摘要：本文主要是介绍了交联聚乙烯绝缘电缆的优势与几种交联工艺，并且分析对比了过氧化物化学交联、硅烷交联和辐照交联的性能特点，及其在电力电缆中的应用。
关键词：电线电缆；交联聚乙烯；交联工艺
交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆是目前应用最广泛的电力电缆之一，其性能的优劣、质量的高低，直接影响到输配电系统的运行状况。目前交联聚乙烯交联工艺主要有过氧化物化学交联、硅烷交联（又称温水交联）、辐照交联等。
一、交联聚乙烯电缆的优势
（一）XLPE与PE、PVC电气性能比较
交联聚乙烯的电气性能优于聚氯乙烯。聚氯乙烯的介质损耗较大，因而不适用于高频和高压的场合，用于低压电力电缆的聚氯乙烯因温升载流量低，传输容量小、过载能力差等原因，在一些大城市的电力部门聚氯乙烯绝缘电缆正逐步被交联聚乙烯电缆所取代。虽然聚乙烯电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力是很敏感的，耐热老化性差。
（二）机械性能比较
1）交联聚乙烯与热塑性聚乙烯比较，提高了耐热变形性，改善了高温下的力学性能，改进了耐环境应力龟裂与耐热老化性能，增强了耐化学稳定性和耐溶剂性，减少了冷流性，绝缘电阻高，介质损耗角正切小，基本上不随温度的改变而改变，基本保持了原来的电气性能。所以使用了交联聚乙烯可使电缆的长期工作温度从70℃提高到90℃[1]。
2）交联聚乙烯较热塑性聚乙烯有一个明显的优点就是加入了大量的填充料而不显著降低其伸长率。因此，在1KV级以下电缆所用的交联聚乙烯中常常加入大量的粉料以降低其生产成本或获得某些特殊性能。
3）交联聚乙烯与聚氯乙烯比较，XLPE抗热变性比PVC好，抗过载能力强。XLPE短路运行温度最高可达250℃。而PVC耐热性差，其80℃持续4h其变性可达50%。当电缆过载运行时易造成绝缘老化及软化变性而引起击穿，PVC老化引起电缆火灾事故占电火灾事故总数的50%。
4）交联聚乙烯密度比聚氯乙烯小40%左右，可以明显减轻架空线的质量。
5）XLPE的抗老化性好，产品使用寿命可以相应提高。
6）相同厚度的绝缘料，XLPE的载流量大。
二、三种聚乙烯交联工艺介绍
（一）过氧化物化学交联工艺
交联聚乙烯化学交联的原理可分为以下过程和步骤：①在聚乙烯树脂中加入过氧化二异丙苯（DCP），在一定的温度下DCP分解成氧异丙苯游离基；②该游离基夺取碳键氢原子，并使聚乙烯分子之间通过C-C结合形成网状结构，同时由产生的枯基醇继续反应生成甲烷、水等物质。
化学交联的交联设备主要有悬链式干法交联生产线（CCV）及立塔式交联生产线（VCV），其交联管主要由加热交联管和冷却管组成。
（二）硅烷交联工艺
硅烷交联可分为两个过程：①利用DCP分解成游离基并作引发剂把不饱和硅烷分子和聚乙烯分子接枝，产生活性硅烷基形成了俗称的A料；②将A料与俗称为B料的催化剂在一定的温度下进行水解交联反应，形成网状XLPE分子结构。硅烷交联工艺可分为一步法和二步法两种。
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一步法又分为两种：一种是Monosil一步法，即电线电缆制造厂直接购买聚乙烯（PE）基料和化学原料硅烷等，使用配备液态硅烷计量的送料系统，在较大长径比螺杆挤塑机上直接混料并挤包在导体上；另一种是固相一步法，即将硅烷通过白炭黑载体渗吸到PE基料中，含有硅烷的PE料在电线电缆制造厂使用时，不需要经过任何混料过程就可以在挤塑机直接挤出[2]。二步法是按一定比例，把原材料厂提供的A料和B料由电线电缆制造商混合后，再用挤塑机挤出。
目前广泛使用的是二步法和固相一步法硅烷交联工艺。硅烷交联工艺虽然在温水或水蒸汽中进行，并且其交联反应过程是一个吸水反应，但是XLPE中含有的水分仍然极小，约200ppm（1ppm表示百万分之一），绝缘品质基本和干式交联一样，可生产10kV以下电压等级的电线电缆，目前国内多用此工艺生产电压等级为0.6/1kV的电力电缆，性能可靠。
（三）辐照交联工艺
辐照交联又称物理交联，对应于上述的化学交联，在电线电缆领域应用的主要是电子束辐照交联。电子束辐照交联的工艺原理为聚合物在受到高能电子束照射时，化学键被破坏，形成新的分子链结构，有的聚合物反应以降解为主，有的则以交联为主。电缆制造业广泛应用的聚烯烃（如PE）、聚氯乙烯（PVC）、橡胶（如EPDM）和热塑性弹性体（如TPU）等通常以交联反应为主[3]。
以聚乙烯为例，高能电子束首先使C-H键断裂，生成带自由端基的活性大分子链和活泼的氢原子，然后氢原子攻击分子链，夺取其中的氢原子生成氢气和带自由端基的分子链，相邻的带有自由端基的链段交叉连接形成横向的C-C交联键，最终形成了网状结构的交联聚乙烯。不同材料对辐射的敏感性是不一样的，为了提高辐照交联效率，通常要在材料中加入敏化剂和增感剂，以及抗老化剂、阻燃剂等。辐照交联适用于辐照层较薄、截面较小的电线电缆，如电线的绝缘或外径较小的护套。
三、三种交联工艺的对比及其应用范围
过氧化物化学交联设备分为悬链式干法交联生产线（CCV）和立塔式干法交联生产线（VCV）。前者应用于高压交联聚乙烯绝缘电缆的生产，国内目前生产的电缆电压等级为6～110kV，以10kV、35kV电缆居多，国外利用CCV生产线可以生产最高达400kV交联聚乙烯绝缘电缆。立塔式干法交联生产线应用于超高压交联聚乙烯绝缘电缆的生产，国内目前生产的电缆电压等级为35～500kV，由于工艺、材料、市场等原因，目前以110kV、220kV电缆居多。
辐照交联是电气装备用电缆的最佳生产方式，并不适合于电力电缆的生产，但是为提高其设备的利用率，目前很多辐照生产线也在生产电力电缆，但是仅限于生产小截面的低压电力电缆。最适合0.6/1kV低压电力电缆的交联方式还是硅烷交联，设备投资、生产成本和操作维修相对来说都是最经济的，目前市场上的0.6/1kV低压交联聚乙烯绝缘电力电缆基本上都是采用硅烷交联工艺。
四、结语
交联聚乙烯绝缘电缆的交联工艺主要分为物理和化学两大类，其绝缘品质基本一致。目前，高压及超高压电力电缆主要采用过氧化物化学交联；控制电缆、计算机电缆、航空导线等小截面的电气装备用电缆广泛采用辐照交联工艺；0.6/1kV的低压交联聚乙烯绝缘电力电缆则主要采用硅烷交联工艺。
参考文献：
[1]甘兴忠.电线电缆绝缘交联聚乙烯交联工艺的分析和对比.电线电缆，2018（2）：8-11.
[2]张兆文.我国电线电缆辐射加工应用现状及发展趋势.电线电缆，2014（1）：18-20.
[3]聂颖.交联聚乙烯的生产应用及发展前景[J].化工科技市场，2017，30（3）：30-32.
作者简介：
浦仁1980年，性别男，民族汉，籍贯梧州，学历本科，职称：助理工程师，工作单位：广西梧州华光电线电缆有限公司，研究方向：1kv低压电缆
论文作者:浦仁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
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