輻射交聯(lián)電纜及材料
一、電纜的簡(jiǎn)介
1. 電纜種類
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。化學(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)楹屑谆褪逄荚樱菀资芄?、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）、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。
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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?；谶@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℃。回復(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。
