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2口1口年第5期l ELECTRIClTY
交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜交聯(lián)工藝介紹及應用
顧炯(上 海 電 纜 研 究 所，上海市200093)
韓高寶(加鋁(天津)鋁合金產(chǎn)品有限公司，天津市300308)
Cross-linking Technology Introduction and Application ofXLPE Insulated Cable
GuJiong(Shanghai Electric Cable Research Institute，Shanghai 200093，China)
Han Gaobao(Alcan(Tianjin)Alloy Products Company，Ltd．，Tianjin 300308，China)
Abstract Several cross—linking technologies for
XLPE insulated cable are introduced，the features of
peroxide chemical cross—linking，silane cross-linking，
radiation cross-linking and their application in power
cable are analyzed and compared．
Key wor&s Wire and cable XLPE Cross—
linkingtechnology
XI．PE交聯(lián)工藝種類
Fig．Types ofXLPE cross—linking technology
摘 要 介紹了交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的幾種交
聯(lián)工藝．分析對比了過氧化物化學交聯(lián)、硅烷
2三種聚乙烯交聯(lián)工藝介紹
交聯(lián)和輻照交聯(lián)的性能特點．及其在電力電纜中的
2．1 過氧化物化學交聯(lián)工藝
應用。
關(guān)鍵詞 電線電纜 交聯(lián)聚乙烯 交聯(lián)工藝 交聯(lián)聚乙烯化學交聯(lián)的原理可分為以下過程和步
驟：①在聚乙烯樹脂中加入過氧化二異丙苯(DCP)。
在一定的溫度下DCP分解成氧異丙苯游離基：②該
1 引言
游離基奪取碳鍵氫原子，并使聚乙烯分子之間通過
交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜是目前應用最 C—C結(jié)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)．同時由產(chǎn)生的枯基醇繼續(xù)
廣泛的電力電纜之一。其性能的優(yōu)劣、質(zhì)量的高 反應生成甲烷、水等物質(zhì)。
低，直接影響到輸配電系統(tǒng)的運行狀況。 化學交聯(lián)的交聯(lián)設(shè)備主要有懸鏈式干法交聯(lián)生產(chǎn)
目前交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)工藝主要有過氧化物化學 線(CCV)及立塔式交聯(lián)生產(chǎn)線(VCV)，其交聯(lián)管
交聯(lián)、硅烷交聯(lián)(又稱溫水交聯(lián))、輻照交聯(lián)等 主要由加熱交聯(lián)管和冷卻管組成。交聯(lián)聚乙烯絕緣的
(見下圖)。 交聯(lián)度主要取決于絕緣體積、交聯(lián)管溫度及長度、冷
過氧化物化學交聯(lián)于1957年由美國GE公司 卻管溫度及長度、生產(chǎn)速度、導體溫度等因素．在絕
首先應用于電力電纜絕緣。硅烷交聯(lián)技術(shù)在上世紀 緣體積一定的前提下，導體熱容量越小、交聯(lián)管長度
60年代由美國Dow Coming公司研究發(fā)現(xiàn)，后來 越長溫度越高、冷卻管長度越長溫度越低．則生產(chǎn)速
逐步形成了一步法與二步法的硅烷聚乙烯交聯(lián)工 度越高。反之亦然。
藝。輻照交聯(lián)電纜技術(shù)始于上世紀50年代中期， 2．2硅烷交聯(lián)工藝
美國電子化學公司利用高能電子射線照射聚乙烯． 硅烷交聯(lián)可分為兩個過程：①利用DCP分解成
使聚乙烯分子由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀立體型結(jié)構(gòu)， 游離基并作引發(fā)劑把不飽和硅烷分子和聚乙烯分子接
開始了輻照交聯(lián)的應用。 枝，產(chǎn)生活性硅烷基形成了俗稱的A料：②將A料
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M—ay——2——0——1—0————，V——o——i．—．2，9。。———N、—o—．．一5
一，_一與俗稱為B料的催化劑在一定的溫度下進行水解交聯(lián) 感劑，以及抗老化劑、阻燃劑等。
反應．形成網(wǎng)狀XLPE分子結(jié)構(gòu)。 輻照交聯(lián)適用于輻照層較薄、截面較小的電線
硅烷交聯(lián)工藝可分為一步法和二步法兩種。 電纜，如電線的絕緣或外徑較小的護套。
一步法又分為兩種：一種是Monosil一步法．即
3三種交聯(lián)工藝的對比及其應用范圍
電線電纜制造廠直接購買聚乙烯(PE)基料和化學
原料硅烷等．使用配備液態(tài)硅烷計量的送料系統(tǒng)． 3．1 交聯(lián)工藝的對比
在較大長徑比螺桿擠塑機上直接混料并擠包在導體 交聯(lián)工藝的對比見表l。
上；另一種是固相一步法．即將硅烷通過白炭黑載
表1交聯(lián)工藝的對比
體滲吸到PE基料中．含有硅烷的PE料在電線電纜
Tab．1 Comparison ofcross—linking technology
制造廠使用時．不需要經(jīng)過任何混料過程就可以在擠
過氧化物
交聯(lián)工藝 硅烷交聯(lián) 輻照交聯(lián)
塑機直接擠出。 化學交聯(lián)
二步法是按一定比例．把原材料廠提供的A料 電壓等級 10～500kV 10kV及以下 1 kV及以下
和B料由電線電纜制造商混合后．再用擠塑機擠出。
設(shè)備投資 高 中 高
目前廣泛使用的是二步法和固相一步法硅烷交聯(lián)
生產(chǎn)成本 高 由 高
工藝。
操作維修的
硅烷交聯(lián)工藝雖然在溫水或水蒸汽中進行． 難易程度 由 由 難
并且其交聯(lián)反應過程是一個吸水反應．但是XLPE 中高壓和 中低壓電力電 電線和小截面
適用產(chǎn)品 超商壓電 纜和電氣裝備 低壓電氣裝備
中含有的水分仍然極小，約200 ppm(1 ppm表示百 力電纜 用電纜 用電纜
萬分之一)，絕緣品質(zhì)基本和干式交聯(lián)一樣?？缮?br/>產(chǎn)10 kV以下電壓等級的電線電纜．目前國內(nèi)多用 過氧化物化學交聯(lián)設(shè)備分為懸鏈式干法交聯(lián)生產(chǎn)
此工藝生產(chǎn)電壓等級為0．6／l kV的電力電纜．性 線(CCV)和立塔式干法交聯(lián)生產(chǎn)線(VCV)。前者
能可靠。 應用于高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的生產(chǎn)．國內(nèi)目前
2．3輻照交聯(lián)工藝 生產(chǎn)的電纜電壓等級為6。110 kV．以10kV、35 kV
輻照交聯(lián)又稱物理交聯(lián)．對應于上述的化學 電纜居多．國外利用CCV生產(chǎn)線可以生產(chǎn)最高達
交聯(lián)．在電線電纜領(lǐng)域應用的主要是電子束輻照 400 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。立塔式干法交聯(lián)生產(chǎn)
交聯(lián)。 線應用于超高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的生產(chǎn)．國內(nèi)
電子束輻照交聯(lián)的工藝原理為聚合物在受到高能 目前生產(chǎn)的電纜電壓等級為35～500 kV．由于工
電子束照射時，化學鍵被破壞．形成新的分子鏈結(jié) 藝、材料、市場等原因．目前以110kV、220kV電
構(gòu)，有的聚合物反應以降解為主．有的則以交聯(lián)為 纜居多。
主。電纜制造業(yè)廣泛應用的聚烯烴(如PE)、聚氯乙 輻照交聯(lián)是電氣裝備用電纜的最佳生產(chǎn)方式．并
烯(PVC)、橡膠(如EPDM)和熱塑性彈性體(如 不適合于電力電纜的生產(chǎn)．但是為提高其設(shè)備的利用
11PU)等通常以交聯(lián)反應為主。 率。目前很多輻照生產(chǎn)線也在生產(chǎn)電力電纜．但是僅
以聚乙烯為例．高能電子束首先使C—H鍵斷 限于生產(chǎn)小截面的低壓電力電纜。
裂．生成帶自由端基的活性大分子鏈和活潑的氫原 最適合O．6／1 kV低壓電力電纜的交聯(lián)方式還是
子，然后氫原子攻擊分子鏈．奪取其中的氫原子生 硅烷交聯(lián)，設(shè)備投資、生產(chǎn)成本和操作維修相對來
成氫氣和帶自由端基的分子鏈．相鄰的帶有自由端 說都是最經(jīng)濟的．目前市場上的0．6，l kV低壓交
基的鏈段交叉連接形成橫向的C—C交聯(lián)鍵．最終形 聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜基本上都是采用硅烷交聯(lián)
成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚乙烯。 工藝。
不同材料對輻射的敏感性是不一樣的．為了提 3．2電力電纜常用材料性能對比
高輻照交聯(lián)效率．通常要在材料中加入敏化劑和增 電力電纜常用材料性能對比見表2。
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交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜交聯(lián)工藝介紹廈應用(孽炯韓高主) ●—●—■■一墮型!塑：墊墜!
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內(nèi)容描述： 《建筑電氣》2010年5月刊中有一篇文章詳細介紹了交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜的交聯(lián)工藝及其在建筑電氣領(lǐng)域的應用。文章首先闡述了交聯(lián)聚乙烯絕緣材料的基本特性，包括其優(yōu)異的耐熱、耐寒、絕緣性能和良好的機械強度，這些特性使得XLPE成為電力傳輸?shù)睦硐脒x擇，尤其是在高壓和戶外環(huán)境中的廣泛應用。 在工藝方面，文章著重講解了XLPE電纜制造過程中關(guān)鍵的交聯(lián)技術(shù)，如化學交聯(lián)和物理交聯(lián)兩種方法?；瘜W交聯(lián)是通過輻射或臭氧等方式使線性分子鏈斷裂并重新連接為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而達到永久交聯(lián)的效果；而物理交聯(lián)則主要利用高溫熱壓的方式促使乙烯單體之間的π鍵形成三維空間網(wǎng)絡(luò)。文章還會詳細介紹這兩種交聯(lián)工藝的具體步驟、設(shè)備要求以及影響交聯(lián)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 此外，文章還討論了XLPE電纜在建筑電氣工程中的實際應用情況，如在高層建筑、軌道交通、城市地下管廊等不同場景下的優(yōu)勢和注意事項，包括電纜選型、敷設(shè)方式、接頭處理、絕緣測試等方面的要求和規(guī)范。 總之，《建筑電氣》2010年5月刊這篇專題文章不僅從理論上解析了交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的交聯(lián)工藝，更為讀者揭示了這種先進電纜技術(shù)在建筑電氣領(lǐng)域的廣泛應用及其重要價值。