硅烷自然交联电缆料生产技术

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料
近年来研发的硅烷自然交联聚乙烯绝缘料,可以在自然条件下几天内即可完成交联,无需蒸汽或温水浸泡。

与传统的硅烷交联方式相比,该材料能为电缆制造厂减少生产工序,进一步降低生产成本,提高生产效率。

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料已得到越来越多电缆制造厂家的认可和使用。

目前市场上的进口料, 主要来自DOW 和BOREALIS。

近年来国产的硅烷自然交联聚乙烯绝缘料技术已成熟,并已大批量生产,与进口料相比,在价格上具有一定的优势。

1硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的配方思路
硅烷自然交联聚乙烯绝缘料采用二步法的生产方式,其配方同样由基材树脂、引发剂、硅烷、抗氧剂、阻聚剂和催化剂组成。

相对于硅烷温水交联聚乙烯绝缘料,硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的配方应从提高A 料的硅烷接枝率以及选择更高效的催化剂着手。

使用硅烷接枝率较高的A 料配合高效催化剂,才能使硅烷交联聚乙烯绝缘料即使在低温、水分不充足时也能快速交联。

进口硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的A 料都采用共聚法合成,其硅烷含量可控制在较高水平,而采用接枝硅烷的方法生产具有高接枝率的A 料则相当困难。

配方中使用的基材树脂、引发剂、硅烷从品种和添加量上都应变化和调整。

阻聚剂的选择及其用量的调整也至关重要,因为硅烷接枝率的提高必然导致更多C - C 交联副反应的发生。

为了提高A 料在后续挤制电缆时的加工流动性及表面状况,需加入适量的阻聚剂以有效抑制C - C 交联和先期预交联。

另外,催化剂对提高交联速度起着重要作用,应选择使用含过渡金属无素的高效催化剂。

2硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的交联时间
硅烷自然交联聚乙烯绝缘料在自然状态下完成交联所需时间与温度、湿度及绝缘层厚度有关。

温度、湿度越高,绝缘层厚度越薄,所需交联时间则越短,反之则越长。

由于不同地区不同季节的气温和湿度都不相同,即使在同一地点同一时间段,今天和明天的气温和湿度都是变化的。

因而该材料在使用过程中,使用者应根据当地及当时的气温、湿度,以及电缆的规格、绝缘层的厚度来确定交联时间。

图2 为该材料在温度为23 ±2 ℃,相对湿度为75 ±5 %的空气中,试样厚度为1. 2 ±1. 0 mm(双面暴露) ,其热延伸率随放置时间的变化趋势。

图2 热延伸率随放置时间的变化趋势
有时为了缩短检测所需时间,硅烷自然交联聚乙烯绝缘料也采用水煮的方法而使其快速交联。

图3 为硅烷自然交联料和温水交联料都置于90 ±2 ℃的水中,试样厚度为1. 2 ±0. 1 mm(双面暴露) ,二者的热延伸率随在温水中放置时间的变化状况。

图3 硅烷自然交联料和温水交联料的热延伸率随温水中放置时间的变化状况
从图3 可以看出,硅烷自然交联聚乙烯绝缘料也可以在温水中短时间内使其交联。

在我国北方地区气候干燥的冬天,使用硅烷自然交联聚乙烯绝缘料时,建议采用短时间温水浸泡或蒸汽熏蒸的方法使其交联。

3色母料对硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的影响
硅烷自然交联聚乙烯绝缘料一般为本色,制成有色标的电缆时,需加入色母料,发现色母料不同的品种或加入量都会影响该材料的交联速度,严重时甚至会造成热延伸不合格。

为了考察不同色母料厂家的黄色母料及其用量对热延伸的影响,进行了对比试验,表1 列出了厚度为1. 2 ±0. 1 mm 的试片在90 ±2 ℃的水中分别放置30 min 和60 min 后的热延伸值。

表1不同厂家生产的黄色色母料对热延伸的影响
(单位:%)
色母料A厂色母料热延伸B厂色母料热延伸
添加
30 min 60 min 30 min 60 min
量P‰
4 断拉长断断
2 150 95 断拉长
1 70 55 100 85
0 65 55 - -
表2 列出了使用A 厂的红、黄、兰、绿色母料,在添加量为1 ‰的情况下,厚度为1. 2 ±0. 1 mm 的试片在90 ±2 ℃的水中放置30 min 后的热延伸值。

表2不同颜色的色母料对热延伸的影响
色母料红黄兰绿
热延伸% 80 70 70 60
分析以上数据可以认为色母料对硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的交联有影响。

使用者需对色母料的生产厂商及其用量进行选择确定,建议色母料使用量为1 ‰。

另外,对于已长期开包的色母料,使用前应进行烘干,并用衡器准确称量,切勿凭经验粗略抓取,然后使用搅拌装置将A 料、B 料及色母料三者混合均匀后再用于挤制电缆绝缘线芯。

4炭黑母料对硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的影响
使用硅烷自然交联聚乙烯绝缘料制造架空电缆时需要加入炭黑母料,以满足其耐气候老化要求。

在欧洲协调文件HD626 中,TIX型XLPE 绝缘料的炭黑含量要求大于2. 0 %或(2. 5 ±0.
5) %。

与色母料一样,炭黑本身的品种,不同厂家生产的炭黑母料及其用量都会对硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的交联产生影响。

研究发现,随炭黑含量的增加(0. 5 %～2. 5 %) ,该料的交联速度减慢,但不影响其充分交联后的热延伸结果。

不同生产厂的炭黑母料减慢交联速度的幅度不同。

通过对催化剂母料中催化剂含量的调整,可以弥补由炭黑含量增加而引起的交联速度减慢。

若所需生产的电缆其绝缘的炭黑含量要达到2 %～2. 5 % ,建议使用由材料生产厂提供的催化剂和炭黑合而为一的母料。

5热老化及耐气候老化试验
硅烷自然交联聚乙烯绝缘料在进行热老化或耐气候老化试验前,最好采用温水交联的方法使其充分交联,以避免发生老化前后拉伸强度或断裂伸长率变化过大情况的出现。

老化后的拉伸强度或断裂伸长率变化过大并非由于材料老化所引起,而是由于交联不充分(尽管热延
伸已经合格) ,材料在老化过程中还继续交联,从而使得拉伸强度增加,而断裂伸长率下降,引
起变化率超标。

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料由于其硅烷接枝率高,当其热延伸变化趋缓时,凝胶率仍然存在变化,图4 为硅烷自然交联乙烯绝缘料在90 ±2 ℃的水中,试样厚度为1. 2 ±0. 1 mm ,热延伸和凝胶率随温水中放置时间的变化状况。

图4 硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的热延伸和凝胶率随温水中放置时间的变化状况
6结束语
采用硅烷交联这种交联方式制造低压交联电缆有其突出的优点,尤其适合我国国情。

所以,硅烷交联电缆料的生产者和使用者应不断加强对该产品的研究及提高对该产品的理解,扩大其在电线电缆中的应用。

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料提供了比硅烷温水交联聚乙烯绝缘料更简便,更节能的交联方式,得到了越来越多的电缆制造厂商的好评,使用量正稳步上升。

该材料若能进一步降价,有取代硅烷温水交联聚乙烯绝缘料之势。