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(bǔ)償電纜、屏蔽電纜、高溫電纜、計(jì)算機(jī)電纜、信號(hào)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(dǎo)線和絕緣層組成,用來(lái)連接電路、電器等?;貜?fù)”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(dǎo)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(hù)層如鋼甲和聚氯乙烯護(hù)套。如YJQOZ 220/1×800交聯(lián)電纜的結(jié)構(gòu)由里到外依次為:導(dǎo)體、半導(dǎo)電包帶、導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、縱向阻水層、鉛套、瀝青、PVC帶、PVC護(hù)套和半導(dǎo)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(duì)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(yàn)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(guò)氧化物(DCP)作為化學(xué)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(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(duì)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(guò)程合并,以一步法擠出電纜,減少雜質(zhì)的污染機(jī)會(huì),適用于制造中低壓電力電纜。但該工藝技術(shù)難度大,一般需要專門(mén)制造的擠出機(jī),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(jìn)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(fù)”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(shì)
交聯(lián)電纜因其耐溫好、抗過(guò)載能力強(qiáng)、物理機(jī)械性能好,使用壽命長(zhǎng),已經(jīng)廣泛采用?;瘜W(xué)交聯(lián)、硅烷交聯(lián)、輻照交聯(lián)因?yàn)楦饔袃?yōu)勢(shì)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(duì)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(shì)
三、輻照交聯(lián)電纜料對(duì)材料的要求
1.電纜料的成分
2.輻照電纜對(duì)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
4.輻照對(duì)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(jī)物>有機(jī)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(duì)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(qiáng)加會(huì)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(shí)影響其交聯(lián),不利于提高耐熱性能。這似乎是一對(duì)矛盾,需要多次的實(shí)驗(yàn)確定合適的材料、較佳的配比。
PP因?yàn)楹屑谆褪逄荚?,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(jī)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(jī)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(jí)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(jí)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?yàn)楹须s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(yīng)用效果也不是很好?;貜?fù)”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(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?yàn)檠跖c自由基反應(yīng)會(huì)阻礙交聯(lián)的進(jìn)行;
-
電纜在長(zhǎng)期高溫使用過(guò)程中,提高抵抗長(zhǎng)期熱老化性能。
抗氧劑多是有機(jī)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(dá)到更好的效果。
C.交聯(lián)敏化劑
敏化劑是一類(lèi)多官能團(tuán)單體,它能把體系中的非鏈?zhǔn)椒磻?yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)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(jià)比合適,所以國(guó)內(nèi)TAIC使用較多。
D.其他材料
在電纜料中一般還會(huì)加入潤(rùn)滑劑(如硅酮、蠟類(lèi))、相容劑、色粉等,它們?cè)诓牧现懈饔凶饔茫尤氲牧坎欢?,考慮到輻照可能會(huì)對(duì)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(dāng)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(jī)+雙螺桿擠出機(jī)+單螺桿擠出機(jī)工藝;2、混合鍋+雙螺桿擠出機(jī)+單螺桿擠出機(jī)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(duì)不同區(qū)間的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
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電纜電纜的套塑擠出
多使用65機(jī)或90機(jī),工藝中對(duì)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(xì)膩,橫切剖面均勻、無(wú)氣孔,我們一般可以視為塑化良好。
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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(gè)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。目前廠家多根據(jù)輻照后熱延伸情況,來(lái)調(diào)節(jié)輻照劑量。回復(fù)”線纜“,查詢更多相關(guān)文章
四、輻照交聯(lián)電纜的應(yīng)用
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建筑物內(nèi)常見(jiàn)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”。
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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(chǎng)合對(duì)線纜要求也各不相同。而在一些場(chǎng)合需要用到線徑的比較細(xì),該類(lèi)線屬于俗稱的“電子線”。
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電機(jī)繞組引接軟線中也需用到輻照交聯(lián)電纜
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汽車(chē)線和機(jī)車(chē)線
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船用電纜和石油平臺(tái)用電纜
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架空絕緣電纜
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機(jī)車(chē)助航燈光電纜
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新能源電纜(光伏、風(fēng)能、充電樁)
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其他特殊場(chǎng)合(航空航天、核能)
五 、電纜及材料標(biāo)準(zhǔn)
涉及輻照電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(chē)輛用電纜
(5) TUV 2PfG1169 光伏線標(biāo)準(zhǔn)/UL4703光伏線標(biāo)準(zhǔn)
(6) UL758 電器布線電線電纜及其試驗(yàn)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(guó)際汽車(chē)電線標(biāo)準(zhǔn)
涉及輻照電纜材料標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)常會(huì)附帶有材料的標(biāo)準(zhǔn)!
六、輻照交聯(lián)電纜及材料標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)。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(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(dāng)?shù)娜軇┗亓饕欢ǖ臅r(shí)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(shuō)表征聚合物交聯(lián)程度比較準(zhǔn)確,但操作比較繁瑣,所以在電纜行業(yè)常測(cè)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(zhǎng)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(jí)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?fù)”線纜“,查詢更多相關(guān)文章
4.其他可能存在的性能要求
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耐油
耐礦物油(IRM902)和燃料油(IRM903)
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耐酸堿
耐酸堿性試驗(yàn)中的酸有草酸、稀鹽酸等,堿為氫氧化鈉溶液
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耐溶劑
甲苯、酒精..
5.成纜后的質(zhì)量要求
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電性能
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機(jī)械性能
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老化性能
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低溫性能
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耐候性能
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阻燃性能
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耐磨性能
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耐油、耐酸堿、耐溶劑、耐臭氧、
6.輻照交聯(lián)電纜用母粒
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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(rùn)滑劑、輻照交聯(lián)助劑加工而成。
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可以用于制備輻照交聯(lián)電纜料,方便計(jì)量和投料,使精準(zhǔn)度大大提高。
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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。
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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。