高壓電纜用硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣料的研發(fā)應(yīng)用

朱萍　蔡煜明　李順利　鄭顏　黃云　鄭思杰

摘 要 本文簡述高壓交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣料的特性，介紹了浙江太湖遠大新材料股份有限公司高壓XLPE電纜絕緣料國產(chǎn)化的研發(fā)過程和產(chǎn)品特點。

關(guān)鍵詞 交聯(lián)聚乙烯 高壓 電線電纜 絕緣料

一、前言

電線電纜是用以傳輸電磁能和轉(zhuǎn)換電磁能的線材產(chǎn)品，它的普及是衡量國民經(jīng)濟發(fā)展的重要指標之一。隨著國家清潔能源和西電東輸政策的出臺，對高壓（110kV～220kV）輸電電纜的需求日益增大。而交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜的工作溫度為90℃，過載溫度為135℃，短路溫度為250℃5秒，能提高線路傳輸容量，過載能力和短路電流。XLPE電纜熱壽命可達到40年，能通過單根垂直燃燒試驗和成束燃燒試驗，適應(yīng)近代工程技術(shù)要求。XLPE制品因具有優(yōu)良的絕緣性，而被廣泛應(yīng)用于家用電器、交通運輸、電子電氣等各個領(lǐng)域但其在超高壓（110kV～220kV）應(yīng)用時會因摩擦、剝離過程而產(chǎn)生和積累電荷，給生產(chǎn)和應(yīng)用帶來很多隱患，因此開發(fā)研究超高壓用的XLPE絕緣料意義十分重大。

二、高壓電纜及其絕緣料國產(chǎn)化趨勢及國內(nèi)市場的預(yù)測和前景分析

化學交聯(lián)電纜用絕緣料采用電纜料專用基料在添加過氧化物，抗氧劑等輔料，經(jīng)過加溫融解，并成型切粒而成。目前用于電纜絕緣層的主要有10KV及以下，35KV及以下，60KV及以下，110KV及以下等規(guī)格的電纜料。而高壓電纜料是指耐壓等級在110KV以上的電纜料。該產(chǎn)品在以上電纜料的基礎(chǔ)上，通過對原料及生產(chǎn)環(huán)境要求的提高，使其具有更加優(yōu)越的產(chǎn)品性能，尤其是它的耐電壓等級遠遠超過以上產(chǎn)品。高壓電纜料目前主要依靠進口，國內(nèi)基本上屬于空白。有良好絕緣性能與熱延伸性，且含有害物質(zhì)較少。在較短的時間內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。其中，10KV及以下，35KV及以下自1994年起逐漸國產(chǎn)化，通過幾年的努力，國內(nèi)產(chǎn)品的各項指標已達到或超過進口產(chǎn)品的質(zhì)量水平。但60KV及以下與110KV及以下交聯(lián)電纜用絕緣料，由于對原材料潔凈度，設(shè)備與生產(chǎn)環(huán)境的空氣凈化要求較高，國內(nèi)暫無廠家正式投入生產(chǎn)，目前主要依賴進口。

我國高壓XLPE電力電纜使用量的急劇增加必將帶動高壓XLPE絕緣料市場的快速發(fā)展。我們依據(jù)高壓XLPE電力電纜的市場的發(fā)展需要，對我國高壓XLPE絕緣料做了一個預(yù)測。表1為我國近年來高壓XLPE絕緣電纜及其絕緣料的市場預(yù)測。

三、高壓電纜用絕緣料的研發(fā)思路

解決靜電問題是目前開發(fā)和研制高壓直流電力電纜的熱點。在高壓電場的作用下絕緣材料內(nèi)部容易形成空間電荷的積聚現(xiàn)象（靜電累積），使絕緣材料中的電場分布發(fā)生畸變，從而降低絕緣材料的擊穿強度，甚至會導致短時間內(nèi)材料的局部擊穿，這將大大縮短絕緣材料的使用壽命。

四、研發(fā)技術(shù)要點

（一）在產(chǎn)品配方設(shè)計方面

以高壓聚乙烯為基料添加各種助劑（分散劑、抗氧劑、偶聯(lián)劑，增韌劑和抗靜電劑）提高基料的抗靜電能力。

（二）采用先進的高壓電纜料生產(chǎn)工藝

包括生產(chǎn)環(huán)境達到三十萬級凈化要求，生產(chǎn)操作間全部進行二層空氣隔斷，原材料進行上料除塵機械化操作，原成品進出料口加裝自動金屬探測器，口模加裝4層濾網(wǎng)。使用專門的水處理設(shè)備對循環(huán)水進行除雜、調(diào)整pH酸堿度等操作。再加上擠出加工工藝優(yōu)化和產(chǎn)品的貯存和烘干問題。

五、研發(fā)成果

（一）超高電纜料抗靜電體系的建立

研發(fā)中重點探索了不同種類導電碳黑對體系電性能的影響，在共混工藝和模壓參數(shù)不變的條件下，研究了聚烯烴和碳黑兩種物質(zhì)的共混體系，對多種類的碳黑進行電阻測試實驗來確定種類，從而初步掌握了體系的抗靜電性能。同時綜合考慮了分散劑、抗氧劑、增韌劑、阻燃劑等助劑對高壓電纜材料電性能的影響。采用均勻設(shè)計的方法對各種助劑的用量進行優(yōu)化設(shè)計，得到綜合性能較好的配比。

（二）產(chǎn)品性能檢測

電性能，按照GB/T1410-2006，高電阻用高阻計測試，當體積電阻率低于105Ωcm時用四探針電導率測試儀進行測量。樣品尺寸為100×100cm2。MT558.1-2005《煤礦用塑料管材一聚乙烯管材》。阻燃性能測試（垂直水平燃燒測試），執(zhí)行國家標準GB/T2508-1996 《塑料燃燒性能實驗方法一水平和垂直法》或者美國CTL-94測試標準，試樣尺寸：130mm×13mm×3mm。力學性能，拉伸強度與斷裂伸長率用拉力機測試，標準為GB/T1040-2006沖擊強度測試，GB/T1043.1-2008。速度50mm/min。氧指數(shù)測試：按照GB/T2406.2-2009測試，實驗在HC-2氧指數(shù)儀上測試，樣品尺寸為100×6.5×3mm3。

六、結(jié)論

本研發(fā)產(chǎn)品配方設(shè)計新穎，超高壓電纜料是在硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣料里面再增加相關(guān)的抗靜電劑基礎(chǔ)上賦予的雙抗功能型交聯(lián)聚乙烯電纜用絕緣料。生產(chǎn)技術(shù)含量高，生產(chǎn)環(huán)境達到三十萬級凈化要求，生產(chǎn)操作間全部進行二層空氣隔斷，原材料進行上料除塵機械化操作，原成品進出料口加裝自動金屬探測器，口模加裝4層濾網(wǎng)。使用專門的水處理設(shè)備對循環(huán)水進行除雜、調(diào)整pH酸堿度等操作，確保產(chǎn)品質(zhì)量。因此所開發(fā)的高壓（110kV～220kV）電纜用硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣料在電性能、雜質(zhì)水平、雜質(zhì)種類、聚合物分子量的穩(wěn)定性方面有大幅度的提高，因此可替代國外同類產(chǎn)品，深受國內(nèi)外客戶的青睞。

（朱萍、黃云、鄭思杰單位為平安證券有限責任公司；蔡煜明、李順利、鄭顏單位為浙江太湖遠大新材料股份有限公司）

參考文獻

[1] 沈彬華.高壓交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣料的國產(chǎn)化研究[J].電線電纜，2010（1）.

[2] 葉文，等.無鹵膨脹型阻燃電纜料的研究進展[J].塑料助劑，2015（1）.