关于交联聚乙烯绝缘电缆常见的问题及其原因分析

关于交联聚乙烯绝缘电缆常见的问题及其原因分析

一、交联的三种方式

1、交联电缆性能

交联就是将聚乙烯的线型分子结构通过化学交联或高能射线的辐照交联，转变成立体网状分子结构。从而大大地提高了它的耐热性和耐环境应力开裂，减少了它的收缩性，使其受热以后不再熔化。交联聚乙烯绝缘电缆其长期允许工作温度可达 90℃。

2、交联方法

交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理交联和化学交联两大类。物理交联也称为辐照交联一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。中高压电缆一般采用过氧化物交联即用化学交方法是将线性分子通过化学交联反应起来，转化为立体网状结构。化学交联一般还可分为过氧化物交联和硅烷交联接枝交联两种。

2.1 辐照交联

辐照是采用高能粒子射线照射线性分子聚合物，在其链上打开若干游离基团，简称为接点。接点活性很大，可把两个或几个线性分子交叉联接起来。

它的优点为：生产速度快，占用空间小；可加工材料种类多，几乎所有聚合物，产品品种多；产品用更好的耐热、耐磨和较高电气性能；可阻燃；电耗低。但存在一些问题：设备一次投资大；对大截面电缆的辐照不均匀，经反复照射后电缆弯曲次数太多；设备开工率低。

2.2 过氧化物交联

交联聚乙烯料是以低密度聚乙烯、过氧化物交联剂，抗氧剂等组成的混合物料。加热时，过氧化物分解为化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链的某些碳原子为活性游离基并相互结合，即产生 C-C 交联键，形成了网状的大分子结构。它主要优点是适合各种电压等级和各种截面的交联聚乙烯绝缘电力电缆生产，特别是 35kV 及以上的中高压电缆。

2.3 硅烷交联

硅烷交联又称温水交联也是化学交联的一种，它有两步法、一步法和共聚法等多种方法。硅烷接枝和挤出分在两道工序进行的称为二步法，硅烷接枝交联工艺，它是接枝和挤出分成两个工序进行，第一步由绝缘料厂将硅烷交联剂与基料在挤出机上接枝和挤出造粒，该料称为 A 料，同时还提供催化剂和着色剂的母料，称 B 料。第二步是电缆厂将 A、B 料以 95：5 的比例混合。并在普通挤机机上挤包在电缆导体上，再放入 70℃～90℃温水中交联也可以在蒸汽房中交联。接枝和挤出成型在一道工序完成的称为一步法，将硅烷交联剂与基料在挤出机上接枝的同时和催化剂和着色剂的母料同时挤包在电缆导体上。再放入 70℃～90℃温水中交联也可以在蒸汽房中交联。

它的优点是工艺投资成本低，可在一般的挤出机进行加工，材料价格适中。它的缺点是接枝聚乙烯容易与空气中水分发生先期交联，缩短了贮存时间；接枝聚乙烯与催化剂母料混合后，贮存期较短，一般不超过 8h；只能用于 10kV 及以下电缆绝缘的制造。

二、交联工序常见质量问题的原因分析及其解决方法

交联线生产机组是由各种单机组成的一条复杂的完整生产线。在生产过程中往往会因某处的一个小小失误造成比较严重的后果。因此，在操作过程当中，我们要求对整机进行严格检查，排除一切不正常因素后方能进行开机生产。

下面我们介绍一下，在交联线生产过程中经常出现的质量问题：

1、交联线芯有焦粒

由于交联线芯是由内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层组成的，因此交联线芯产生的焦粒也分为内屏蔽焦粒、绝缘焦粒和外屏蔽焦粒三种。交联产生焦粒的原因有多种，如各挤出机的温度控制、机头的温度控制以及交联本身材料的原因等。

在排除设备故障（热电偶的温度指示）以外，首先应考虑原材料的加工温度，一般来说进口料的加工温度略高于国内料，这是由于进口料与国内材料所使用的过氧化物不同，过氧化物的析出温度直接影响交联反应物 DCP 的半衰期，我们知道在不同的半衰期下，交联度都是不同的，由此就产生了不同的加工温度。

第二、要了解交联挤出机的挤出原理，交联挤出机的螺杆与聚氯乙烯等普通挤出机的螺杆是不同的，交联挤出机螺杆的挤出原则是低转速，高出胶量，交联聚乙烯的螺杆转速要控制在 30RPM 以内，因为高转速产生的剪切热会使交联聚乙烯预交联，而这种剪切热是从螺杆的内部产生的，我们在监控温度所使用的热电偶的接触面在螺堂的表面，实际的温度与监控温度会相差较大。即使交联聚乙烯在该温度下没有产生预交联，交联聚乙烯也会因高温变成熔融状，反而使出胶量降低。

第三、注意法兰处的温度控制，由于法兰直接连接导胶管，交联聚乙烯绝缘料从螺堂进入导胶管时所承受较大的压力，部分料受强大的压力进入导胶管，有一部分仍在该处回流，假如该处温度设得过高，很容易会产生焦粒。

另外，头加温时要尽可能使温度保持均匀，温度不均会影响交联聚乙烯融体的均匀挤出，机头温度不宜过高，它只要能保持设定的温度就可以，就相当于保温瓶的作用，物料的熔融、均化在螺杆内就已经完成了。

2、交联线芯有硬块

硬块产生的原因与焦粒正好相反，一般是由于温度偏低造成交联聚乙烯绝缘料的塑化不良。一般出现在开机过程中，当塑化不良的物料在经过滤网时无法通过，又由于该处的压力较大，塑化不良的物料被强制挤出，在绝缘层中形成一个个凸起物，在外屏蔽皮层下，交联线芯表面出现单面竹节印。

外屏蔽若出现硬块时表面明显，且在硬块后会出现外屏蔽层拉薄现象，严重时造成该处外屏蔽脱料现象。出现硬块后首先应检查各挤塑机和机头的温度控制是否正常，排除设备因素后可以适当将挤塑机的温度提高 1~2℃观察交联线芯表面质量情况。

3、交联生产过程中头部偏心

我们在交联线芯的调偏过程中特别是在我公司白城交联线上，经常出现头部调偏取样是正的，但在出下封闭取样时又出现偏心现象。此种情况的控制方法是将生产线从开始阶段到生产阶段爬升时，尽量缓慢升速，避免挤塑机在突然加速时，使各挤塑机的熔压发生剧烈变化。同时注意观察各挤塑机的电流变化情况。应该说此种情况所有的三层共挤设备都存在，只不过表现的程度不一样，主要与挤塑

机的螺杆和十字机头的结构有很大关系。一但出现此种情况应根据不同的设备作相应的处理。

4、交联线芯内屏蔽有凹痕

交联线芯内屏蔽出现凹痕的原因有多种：1）、就三模的十字机头而言，出现内屏蔽表面有凹痕多半是由于模芯 2 的模口有损伤，因此在生产过程中，必须严格检查模具的模口是否完好，特别是模芯2，如果它存在缺陷的话，对绝缘和内屏蔽都会产生质量隐患。2）、交联的导体线芯，我公司多数产品都使用的是 B 类导体，导体的外层的紧压系数不足，表面存在的间隙较大，如果内屏蔽挤的过薄，交联线芯在硫化管内要经受 10bar 的压力，从截面看的话会产生锯齿状，绝缘和内屏蔽就起不到光滑的作用，降低不了导体表面的强场。如果在生产取样时发现有内屏蔽锯齿状时可采取使用搓板的方法，避免线芯松散而增加外层导体的间隙，若再不行只能适当加厚一点内屏蔽的厚度。我们工艺已经规定加到了 0.7mm 的厚度，一般内屏蔽没有偏心的话锯齿状不会出现。若交联线芯的内屏蔽层有凹痕我们可以通过硅油试验，很明显的看出来。

5、交联线芯表面擦伤

交联线芯擦伤情况的出现是由于中点不稳，悬垂控制器的反馈信号不准所致。导致线芯在硫化管内拖管，烫伤线芯表面，线芯出下封闭后，表面表现为擦伤外屏蔽，严重的使电缆表面呈半圆形。出现此种情况应及时反馈，通知相关人口进行修理。另外在生产过程中使用不同规格的引线，由于规格不同导致配重不一致，线芯进入硫化管后，悬垂控制的中点，不是线芯的实际位置，造成线芯的上下擦管。一旦出现此种情况可根据经验调整中点位置，但原则上我们不赞成这种操作方法。

6、交联线停车线产生气泡

停车线尾部产生气泡，在生产 35KV 的交联电缆时，由于绝缘层较厚易产生，主要原因是尾部停车线在硫化管内的压力不够或停车保温保气的时间不够。硫化管内的交联线芯绝缘层中的低分子化合物在失去外界压力的作用后无法从绝缘层中析出，大量气体保留在绝缘层中，又不断地会集形成大的气泡形成肉眼可见的气孔。当然，即使按要求操作保温保气生产时，还是会有残留气体留在绝缘层中，这一点大家在从刚下线的交联线芯头部用火焰点燃证明，因此我们要求在交联线芯下线后停放一段时间，让其余的低分子气体从绝缘层中析出。（我们规定 10KV 交联电缆停放时间不少于 48 小时，35KV 交联电缆停放时间不少于 72 小时。）

7、交联聚乙烯电缆，每一线芯外的一金属屏蔽层，一般用 0.1mm 或 0.12mm 的铜带包绕而成，其作用是什么？

答：(1)铜屏蔽带在安装时两端接地，使电缆的外半导电层始终处于零电位，从而保证了电场分布为

径向均匀分布。

(2)正常运行时铜屏蔽带导通电缆的对地电容电流。

(3)故障时，通过接地电流或短路电流。