电缆交联工艺学

第三章 交联电缆用原材料 使用材料的质量好坏，直接影响到电缆产品的质量，因而电缆的发展很大程度上取决于使用材料的发展。电缆使用材料的品种多、数量大、从生产成本中看，材料费用约占百分之七十以上。交联电缆使用的导体及绝缘材料主要有铜、铝、交联聚乙烯料和内、外半导电料。

第一节 导体用金属材料 交联电缆导体使用的导体材料，首先必须具有良好的导电性能；第二，有良好的机械强度；第三，具有一定的防腐蚀能力；第四，在冷热状态下都具有良好的工艺性能；第五，在资源上能保证供应。铜、铝等金属是常用的导体材料，铜的导电性能好，铝的导电性能和机械物理性能虽然不如铜，但其具有资源丰富，重量轻等特点，也已成为应用较广的导体材料。 一、铜、铝性能 作为导体使用的铜、铝一般都用电解法制成，纯度很好，铝导体的纯度应在99.5%以上，铜导体的纯度应在99.9%以上。钒、钛、锰等是电解铝中影响导电性能较大的杂质。砷、铁、锑、锌等则是电解铜中影响导电性能较大的杂质。标准中规定有这些含量的限量。电解铜中含氧量在0.001%以下称为“无氧铜”。 1、铜、铝物理性能 纯铜是玫瑰红色金属，表面生成氧化铜膜后呈紫红色，因此俗称为紫铜。工作用纯铜和纯铝的物理性能见表2——1。 表2——1 纯铜和纯铝的物理性能

项 目 性 能 铜 铝 熔点℃ 沸点℃ 比重g/Cm3 线膨胀系数1/℃（0～100℃） 抗拉强度kg·f/mm2 伸长率% 弹性模数kg·f/mm2 电阻率Ω·mm2/m(20℃) 1083 2310 8.89 1.65～17.0×10-6 35～45（硬态） 50（软）＜50（硬） 10800 0.017241(软) 658 1800 2.7 23×10-6 15～18（硬） 0.5～2（硬） 6300 0.028264（硬） 2、铜和铝的化学成分 电缆用铜线锭化学成分必须符合国家标准(GB468——83)中关于特二号铜的规定见表2——2。 表2——2 Cu的化学成分 铜 杂质不大于(%) 不大于 % 锑 砷 铁 镍 铅 锡 硫 氧 锌 磷 总和

99.90 0.002 0.002 0.002 0.005 0.002 0.005 0.002 0.005 0.006 0.005 0.001 0.10 电缆用铝化学成分必须符合国家标准(GB468——83)中关于特二号铝、一号铝的规定，铝的化学成分见表2——3。 表2——3 铝的化学成分

牌号 代号 化学成分%

铝不小于 杂质不大于 铁 硅 铁+硅 铜 总和 特二号铝 Al——0 99.6 0.25 0.18 0.36 0.010 0.40 一号铝 Al——1 99.5 0.30 0.22 0.45 0.015 0.50 二、铜的主要特点 1、导电性好，仅次于银而居第二，如以铜的电导率为100%，银的电导率则为108.5%。 2、导热性好，仅次于银和金而居第三位，导热系数为银的73%。 3、塑性好，热加工时，首次压力加工量可达30%～40%。 4、耐腐蚀性好，它与盐酸或稀硫酸作用甚微，铜在干燥的空气中具有较好的耐腐蚀性，但在潮湿空气中表面易生成有毒的铜绿。 5、机械性能好，有较高的炕拉和伸长率。 6、易焊接。 三、铝的主要特点 1、导电性能好。仅次于银、铜、金。而位于第四位，按相同体积比较，约为铜的60%～65%。 2、导热性能良好。 3、比重小，约为铜的1/3。 4、耐腐蚀性良好。铝在空气中与氧反应，很快生成一层致密的氧化铝膜，它能防止内层铝进一步氧化。 5、塑性好，可用压力加工方法制成各种形状的产品。 6、资源丰富，价格便宜。 铝的缺点是机械性能较差。

第二节 交联聚乙烯绝缘材料 一、技术性能 交联聚乙烯绝缘材料应具备下列的主要性能： 1、高的击穿场强（脉冲、工频、操作波）； 2、低的介质损耗角正切(tgδ)； 3、相当高的绝缘电阻； 4、优良的耐树枝（移滑）放电、局部放电性能； 5、具有一定的柔软性和机械强度； 6、绝缘性能长期稳定等。 交联聚乙烯绝缘料是由聚乙烯加入其他添加剂组成的。不同的交联方法，加入交联聚乙烯绝缘混合料中的添加剂也不同，但都是将聚乙烯分子结构从线型变成立体网状型，从而大大地提高了聚乙烯耐热和机械性能。 1、交联聚乙烯绝缘料的机械物理和电气性能见表2——4 表2——4交联聚乙烯料机械物理和电气性能 序号 检验项目 单位 指标 1 密度 G/Cm3 0.922±0.003 2 抗张强度 Mpa ≥17.0 3 断裂伸长率 % ≥420 4 脆化温度 ℃ -76 5 135℃168h空气箱热老化后 抗张强度变化率 % 断裂伸长率 %

6 热延伸：200℃0.2Mpa15min 负荷下伸长率 % 冷却后永久变形 % 7 凝胶含量 % ≥80 8 介电常数50Hz20℃ ≤2.30 9 介质损耗正切50Hz20℃ ≤0.0005 10 体积电阻率1kV20℃ Ω·m ≥1×1014 11 介电强度20℃ kV/mm ≥35 2、杂质含量 交联绝缘料对杂质检查非常严格，在包装每一批绝缘料时，取出一些粒料，用特制的挤出机，在不用滤网的情况下，将样品挤成100条薄膜，每条80g重。从100条薄膜中任意抽出20条在50倍放大镜下检查，并将最大的杂质尺寸记录下来。35kV交联聚乙烯绝缘料杂质含量指标见表2——5，杂质颗粒数不大于C1为合格批，大于C2为不合格批。大于C1而不大于C2，应重复抽样试验，试验结果不大于C1为合格批，大于C!为不合格试验批。 表2——5 杂质颗粒数 杂质粒径mm 颗粒数C1 颗粒数C2 0.12～0.25 0.26～0.5 0.51～1.00 ＞1.00 10 3 0 0 15 6 1 0 对于生产高压电缆超净化绝缘料，被制成的薄片在大一个等级10000的净化室内用自动激光检测系统进行扫描，同时，连续的颗粒分流由电子颗粒检测器进行检测。确保集装箱内的产品达到超净标准。即1.0kg薄片的最大允许杂质数目，大于100μm杂质为0个。此外，在装箱时，电子颗粒检测仪对颗粒进行分析，如发现有杂质，该包装的产品会从包装设备上分流出去。 二、过氧化物交联聚乙烯是由聚乙烯基料、交联剂和抗氧剂组成。 1、聚乙烯 聚乙烯是单体乙烯的聚合物，它的分子式为： [—CH2——CH2—]n 根据聚合的方法可以分为高压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯是将气态单体在1000～2000大气压下加热聚合而成，高压聚乙烯的密度，结晶程度、软化点均较低压聚乙烯低，硬度也小。根据分子量的大小可以分成高分子量聚乙烯和低分子量聚乙烯。一般来说，高分子量聚乙烯具有较好的物理性能和较差的加工性能。应当指出，分子量大小与密度大小互不相关，分子量大，不一定是高密度，例如就有高分子量低密度聚乙烯。一般用熔融指数来指示平均分子量的大小，而密度与软化点有直接的关系。 由于聚乙烯分子在化学结构和几何结构上都很规则，对称，所以聚乙烯很容易结晶。不过它的分子链富有柔顺性，要聚乙烯不含结晶结构是很困难的，但要它全部为结晶结构也不可能。一般聚乙烯为结晶相和非结晶相两相共存物，结晶含量的百分数称为结晶度。聚乙烯根据支链的情况结晶度也可能不同，高压聚乙烯含支链的数目较多，因而，结晶度较低，在室温下约为55%～70%。低压和中压聚乙烯的支链较少，因而结晶度较高，在室温下约为80%～90%。聚乙烯的结晶度随温度变化而变化。 聚乙烯的原料来源丰富，价格低廉；电气性能优异，具有小的tgδ值和介电常数，在通常温度下，具有一定的韧性和柔软性。 过氧化物交联聚乙烯中的聚乙烯基料，通常采用熔体指数为2.0左右的低密度聚乙烯。采用低密度聚乙烯是因为它结晶度低，加工温度低，可以使用分解温度低，交联效率高，性能好的二古基过氧化物（过氧化二异丙苯），不会因为过氧化物的过早分解而在加工过程中引起焦烧。当然，随着高分解温度的化学交联剂的发展，可能使某些性能受到影响以及交联过程中容易变形，熔体指数太低，则对加工安全性不利，而且挤压表面的光滑性受到影响。 2、过氧化物 过氧化物是使聚乙烯产生交联作用的交联剂，一个好的交联剂应该满足下列要求： 1）过氧化物的分解温度既要高于其本身的熔点，又要高于聚乙烯的熔点，这样在分解前先熔化，易混合均匀。分解特性曲线陡峭，即在没有达到分解温度前很少分解，而一旦达到分解温度能够迅速和完全分解。 2）过氧化物加工范围宽，加工性能好且交联效率高。 3）过氧化物要有高的浓度和纯度，无污染，低的挥发性，其分解物要少，且要求分解物容易挥发。 能满足上述要求的有机过氧化物很少，目前用于交联聚乙烯的交联剂以过氧化二异丙苯(DCP)为最好。 交联剂的用量应从其对性能的影响角度来选择，交联剂用量大，则机械、耐热性、耐油和耐溶剂性增强，而对电性能、抗冲击性能和耐寒性则变差。交联剂一般在2份左右。 3、抗氧剂 为了防止交联聚乙烯在加工和使用过程中的氧化老化，必须加入抗氧剂。抗氧剂具有阻止过氧化物的分解和吸收过氧化物分解出来的游离基，使其不发生链破坏反应，这些作用也会反映到用作交联剂的过氧化物上，使交联剂不易产生交联反应。因在所选用的抗氧剂要求既有高的抗氧化效力，又能对交联反应的不利影响为最小，且无毒。目前国内大多数生产厂家采用了300#抗氧剂，但其熔点高，不易混合均匀，故有些生产厂家采用熔点为90℃抗氧剂以代替165℃的300#抗氧剂。抗氧剂一般在0.5份左右。 三、硅烷交联聚乙烯绝缘料 硅烷交联也是化学交联的一种。硅烷交联料发展至今已有七种料之多。尽管工艺方法不同，但这些材料所加入的添加剂基本相同，都加入一种有机锡催化剂、硅烷、引发剂、抗氧剂等。 1、二步法硅烷交联料 二步法硅烷交联料分A料和B料，A料称为接枝母料，由制造厂将硅烷交联剂与聚乙烯基料在挤塑机上接枝和造粒。B料称为催化剂母料，其制造过程中基本上和A料相同。在挤出成型前A料和B料以