高压电缆用硅烷交联聚乙烯绝缘料的研发应用

朱 萍 蔡煜明 李顺利 郑 颜 黄 云 郑思杰



高压电缆用硅烷交联聚乙烯绝缘料的研发应用

朱 萍 蔡煜明 李顺利 郑 颜 黄 云 郑思杰

摘 要本文简述高压交联聚乙烯（XLPE）绝缘料的特性，介绍了浙江太湖远大新材料股份有限公司高压XLPE电缆绝缘料国产化的研发过程和产品特点。

关键词交联聚乙烯 高压 电线电缆 绝缘料

一、前言

电线电缆是用以传输电磁能和转换电磁能的线材产品，它的普及是衡量国民经济发展的重要指标之一。随着国家清洁能源和西电东输政策的出台，对高压（110kV～220kV）输电电缆的需求日益增大。而交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的工作温度为90℃，过载温度为135℃，短路温度为250℃5秒，能提高线路传输容量，过载能力和短路电流。XLPE电缆热寿命可达到40年，能通过单根垂直燃烧试验和成束燃烧试验，适应近代工程技术要求。XLPE制品因具有优良的绝缘性，而被广泛应用于家用电器、交通运输、电子电气等各个领域但其在超高压（110kV～220kV）应用时会因摩擦、剥离过程而产生和积累电荷，给生产和应用带来很多隐患，因此开发研究超高压用的XLPE绝缘料意义十分重大。

二、高压电缆及其绝缘料国产化趋势及国内市场的预测和前景分析

化学交联电缆用绝缘料采用电缆料专用基料在添加过氧化物，抗氧剂等辅料，经过加温融解，并成型切粒而成。目前用于电缆绝缘层的主要有10KV及以下，35KV及以下，60KV及以下，110KV及以下等规格的电缆料。而高压电缆料是指耐压等级在110KV以上的电缆料。该产品在以上电缆料的基础上，通过对原料及生产环境要求的提高，使其具有更加优越的产品性能，尤其是它的耐电压等级远远超过以上产品。高压电缆料目前主要依靠进口，国内基本上属于空白。有良好绝缘性能与热延伸性，且含有害物质较少。在较短的时间内得到广泛的应用。其中，10KV及以下，35KV及以下自1994年起逐渐国产化，通过几年的努力，国内产品的各项指标已达到或超过进口产品的质量水平。但60KV及以下与110KV及以下交联电缆用绝缘料，由于对原材料洁净度，设备与生产环境的空气净化要求较高，国内暂无厂家正式投入生产，目前主要依赖进口。

我国高压XLPE电力电缆使用量的急剧增加必将带动高压XLPE绝缘料市场的快速发展。我们依据高压XLPE电力电缆的市场的发展需要，对我国高压XLPE绝缘料做了一个预测。表1为我国近年来高压XLPE绝缘电缆及其绝缘料的市场预测。

表1 高压XLPE电缆绝缘料市场预测

三、高压电缆用绝缘料的研发思路

解决静电问题是目前开发和研制高压直流电力电缆的热点。在高压电场的作用下绝缘材料内部容易形成空间电荷的积聚现象（静电累积），使绝缘材料中的电场分布发生畸变，从而降低绝缘材料的击穿强度，甚至会导致短时间内材料的局部击穿，这将大大缩短绝缘材料的使用寿命。

四、研发技术要点

（一）在产品配方设计方面

以高压聚乙烯为基料添加各种助剂（分散剂、抗氧剂、偶联剂，增韧剂和抗静电剂）提高基料的抗静电能力。

（二）采用先进的高压电缆料生产工艺

包括生产环境达到三十万级净化要求，生产操作间全部进行二层空气隔断，原材料进行上料除尘机械化操作，原成品进出料口加装自动金属探测器，口模加装4层滤网。使用专门的水处理设备对循环水进行除杂、调整pH酸碱度等操作。再加上挤出加工工艺优化和产品的贮存和烘干问题。

五、研发成果

（一）超高电缆料抗静电体系的建立

研发中重点探索了不同种类导电碳黑对体系电性能的影响，在共混工艺和模压参数不变的条件下，研究了聚烯烃和碳黑两种物质的共混体系，对多种类的碳黑进行电阻测试实验来确定种类，从而初步掌握了体系的抗静电性能。同时综合考虑了分散剂、抗氧剂、增韧剂、阻燃剂等助剂对高压电缆材料电性能的影响。采用均匀设计的方法对各种助剂的用量进行优化设计，得到综合性能较好的配比。

（二）产品性能检测

电性能，按照GB/T1410-2006，高电阻用高阻计测试，当体积电阻率低于105Ωcm时用四探针电导率测试仪进行测量。样品尺寸为100×100cm2。MT558.1-2005《煤矿用塑料管材一聚乙烯管材》。阻燃性能测试（垂直水平燃烧测试），执行国家标准GB/T2508-1996 《塑料燃烧性能实验方法一水平和垂直法》或者美国CTL-94测试标准，试样尺寸：130mm×13mm×3mm。力学性能，拉伸强度与断裂伸长率用拉力机测试，标准为GB/T1040-2006冲击强度测试，GB/T1043.1-2008。速度50mm/min。氧指数测试：按照GB/T2406.2-2009测试，实验在HC-2氧指数仪上测试，样品尺寸为100×6.5×3mm3。

六、结论

本研发产品配方设计新颖，超高压电缆料是在硅烷交联聚乙烯绝缘料里面再增加相关的抗静电剂基础上赋予的双抗功能型交联聚乙烯电缆用绝缘料。生产技术含量高，生产环境达到三十万级净化要求，生产操作间全部进行二层空气隔断，原材料进行上料除尘机械化操作，原成品进出料口加装自动金属探测器，口模加装4层滤网。使用专门的水处理设备对循环水进行除杂、调整pH酸碱度等操作，确保产品质量。因此所开发的高压（110kV～220kV）电缆用硅烷交联聚乙烯绝缘料在电性能、杂质水平、杂质种类、聚合物分子量的稳定性方面有大幅度的提高，因此可替代国外同类产品，深受国内外客户的青睐。

（朱萍、黄云、郑思杰单位为平安证券有限责任公司；蔡煜明、李顺利、郑颜单位为浙江太湖远大新材料股份有限公司）

参考文献

［1］ 沈彬华.高压交联聚乙烯电缆绝缘料的国产化研究［J］.电线电缆，2010（1）.

［2］ 叶文，等.无卤膨胀型阻燃电缆料的研究进展［J］.塑料助剂，2015（1）.