及外观不合格：（1）厚度最薄点低于标准规定的最小值或者平均厚度低于标称值；（2）偏芯。
竹节状：（1）电气，机械系统原因；（2）模芯太小或者套体外径不均匀。
表面划伤：（1）电缆在硫化管中碰壁或有异物；（2）模套外边缘有焦烧物。
杂质：（1）混料时和挤出机加料过程中带入；（2）焦烧疙瘩。
气泡：（1）挤出磨具；（2）料中有水分；（3）冷却不充分（距线芯等距的圆周上出现一圈气泡）。
电缆性能不合格：（1）游离放电和介质损耗不合格；（2）电缆绝缘击穿垫层击穿――钢带有毛刺、卷边，刺破垫层。
5 过氧化物交联工艺的基本要求
5.1 绝缘无微孔，水含量低：采用全干式交联和冷却系统。高压超高压电缆采用气冷，中压电缆可采用闭路循环系统进行水冷。
5.2 层间界面光滑：避免绝缘加速老化和水树的产生。
5.3 较好的同心度：导体与保护层横截面应同轴对称。
5.4 杂质控制。
5.5 减少绝缘内的机械应力。
5.5.1 采用在线松弛装置，把冷却后的电缆再加热，消除热应力。
5.5.2 适当降低交联温度，加长预冷管长度，减慢冷却速度，使绝缘向导体中心收缩，消除绝缘与导体间的应力。
5.6 除去绝缘中的气体
35kv及以下的绝缘电缆，线芯交联完成后，只需在常温下放置一段时间即可。110kv、220kv级以上电缆，应把线芯送到烘房进行除气。
参考文献
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