在线客服

咨询热线

高压用XLPE的过氧化物交联制备工艺

作者:未知

  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
  [1]韩宝忠.电缆材料新技术[A].2011中国塑协塑料技术协作委员会年会・技术交流会,2011.
  [2]杨永柱.高压电缆绝缘用可交联聚乙烯结构、性能及交联过程的研究[D].浙江大学,2010.
  [3]姜日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].北京:中国电力出版社,2009(5).
  [4]甘兴忠.电线电缆绝缘交联聚乙烯交联工艺的分析和对比[J].电线电缆,2008(2).
  [5]顾炯,韩高宝.交联聚乙烯绝缘电缆交联工艺介绍及应用[J].建筑电气,2010(5).
论文来源:《科技创新与应用》 2014年17期
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-12691521.htm