浅谈交联聚乙烯的组成结构及其应用

浅谈交联聚乙烯的组成结构及其应用

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专业班号：电气06

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摘要：众所周知，交联聚乙烯是电气行业常用的一种绝缘材料。其结构轻便，耐电强度高，耐热性能好，环保优质等优点使它被广泛应用于电气绝缘设备的高压绝缘部分，是电力系统中不可或缺的重要组成部分。本文就其结构组成和特性进行简要介绍，并列举其在电力系统中的具体应用。

关键词：乙烯，聚乙烯，交联聚乙烯，聚合，交联，电气性能，耐电强度，电缆，电力系统；

正文：交联聚乙烯，正如其名，是由乙烯单体分子经过聚合和交联后形成的高聚物，其结构受温度，压力等反应条件所影响。

其聚合单体——乙烯，是一种非极性小分子有机化合物，常温常压下呈气态，化学式CH2=CH2，由两个碳原子和四个氢原子组成，两个碳原子之间以双键连接。在工业上，乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等；在农业上，乙烯可用作水果和蔬菜的催熟剂，是一种已证实的植物激素。在实验室中制取乙烯时，一般是是把酒精和浓硫酸按1：3混合迅速加热到170℃，使酒精分解制得。浓硫酸在反应过程里起催化剂和脱水剂的作用。方程式为：

→ CH2=CH2+H2O;

CH3CH2OH浓H2SO4，170℃

工业上所用的乙烯，主要是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的。在一定条件下，乙烯分子中不饱和的C=C双键中的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相形成很长的键且相对分子质量很大(几万到几十万)的化合物，叫做聚乙烯，它是高分子化合物，反应方程式为：

→−(CH2−CH2)n−。

n CH2=CH2一定条件

聚乙烯是一种优良的介电材料，无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良。

聚乙烯是结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决件分子链的规整程度与其所经历的热历史。

聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯。

低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene，LDPE)俗称高压聚乙烯，因密度较低，材质最软，主要用在塑胶袋、农业用膜等。

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)俗称低压聚乙烯，与LDPE 及LLDPE相较，有较高之耐温、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，此外电绝缘性和抗冲击性及耐寒性能很好，主要应用于吹塑、注塑等领域。

线型低密度聚乙烯(Linear Low Density Polyethylene，LLDPE)，则是乙烯与少量高级α-烯烃在催化剂存在下聚合而成之共聚物。LLDPE外观与LDPE相似，透明性较差些，惟表面光泽好，具有低温韧性、高模量、抗弯曲和耐应力开裂性，低温下抗冲击强度较佳等优点。

聚乙烯拥有良好的介电性能，抗腐蚀性和耐低温性能，但力学性能一般：抗

拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐环境应力开裂性不好，其主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大；热学性能不好：耐热性不高，随相对分子质量和结晶度的提高有所改善。鉴于其结构上的特征，聚乙烯往往不能承受较高的温度，机械强度不足，限制了其在许多领域的应用。为提高聚乙烯的性能，研究了许多改性方法，对聚乙烯进行交联，通过聚乙烯分子间的的共价键形成一个网状的三维结构，迅速改善了聚乙烯树脂的性能，如：热形变性、耐磨性、耐化学药品性、耐应力开裂等一系列物理、化学性能。

交联是指用物理或化学方法，将线性结构的分子变成体型结构的分子，常用的方法主要有三种：过氧化物交联、硅氧烷交联和辐照交联。

过氧化物交联：采用加入过氧化合物交联剂的聚乙烯绝缘材料，通过三层共挤完成导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层的挤出后，连续均匀地通过充满高温、高压氮气的密封交联管完成交联过程。传热媒体为氮气（惰性气体），交联聚乙烯电气性能优良、生产范围可达500KV级。

硅氧烷交联：采用加入硅烷交联剂的聚乙烯绝缘材料，通过1+2的挤出方式完成异体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层的挤出后，将已冷却装盘的绝缘线芯浸入85-95℃热水中进行水解交联，由于湿法交联会影响绝缘层中的含水量。一般最高电压等级仅达10KV。

辐照交联：采用经过改性的聚乙烯绝缘料，通过1+2的挤出方式完成异体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层的挤出后，将冷却后的绝缘线芯，均匀通过高能电子加速器的辐照扫描窗口完成交联过程。辐照交联电缆料中不加入交联剂，在交联时是由高能电子加速器产生的高能电子束有效穿透绝缘层，通过能量转换产生交联反应的，因为电子带有很高的能量，而且均匀地穿过绝缘层，所以形成的交联键结合能量高，稳定性好。表现出的物理性能和耐热性能优于化学交联电缆。但由于受加速器能量级的限制（一般不超过3.0Mev），电子束有效穿透厚度为10mm 以下，考虑几何因数，生产电缆的电压等级仅能达到10KV，优势在6KV以下。

交联聚乙烯管目前在发达国家已获得广泛应用，与其他的塑料管相比，具有以下优点：

1、不含增塑剂，不会霉变和滋生细菌

2、不含有害成分，可应用于饮用水传输

3、耐热性好，常规工作温度可达95℃，能够经受110℃环境下8000小时的测试

4、耐压性能好，有常温下工作压力12.5bar和20bar两个等级

5、耐腐蚀性能好，能经受大多数化学药品的腐蚀

6、隔热效果好，节约能源

7、能够任意弯曲，不会脆裂

8、在同等条件下，水流量比金属管大

9、抗蠕变强度高，可配金属管，可省去连接管件，降低安装成本，加快安装周期，便于维修

交联聚乙烯管的重要特性在于其强度和耐温性能，特别是其蠕变强度，其强度随使用时间的变化不显著，寿命可达50年之久。故交联聚乙烯以其优越的性能在各大领域得到了广泛的应用。在电力行业中，交联聚乙烯常被用来制成高压输电电缆的绝缘层。

与其他类型的输电电缆相比，交联聚乙烯电缆具有更显著的优点：