交联聚苯乙烯

交联聚苯乙烯（共7篇）

交联聚苯乙烯 篇1

氯甲基化反应是一类应用非常广泛的反应[1],大都是采用氯甲基甲醚(以下简称氯甲醚)作为氯甲基化试剂[2,3,4,5]。由于氯甲醚的强致癌性及挥发性,早在20世纪70年代被国际列为禁用试剂[6]。近年来,主要解决方法:一是采用间接产生氯甲醚[7]的方法,此法在反应过程中产生的氯甲醚在后处理阶段仍会有所残余,具有潜在的危险;二是直接采用氯甲基化苯乙烯单体进行聚合[8],此法本质是将氯甲基化过程上移到原料合成阶段,但并未解决氯甲基化过程中氯甲醚的污染问题,由于氯甲基苯乙烯单体价格昂贵,难以大规模生产;三是采用长链氯甲基烷基醚作为氯甲基化试剂,长链氯甲基烷基醚具有高沸点、相对低毒性[9,10,11]。申艳玲等[12]合成了1,4-二氯甲氧基丁烷,并优化了合成条件。据报道双氯甲基烷基醚的毒性远大于单氯甲基烷基醚[13]。胡国勤等[14]利用自制的氯化氢为原料,合成了氯甲氧基丁烷。不过以上合成过程均以三氯化磷或者HCl气体作为氯源。其中三氯化磷毒性大,易爆;HCl气体装置制造繁琐,气通量难以控制,而且对设备腐蚀性极大。

基于以上方法的缺陷,本研究采用异戊醇、多聚甲醛及氯化亚砜为主要原料,在氯甲基化反应体系中原位生成了氯甲基化试剂———氯甲基异戊醚,对聚苯乙烯交联微球(以下简称白球)进行氯甲基化。从而得到一种更加环保、简易与经济的聚苯乙烯交联微球的氯甲基化新制备方法。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

凝胶型聚苯乙烯-二乙烯苯交联微球(30~58目,交联度7%),上海树脂厂有限公司;异戊醇、多聚甲醛、氯化亚砜、二氯甲烷、无水四氯化锡、浓盐酸、二氧六环、硝酸银、铬酸钾、浓硝酸,均为分析纯,上海泰坦科技股份有限公司;甲醇、三甲胺、硫酸钠,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR,VERITEX80/80v型),布鲁克光谱仪器公司;循环水式真空泵[SHZ-D(Ⅲ)型],巩义予华仪器有限责任公司;电热鼓风干燥箱(DHG-9070A型),上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 制备方法

1.2.1 氯甲基异戊醚的合成

依次将异戊醇、多聚甲醛依次加入装有搅拌器、滴液漏斗及温度计的250mL四口烧瓶中,向容器中缓慢滴加氯化亚砜,冰水浴下控温在3~10℃,7h后结束反应,即制得氯甲基异戊醚。

1.2.2 聚苯乙烯交联微球的氯甲基化反应

向氯甲基异戊醚加入预先于16g二氯甲烷中溶胀好的5g白球,搅拌下向反应容器内分批次滴加四氯化锡,温度控制在3~5℃,2h内滴加完成,在室温下继续反应一段时间。反应结束后将反应液过滤,即制得聚苯乙烯交联微球。

将制得的聚苯乙烯交联微球分别用1mol/L的盐酸水溶液、二氧六环、去离子水洗涤至滤液无氯离子后,在60℃下真空干燥12h,即制得氯甲基化聚苯乙烯交联微球(以下简称氯球)。

1.3 性能测试

1.3.1 FT-IR测试

采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR,VERITEX80/80v型,布鲁克光谱仪器公司)对聚苯乙烯交联微球、氯甲基化聚苯乙烯交联微球进行测试,2种微球先期进行KBr压片处理。

1.3.2 氯的元素质量分数(氯含量)测定

采用混合溶剂烧结法测定样品的氯含量:平行称取氯甲基化聚苯乙烯交联微球3份,每份约0.2g于120℃干燥2h后,于预先放有2g混合熔剂(将无水Na2CO3在300℃下烘干5h、MgO及KNO3各在100℃下烘干10h,并分别研碎。取硝酸钾、碳酸钠各30g,氧化镁40g混合均匀制得混合熔剂,保存于干燥器中备用)的20mL瓷坩埚中均匀混合,再加1g混合试剂覆盖,盖上坩埚盖,用煤气灯灼烧约40min,使样品完全灰化,放冷后用去离子水将坩埚内容物溶解并洗涤坩埚,溶液转移至锥形瓶中,用莫尔法滴定分析样品的氯含量。

2 结果与讨论

2.1 氯甲基异戊醚的FT-IR分析

氯甲基异戊醚的FT-IR谱图见图1。从图可知,1384cm-1为异戊烷基的红外特征吸收峰;1116、1033cm-1处的吸收峰属于醚键的不对称伸缩振动吸收;740与697cm-1为氯甲基的特征吸收峰,上述分析结果表明该阶段的产物为氯甲基异戊醚。

2.2 氯球的FT-IR分析

白球和氯球的FT-IR谱图见图2。从图可知,在670、1261和1421cm-1等处出现了新峰,且对位双取代苯的特征峰829cm-1有较大幅度的加强。其中,670、1421cm-1处对应较强的—CH2Cl的特征吸收峰,前者为—CH2Cl的C—Cl键的伸缩振动吸收峰,后者为—CH2Cl的C—H键的面内弯曲振动吸收峰;除此之外,1261cm-1处是苯环上4号位被CH2Cl取代后加强的1、4位双取代苯环上C—H键的面内弯曲振动吸收峰。上述分析结果表明白球经氯甲基化反应后,已制得氯甲基化聚苯乙烯交联微球。

2.3 氯甲基异戊醚的合成配方对样品的影响

选择异戊醇与多聚甲醛的摩尔比为1∶1,反应配方(均为物质的量比,下同)为:聚苯乙烯交联微球∶氯甲基异戊醚∶四氯化锡∶二氯甲烷=1∶2.4∶0.8∶7.2,反应条件为氯甲基异戊醚合成阶段为在5℃下反应7h,氯甲基化阶段为15~20℃反应18h。氯甲基异戊醚合成配方对氯含量的影响图见图3。从图可以看出,过量的氯化亚砜利于氯甲基异戊烷基醚的合成,从而在其他条件不变的情况下,产物有更高的氯含量。当氯化亚砜∶多聚甲醛=1∶3时,制得的氯甲基化试剂有最佳的氯甲基化效果,氯含量达到18%。随后,氯化亚砜用量继续增加,副反应增加,氯甲基化效果变反而变差。

2.4 催化剂用量对样品的影响

氯甲基化反应选择反应活性高的无水四氯化锡作催化剂。其他合成配比及反应条件不变,对1mol白球进行氯甲基化。催化剂用量对样品氯含量的影响图见图4。反应配方为:聚苯乙烯交联微球∶氯甲基异戊醚∶二氯甲烷=1∶2.4∶7.2。反应条件为:醚合成阶段为在5℃下反应7h,氯甲基化阶段为在15~20℃下反应18h。

随着催化剂用量从低往高增加,产物的氯含量迅速提高。四氯化锡用量的增加促使反应体系中烷基正碳离子的生成速率增大,从而提高体系内烷基正碳离子的浓度,利于亲电取代反应的进行,氯甲基化反应速率加快,氯含量增长也较快。同时,苯环上的氯甲基化反应与生产亚甲基桥的交联副反应是一对竞争反应。当四氯化锡用量过多,会造成反应体系中烷基正离子的生产速率过快,短时间内存在大量高活性的氯甲基化聚苯乙烯,从而大大增加了亚甲基桥交联反应的发生,导致氯甲基被消耗,氯含量降低,球体交联度增加而强度下降。因此,为获得较好质量的氯球,优选四氯化锡的用量为0.8mol/L时,样品氯含量达到18%。

2.5 氯甲基异戊醚用量对样品的影响

保持氯甲基化试剂合成配方及相同条件,分析氯甲基异戊醚用量不同时产物氯含量的变化。反应配方为:聚苯乙烯交联微球∶四氯化锡∶二氯甲烷=1∶0.8∶7.2,醚合成阶段为在5℃下反应7h,氯甲基化阶段为15~20℃反应18h。氯甲基异戊烷醚用量对样品氯含量的影响图见图5。从图可知,随着氯甲基异戊烷醚用量增加,样品的氯含量随之增加,达到最高点后会随着氯甲基异戊烷醚用量增加,样品的氯含量反而减小。这是由于氯甲基异戊醚不仅是一种氯甲基化试剂,也是白球的溶胀剂,随着氯甲基异戊烷醚用量不断增加,不仅使反应物的浓度增加,也使得白球被更好地溶胀,交联网络伸展得更加充分,可参与反应的活性位点更好地暴露出来,从而氯甲基化反应速度加快。但当氯甲基异戊烷醚达到一定浓度后,短时间内产生了大量的氯甲基化苯乙烯,这也会大大增加副加交联反应的反应速度,导致样品氯含量降低。

2.6 反应时间对氯甲基化反应的影响

在优选出较佳的物料比下探讨反应时间对氯甲基化反应的影响规律。反应配方为:聚苯乙烯交联微球∶氯甲基异戊醚∶四氯化锡∶二氯甲烷=1∶2.4∶0.8∶7.2,醚合成阶段在5℃下反应的7h,氯甲基化阶段温度为15~20℃。反应时间对样品氯含量的影响图见图6。从图可以看出,一开始氯甲基化反应保持着较高的反应速率,在19h样品达到最高氯含量为18%。19h后氯含量开始呈现下降趋势,这可能是由于达到一定的氯含量后,作为副反应原料的氯甲基化聚苯乙烯量增加,副反应速率随之增大。综合考虑,较适宜的反应时间为19h。

3 结论

合成了毒性较小的氯甲基化试剂———氯甲基异戊醚,得到了工艺简单的氯甲基化聚苯乙烯交联微球的制备方法。氯甲基化聚苯乙烯交联微球最佳反应条件为:聚苯乙烯交联微球∶异戊醇∶多聚甲醛∶氯化亚砜∶四氯化锡∶二氯甲烷=1∶2.4∶2.4∶7.2∶0.8∶7.2。氯甲基异戊醚合成阶段反应温度为3~5℃,反应时间为7h;氯甲基化合成阶段反应温度为15~20℃,反应时间为12h,总计反应时间为19h。制得的氯球的氯含量可达18%。

采用氯甲基化新方法制得的聚苯乙烯交联微球,具有环保、工艺简易与成本经济的优势,将有较好的市场前景。

摘要：以异戊醇、多聚甲醛及氯化亚砜为主要原料,合成了氯甲基化试剂氯甲基异戊醚。并采用原位法对聚苯乙烯交联微球进行氯甲基化。利用傅里叶红外光谱仪对产物结构进行了表征,以莫尔滴定法对氯球的氯含量进行了测定。考察了各物料配比、反应时间对氯甲基化反应的影响规律。获得最佳反应条件为:异戊醇∶多聚甲醛∶氯化亚砜∶聚苯乙烯∶四氯化锡∶二氯甲烷(均为物质的量比)=1∶2.4∶2.4∶7.2∶0.8∶7.2,氯甲基异戊醚合成阶段反应温度为3~5℃,反应时间为7h;氯甲基化合成阶段反应温度为15~20℃,反应时间为12h,总计反应时间为19h。制得的氯球的氯含量可达18%(wt,质量分数)。

关键词：氯甲基化反应,氯甲基异戊醚,氯含量,原位法,氯甲基化聚苯乙烯交联微球

交联聚苯乙烯 篇2

据文献报道,含聚二甲基硅氧烷的共混物已在很多方面取得应用,如纳米技术、电子、过滤、二维液相色谱法、吸附[8-9]。其中嵌段聚合物的合成是制备具有优异性能新型材料的重要途径,阴离子聚合是制备这类共聚物的较好方法,但需要苛刻的实验条件与繁琐的纯化过程。自由基聚合法也可制备嵌段和接枝共聚物,采用聚硅氧烷大单体和各种单体聚合制备各种嵌段共聚物,但同时也会碰到常规自由基聚合中一些常见的问题,如聚合物末端官能团的引入、引发效率低和有均聚物生成等。原子转移自由基聚合物法(ATRP)具有活性高,反应条件温和,制备的聚合物结构确定、分子量可控的有点,本研究首先制备了聚硅氧烷大分子引发剂(Br-PDMS-Br),采用ATRP法,将单体苯乙烯和带有 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)由Br-PDMS-Br末端的烷基溴引发聚合,当接触水分时,硅烷偶联剂中的甲氧基水解发生交联从而形成交联聚合物,该新型聚硅氧烷/聚苯乙烯交联聚合物为首次合成,具有较高的热稳定性,在分离技术,吸附等方面都有潜在的应用。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

羟基封端聚二甲基聚硅氧烷(PDMS,Mn=16000),山东大易化工有限公司,使用前提纯;γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570),湖北华昌化学股份有限公司,直接使用;苯乙烯(St),国药集团化学试剂有限公司,减压蒸馏;α-溴代异丁酰溴:宿迁永兴化工有限公司;氯化亚铜(CuCl),使用时经重结晶,国药集团化学试剂有限公司;2,2′-联吡啶(bpy,分析纯),国药集团化学试剂有限公司,直接使用。

磁力加热搅拌平台(79-1型);电子天平(AL104型);集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-Ⅱ 型);旋片真空泵(ZXZ-2型);电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9140A型);电热真空干燥箱(DZF-6020型)。

1.2 PDMS大分子引发剂的制备

在100mL圆底烧瓶中,依次加入30mL甲苯、25gα,ω-端羟基聚二甲基硅氧烷、0.3mL三乙胺,冰浴条件下用恒压滴液漏斗滴加0.28mLα-溴代异丁酰溴和10mL甲苯混合液,滴加完毕后室温避光搅拌24h。离心除去副产物,用甲醇洗涤3次,所得液体60℃ 真空干燥12h,得大分子引发剂Br-PDMS-Br。

1.3 PDMS/PS交联聚合物的制备

将2g制得的PDMS大分子引发剂Br-PDMS-Br,0.01gCuCl和0.047g联吡啶,1mL苯甲醚,4mL苯乙烯(St)、0.5mLKH570加入到经抽真空-充氮气的反应器中,100℃ 反应一定时间,得到线性PS/PDMS/KH570 聚合物粗产物;将粗产物用四氢呋喃洗涤,过滤,再用无水甲醇洗涤,过滤后于80℃真空下烘干,得到聚苯乙烯/聚硅氧烷交联聚合物,其合成路线如流程图:

1.4 测试与表征

傅里叶变换红外光谱(FT-IR),Nicoletavatar370型,美国Nicolet公司;差式扫描量热仪(DSC),Perkin Elmer8000 型,N2氛围下,升温速率为:20℃/min;热失重分析仪(TGA),SDT-Q600 型,美国TA公司,N2氛围下,升温速率为10℃/min。

2 结果与讨论

2.1 PDMS/PS交联聚合物的红外表征

图1(a)是PDMS的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)图,图中2963cm-1处是-CH2-的伸缩振动吸收峰,1263cm-1处是-SiCH3对称伸缩振动吸收峰,1000-1100cm-1是-Si-O-Si-的振动吸收峰,878cm-1处是-Si(CH3)2的特征吸收峰;图1(b)是PS/PDMS/KH570交联聚合物的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)图,可以看到图中除了有PDMS的红外特征吸收峰外,在3029、3063、3088、2837、2921cm-1出现了聚苯乙烯中苯环的特征吸收峰,1631cm-1、1498cm-1、1446cm-1是苯环的骨架特征吸收峰;同时,1724cm-1是KH570 中酯基C=O的特征吸收峰,说明该聚合物中包含了PDMS、PS、KH570。

2.2 PDMS/PS交联聚合物的DSC分析

图2是PS/PDMS/KH570的DSC曲线,图中在99.67℃和-126.5℃处出现的转折分别对应着PS和PDMS的玻璃化转变温度;表明该聚合物具有相分离现象,存在两相结构,PS为一相,PDMS和KH570形成一相。

2.3 PDMS/PS交联聚合物的TGA分析

图3是PS/PDMS/KH570 的TGA曲线,由图可知样品具有较好的热稳定性,初始热分解温度均在340℃以上。另外热失重曲线有两个明显的热分解区域。第一阶段为相应的PS链段的热分解区域,中间分解温度为406.9℃;第二阶段为PDMS链段的热分解区域,中间分解温度为594.9℃,表明PBMA-b-PDMS-b-PBMA嵌段聚合物的两个链段为独立分解。

2.4 PDMS/PS交联聚合物的溶胀率

称取一定量的聚硅氧烷/聚苯乙烯交联聚合物放在一定量的甲苯中,测定其溶胀率η(%)

其中:mE为溶胀甲苯达平衡时样品的质量;m0为未溶胀前样品的质量。

从表1中数据可以看出,η随着KH570含量的增加出现先增大后减小的趋势,这是因为KH570在聚合物中起到交联剂的作用,KH570的量直接影响到聚合物的交联程度,从而影响到交联聚合物吸收甲苯的能力,从数据可以看到在制备过程中V(苯乙烯)/V(KH570)=8/3时,对甲苯的溶胀能力最强,溶胀率达到286%。

3 结论

交联聚苯乙烯 篇3

交联聚乙烯 (XLPE) 电缆具有绝缘性能好、供电安全可靠、易于制造和安装方便等优点。它在配电网中已逐步取代油纸绝缘电缆, 并已在高压和超高压中得到应用。

交联聚乙烯绝缘 (简称XLPE) 电缆绝缘层内部及其界面存在空洞、夹杂物和隆凸不平处等缺陷, 当有水、离子水及在电场作用等外部条件的影响下, 它会出现树枝状裂缝, 称为“电树”、“水树”或“电化树”, 这些都是因电缆绝缘料的降解而形成的类似树枝状的裂缝。随着“树”的长大, 到穿透电缆绝缘层, 电缆的绝缘料会加速失效。当有载荷工作时, 水分的存在能在较低的电场强度下, 使电缆绝缘料出现“树化”现象。XLPE电缆介质中水树枝的形成及发展是造成其早期老化并导致电缆击穿事故的最主要的原因之一。

针对上述情况, 文中结合分形理论给出一种精确XLPE电缆局部放电模型进行分析, 这样可以降低实验条件和手段。

2 分形理论基础

分形一词意为破碎的、不规则的, 一般地, 称F集是分形。

粗略地说, 分形是一类复杂性颇高的、没有特征长度, 但具有一定意义F的自相似性的形体和结构的总称。分形维数是在分形意义上由标度关系得出的一个定量数值, 它突破了一般拓扑集维数为整数的界限, 把维数从整数扩大到分数, 是分形的极其重要的特征参数。 分形维数的定义多种多样, 常见的有Hausdorff维数、盒维数、信息维数、关联维数、广义维数等。下面主要介绍用于电缆局部放电检测的盒维数和信息维数。

2.1 盒维数

设F为Rn上的某个非空的有界子集, 对任意的ε>0, Nδ (F) 为直径不超过δ时, 可用来覆盖F集的最少个数。如果极限。

undefined

存在, 则称为F的盒维数, 记为DB。

在盒维数定义中, 闭球的覆盖可以等价地换成边长为δ的正方体的覆盖, 在Rn空间中成为边长为δ的坐标网立方体。易知, 在R2中是边长为δ的正方形网格所形成的覆盖, 见图1。

这个算法比较简单, 值得注意的问题是:覆盖F的矩形选择的过大将增加计算量, 选择的过小不足以覆盖F。当F预先并不明确的情况下, 上述算法要结合分形生成过程同时进行。一般认为只要举行覆盖F, 其大小对Dc (F) 的计算结果就没有影响, 至于判断计算精度的问题还需进一步研究。

2.2 信息维数

信息维数反映了F集在空间的分布疏密程度, 记F集落入边长为δ的第i个超立方体的概率为Pi, 在尺寸为δ下进行测度所得到的信息量定义为:undefined

在此基础上, 定义F集的信息维数为:

undefined

显然, 当F集等概率落入各个超立方体时, pi= 1/N (δ) , 故I (δ) = lnN (δ) , 此时DB=DI。

3 基于分形理论的交联聚乙烯电缆局部放电

水树形态是一种分形结构。分形是空间上的混沌, 混沌是时间上的分形。水树的非线性, 使损耗电流中产生谐波分量, 而水树结构上的分形特性, 使损耗电流具有了分形和混沌的特性。在水树产生和发展的初期, 损耗电流的分形特性并不明显, 这是因为水树在电缆绝缘料中的生长相对来说是一个缓慢的过程, 水树贯穿电缆绝缘料的长度不同, 损耗电流的大小和复杂性也不同。但是, 随着水树的分叉趋势越明显, 水树形态的分形维数也随之增加, 其外在的表现是损耗电流信号的分形维数也越大。对于XLPE电缆的在线绝缘检测, 希望越早发现水树越好。

谐波分量法就是在芯线上叠加了调制电压, 以减少杂散电流的影响, 但可能使保护误动。若不叠加电压, 从频谱的角度分析损耗电流, 其误差又较大。当电缆绝缘料水树劣化加重时, 损耗电流发生畸变, 而高频分量的混入使损耗电流具有颇为精细的结构。高频叠加法是一种很有效的电缆在线绝缘诊断方法, 可以及时地发现XLPE电缆绝缘早期老化现象, 以避免电缆由于局部放电被击穿而形成更大的事故。

因此, 考虑在电缆屏蔽层叠加上一个高频率低幅值的电压, 即所谓“高频叠加法”。仿真中发现:直接测量电缆屏蔽层的损耗电流, 信号波形比较简单, 只是在波形边缘有一点小的“毛刺”;而高频叠加法所得信号波形则具有明显的分形特性。通过叠加高频电压信号, 可以更早地检测出水树的存在。对于电缆绝缘料中还没有树化的电缆, 应用高频叠加法是测不到损耗电流的。另外, 在干燥环境下, 由于水分较少, 故水树枝很难形成;而对于直接电击穿产生的碳化电树枝, 则因其形态也具有分形特性, 故高频叠加法也同样适用。为了模拟实际中的干扰, 可以在屏蔽层上叠加一个平稳、零均值的白噪声信号。在操作中, 首先将得到的损耗电流信号进行滤波处理, 再进行分形分析。

4 水树模型

传统的水树模型只考虑基波和三次谐波对于电路的影响, 这样并不能准确地反映水树的电压—电流特性。损耗电流的分形特性在这种粗略的考虑下也不能显现。在理论分析和仿真的基础上, 下面给出精确的水树模型, 考虑高次谐波对电路的影响, 提高了模型精度。图2是一个电缆绝缘料中含水树的等效电路模型。在电路中, 把未贯穿的电缆绝缘料部分用一个电容来替代。当电缆绝缘料中的水树越劣化, 电缆良好绝缘所等效的电容值越小。水树的非线性的电压—电流关系可用下式来表示, 即:

undefined3+KαU5+KβU7+KγU9+L) (4)

其中, I为水树电流;R为水树等效电阻;U为水树电压;K为常数。

其中, 各次谐波在损耗电流整相对于基波所占的比例为:3次谐波为42%;5次谐波为18%;7次谐波为4%。因此最大的谐波分量是3次谐波, 但是当计算尺度逐渐减小时, 更高次谐波对分形维数的影响就越加明显。

5 仿真验证

根据上面的分析, 利用高频叠加法对电缆绝缘料中水树生长到30%、50%、70%、90%进行了Matlab仿真。

仿真数据:U1=1kV , 50Hz;U2=0.1kV, 5000Hz;R0=2×104Ω;C=1×10-6F (50%时电容值) ;式 (4) 中R=1.3×108Ω;K=1.7×10-5。水树长度不同时, 参数K, R是变化的, 电容C也是变化的 (水树越长, 电容越小) , 其余数据一旦选定, 不再改变。水树长度为50%时的仿真波形见图3。计算其盒维数为:1.11;信息维数为1.08;下面给出其他几种仿真波形的分形维数的比较见表1。

由表1看出, 当水树不断生长时, 损耗电流信号的容量维数和信息维数相应增加。分形维数取决于信号的复杂程度以及覆盖面积。由于水树生长使损耗电流的复杂程度和幅值都增加, 所以分形维数增加容量维数是一种表征覆盖程度的维数, 是最为常用的一种维数;信息维数说明单位覆盖面积所含信息量的多少。这两种维数从不同角度说明:损耗电流随着水树生长在不断地变化。由于水树生长形态的分形特性是本质, 而损耗电流的分形维数增加是其外在的表现, 故通过分析损耗电流的分形维数, 就可以判断水树劣化程度。

上述仿真是叠加信号U2的幅值为0.1kV, 频率为5000Hz情况下得到的。那么, 当叠加信号幅值和频率不同时, 分形维数会怎样变化。

1) 不同幅值

仿真中发现:当叠加电压幅值逐渐增加时, 损耗电流波形边缘的振幅也越来越大。Matlab仿真水树长度为70%, 叠加幅值不同 (10～200V) 、频率相同的电压, 可得分形维数见表2。

随着叠加信号幅值的增加, 两种分形维数值之间的差别越为明显。当叠加信号幅值增加时, 分形维数单调增加。因此, 在不引起保护误动的前提下, 可选用幅值较大的电压叠加, 则分形维数也较大, 容易判断水树状态, 抗干扰性强。

2) 不同频率

当叠加信号频率逐渐增加时, 信号波形的振荡频率大大增加。Matlab仿真水树长度为70%, 叠加频率不同 (200～5000Hz) 、幅值相同的电压时的分形维数, 见表3。

随着叠加信号频率的增加, 损耗电流的复杂程度大大增加, 分形维数单调递增, 容易判断电缆绝缘料劣化程度。但是, 过高的叠加频率会对系统造成一定的影响, 因此在实际应用中应根据情况 (电缆电压等级、现场条件等) 找一个合适的频率进行叠加。

6 结束语

由上面的仿真可以看出, XLPE电缆绝缘可以用水树的生成状况进行判断, 其水树有以下特点:

1) 水树形态是一种分形结构, 水树劣化是造成损耗电流畸变的根本原因。

2) 分形维数很好地反映了水树生长过程中对损耗电流的影响。水树越长, 绝缘的非线性程度越大, 导电性增加, 损耗电流也增加。分形维数是判断电缆绝缘料中水树劣化很好的依据。

3) 当叠加信号的幅值频率增加时, 损耗电流波形的分形维数呈单调增加。

参考文献

[1]蔡敏, 刘晓安.XLPE电力电缆局放检测技术的发展和现状[J].西北电力技术2003, 4.

[2]贾丽会, 张修如.分形理论及在信号处理中的应用[J].计算机技术与发展2007, 9 (9) :203-205.

交联聚苯乙烯 篇4

1 交联聚乙烯电力电缆的特性

交联聚乙烯 (XLPE) 属于固体绝缘, 它是由聚乙烯 (PE) 加入交联剂挤出成形后, 经过化学或物理方法交联成交联聚乙烯。聚乙烯绝缘虽然具有优良的电气性能, 但属于热塑性材料, 即有热可塑性, 当电缆通过较大的电流时, 绝缘就会熔融变形, 这是由聚乙烯的分子结构所决定的。聚乙烯的分子结构是呈直链状, 而交联聚乙烯是聚乙烯分子间交联形成网状结构, 从而改善了聚乙烯的耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。

交联聚乙烯电缆与油纸电缆相比, 具有结构简单, 制造周期短, 工作温度高, 无油, 敷设高差不限, 运行可靠, 质量轻, 安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性能好, 传输容量大, 不仅适用于中低压, 而且还可以应用到高压和超高压系统中。

2 交联聚乙烯电缆采用直流耐压试验具有明显的缺陷

传统的电缆现场高压试验采用直流耐压, 主要是由于电力电缆具有很大的电容, 现场采用大容量的试验电源不现实, 所以改为直流耐压试验, 以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路, 由于电缆电容量较大, 故不用加装滤波电容。对于35千伏以上的电缆, 试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端, 也可接在高电位端。

通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小得多 (如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大) 。直流试验没有交流试验真实、严格, 串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数成反比, 而施加直流时却与其电导率成反比, 因此在直流耐压试验时, 一是适当提高试验电压, 二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400~600k V/cm, 比交流作用下约大一倍左右, 所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍, 试验时间一般选为5~10min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来。

但由于交联聚乙烯电缆绝缘性能十分特殊, 进行直流耐压试验就可能不再是十分明智的选择了。曾经多次发生按标准进行直流耐压试验合格, 而正常运行不久就发生击穿故障问题。主要原因如下:

2.1 生产实践及研究均表明, 交联聚乙烯电缆结构具有一种“记忆”效应, 这种“记忆性”是在直流电压作用下产生的。

一旦电缆有了由于直流试验而引起的“记忆性”, 它就需要很长时间才能将这种直流偏压释放, 在此之前如果电缆投入运行, 直流偏压便会叠加在交流电压上, 使得电缆上的电压值远超过电缆的额定电压, 从而导致电缆绝缘击穿。

2.2 直流耐压不能有效地发现交流电压作用下的某些电缆缺陷。

实践表明, 一些直流耐压试验合格的电缆, 投入运行后, 在正常的交流工作电压作用下也会发生绝缘损坏。

2.3 交联聚乙烯电缆在运行中, 在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝、电树枝, 这种树枝化老化过程, 伴随着整流效应。

由于有整流效应的存在, 致使在直流耐压试验过程中, 在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消散, 并在电缆运行过程中加剧树枝化的过程。

2.4 由于XLPE绝缘电阻很高, 以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸, 它引起电缆中原有的电场发生畸变, 因而更易被击穿。

2.5 由于直流电压分布与实际运行电压不同, 直流试验合格的电缆, 投入运行后, 在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。

3 交联聚乙烯电缆宜采用工频交流法进行耐压试验

对橡塑电缆绝缘施加50Hz正弦波形电压作耐压试验, 是最理想的试验方法。因为试验电压与运行工作电压性质相同, 在机理上有完全充分的代表性, 而且50Hz电压下电缆绝缘的各项特性和技术数据已被充分了解和掌握。近年来, 随着高电压试验技术的发展, 采用谐振法原理, 已经研制出了便于移动和试验电源容量较小的试验设备, 在现场试验中等长度的电缆。此试验方法简单有效, 试验设备可靠, 使用简便, 适合现场应用。采用这种方法, 可以得出满意的检测结果, 从而有效提升电力电缆运行的可靠性。

当然, 对交联聚乙烯电缆采用工频交流法进试验过程中需重视一些应注意的事项。

3.1 试验过程中要防止过电压的产生。

工频耐压试验时, 电压若不是由零逐渐升压, 而是在试验变压器初级绕组上突加电压, 这时将由于励磁涌流而在试品上出现过电压。若在试验过程中突然将电源切断, 对于小电容量试品, 会由于自感电势而引起过电压。上述二种情况, 都有可能造成被试品误击穿。因此, 进行工频耐压试验时, 应严格按照试验操作规程。

3.2 由于工频耐压试验是一种破坏性试验, 试验所采用的试验电压

往往比运行电压高得多, 过高的电压会使绝缘介质损失增大、发热、放电, 会加速绝缘缺陷的发展, 故在对设备进行工频耐压试验时应根据绝缘介质的不同及设备的运行状况的不同, 按照有关规程及试验标准选取相应的试验电压。

3.3 耐压试验过程中, 升压应当从零开始, 禁止在30%试验电压以上冲击合闸。

当试验电压升到40%以上时, 应均匀升压, 升压速度为每秒3%试验电压左右。升压过程中应监视电流的变化, 当保护动作后, 应查明原因, 消除后再进行试验。

3.4 工频耐压试验中, 加至试验标准电压后, 为了便于观察被试品的

情况, 同时也为了使已经开始击穿的缺陷来得及暴露出来, 要求持续1min的耐压时间。耐压时间不应过长, 以免引起不应有的绝缘损伤, 甚至使本来合格的绝缘发生热击穿。耐压时间一到, 应速将电压降至输出电压的25%以下, 再切断电源, 严禁在试验电压下切断电源, 否则可能产生使试品放电或击穿的操作过电压。

3.5 在试验过程中, 若由于空气的湿度、设备表面脏污等影响, 引起试品表面闪络放电或空气击穿, 应不能认为不合格, 应处理后再试验。结束语

直流耐压试验不能有效地发现高压交联聚乙烯主绝缘电缆的缺陷, 在直流电压下, 由于温度和电场强度的变化, 交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化, 绝缘层各处电场强度分布因温度不同而各异, 在同样厚度下的绝缘层, 因为温度升高而击穿水平降低, 由于高压交联聚乙烯绝缘层厚, 因此不宜用于直流试验测试;交流耐压试验是检验交联电缆绝缘质量的有效手段。准确有效的掌握电缆各部位的运行状况有利于提高电缆的安全运行, 减少电缆在运行中的故障。

参考文献

[1]曹佳滨.交联聚乙烯电缆现场耐压试验的特点分析[J].绝缘材料2008, (3) .

[2]温定筠等.交联聚乙烯 (XLPE) 电缆交流耐压试验时间参数探讨[J].电网与清洁能源, 2010 (8) .

交联聚苯乙烯 篇5

聚乙烯(PE)具有良好的电性能和加工性能,因而被广泛用作电线电缆的绝缘及护套材料。但是聚乙烯材料的使用温度低及蠕变性等缺点,严重限制了其使用范围。对此,人们采用了各种交联或共混技术对其改性,以提高聚乙烯电线电缆的使用温度及耐应力开裂性能。

聚乙烯交联工艺主要有过氧化物化学交联、硅烷交联、辐照交联等[1]。过氧化物化学交联主要适用于大规格的中高压和超高压聚乙烯电力电缆,电压等级为10~550 kV,但是过氧化物化学交联生产过程的清车、起机费用大。硅烷交联和辐照交联主要适用于10 kV以下中低压电力电缆及小规格电气装备用电线电缆,硅烷交联剂的分解需水做引发剂,由于水分的侵入,材料介电性能劣化,在一定程度上限制了硅烷交联聚乙烯的使用。辐照交联聚乙烯电线电缆具有高效率、低能耗、无污染的特点,生产速度是过氧化物化学交联的3~5倍,而能耗仅是它的1/2~2/3,且辐照交联聚乙烯电线电缆的耐温等级为105~150 ℃,而其他交联方法生产的交联聚乙烯电线电缆的耐温等级仅限于90 ℃。因此,辐照交联生产方法越来越受到中低压小规格聚乙烯交联电线电缆生产厂家的青睐。目前,我国用于电线电缆辐照交联的电子加速器已有75台,电子束的电子能量主要集中在0.5~2.5 MeV。

1 辐照交联原理

高分子在经受电子束辐照时,高分子的交联和裂解反应同时发生,以交联反应为主的高分子称为交联型高分子,以裂解反应为主的高分子称为裂解型高分子。一般聚合物是交联型还是裂解型高分子主要决定于聚合物的分子结构[2]。裂解型乙烯基类聚合物的分子式为:

通常乙烯基类单体形成的高聚物以辐照裂解为主,而只有一个侧基或无侧基的聚合物则以交联为主。例如聚乙烯、聚苯乙烯等均为交联聚合物;聚四氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚α甲基苯乙烯为裂解聚合物。此外,当主链重复基团为—C—O—时,例如聚甲醛,其辐照时很快裂解。

聚乙烯可在常温下辐照交联,由加速电子束引发,使聚乙烯大分子中的碳原子激发成活性自由基,活性自由基相互结合,使线形聚乙烯分子交联形成三维网状高分子。聚乙烯的辐照交联过程表示为:

同时也伴随着其他副反应,如:

PE→PE1·+PE2·

不同材料对辐射的敏感性不一样,为了提高辐照交联效率,通常在材料中加入敏化剂和增感剂、抗老化剂、阻燃剂等。相对于交联聚乙烯与热塑性聚乙烯,辐照交联聚乙烯的三维网状结构使其提高了耐热变形性,改善了高温下的力学性能和耐环境应力龟裂与耐热老化性能,增强了耐化学品性和耐溶剂性,减少了冷流性,而同时绝缘电阻和介质损耗角正切基本不变。但受辐射源及交联聚乙烯原材料的限制,现阶段辐照交联聚乙烯主要用于绝缘层厚度较薄、截面较小的电线电缆。

2 辐照加工工艺参数的设定

聚乙烯电线电缆辐照加工中需要设定的工艺参数有电子束能量、束流强度及辐照剂量。

2.1 电子束能量

电子束能量决定了电子束对材料的穿透深度。电子在材料中的穿透深度与电子能量近似成正比,与材料密度成反比。不同能量的电子束在物质中有确定的分布,通常以电子束的穿透深度来衡量辐照的均匀性。聚乙烯线缆的辐照方式有单向辐照和双向辐照两种,如图1所示。通常绝缘较薄的聚乙烯线缆采用单向辐照方式,而绝缘较厚的聚乙烯线缆采用双向辐照方式。

双向辐照是利用强磁场偏转系统改变部分电子的运动方向。双向辐照时电子束的穿透深度约为单向辐照时的2.4倍。采用的电子束能量在1~10 MeV范围内时,单向辐照所需能量的计算公式为:

式中E为电子束能量,D为电缆绝缘外径,d为导体外径,ρ为材料的密度。表1为ρ=0.95 g/cm3时上式计算结果结合实际生产情况的单向辐照所需电子束能量的参考值[3]。

双向辐照所需能量的计算公式为:

2.2 电子束的束流强度

电子束的束流强度决定了辐射加工的效率,产品的吸收剂量正比于电子束的束流强度。对于电线电缆的辐照交联,电子束流与电线电缆吸收剂量之间的关系为:

式中I为束流强度,单位为mA,R为物质表面的吸收剂量,单位为kGy,V为电线电缆通过速度,单位为m/min,N为缠绕圈数,K为剂量参数(可通过在I、V、N给定的条件下标定吸收剂量得出)。实际辐照中,在辐照剂量一定的条件下,通常是在加速器额定束流强度上限运行,通过调整线缆在加速器的电子束下缠绕的圈数,同时结合电缆线径的大小,确定线缆的运行速度。

2.3 辐照剂量的设定

不同牌号聚乙烯材料的辐照交联都有一最佳辐照剂量,每种辐照交联聚乙烯材料都要通过试验选定其最佳的辐照剂量。最佳辐照剂量的确定条件是:使交联聚乙烯内部形成足够的交联密度,聚乙烯内部既不发生再交联,也不发生过交联;还应保证辐照后聚乙烯的机械性能保持在一定的范围内。图2为辐照交联聚乙烯材料(未添加敏化剂)的机械性能随辐照剂量的变化[4]。可见,如要辐照后聚乙烯的机械性能保持在一定的范围内,未添加敏化剂的辐照交联聚乙烯材料的辐照剂量一般约为0.30 MGy,而添加了敏化剂的辐照交联聚乙烯材料的辐照剂量一般约为0.015 MGy。

在一定辐照剂量范围内,聚乙烯的交联度随着辐照剂量的增大而增大;当辐照剂量继续增大时,则聚乙烯的交联度变化不大。辐照剂量过高,一方面会造成不必要的能量损失,降低生产效率,严重时会导致交联聚合物发生辐照裂解;相反,辐照剂量过低,则聚乙烯交联程度不够,不能形成理想的网状三维立体结构,使线缆的耐应力开裂性能和耐溶剂性能降低。通常通过测定辐照后聚乙烯的热延伸伸长率来衡量聚乙烯的交联程度。此外,辐照交联聚乙烯的断裂伸长率随辐照剂量的增大而减小,过高的辐照剂量将使辐照交联聚乙烯的断裂伸长率超出适用范围的200%。

3 辐照交联中常见的问题及解决办法

通常辐照交联主要适合薄壁聚乙烯绝缘(电缆截面积为零点几平方毫米,绝缘层厚度为零点几毫米)的交联,在厚壁聚乙烯电线电缆的辐照生产过程中,往往会出现以下问题:a.辐照完成后,若接触通电导体,会出现强烈的放电现象;b.辐照前电线在浸水耐电压试验中完好,而辐照后电线在浸水耐电压试验中被大量击穿;c.辐照前挤出非常紧密的绝缘,在辐照后绝缘出现松动甚至与导体分离;d.辐照后在电线电缆聚乙烯绝缘内部形成气泡,尤以厚壁绝缘为甚。

经分析,上述问题的主要原因是辐照时的电子陷阱、静电效应、热效应、低分子气体生成所致[5]。电子陷阱是指电线电缆绝缘中存在非均相和缺陷,在辐照交联过程中,非均相和缺陷部分与均相和无缺陷部分俘获电子的能力不同,即在给定的电子能量下,电子穿透这些区域的概率不同,不能穿透的电子在非均相和有缺陷的区域形成电子积累,形成了电子陷阱。静电效应是指当电线电缆的绝缘厚度大于电子的有效射程时,在电线的绝缘层中将发生负电荷的积累。此时,聚乙烯绝缘层将对地产生一个很高的负电位,场强可达109 V/m。当厚绝缘电线电缆在辐照后立即进行耐压试验时,首先在电子陷阱处发生局部放电,而电子电场不仅加剧局部放电,也使施加于绝缘层上的电压高于设定值,因此厚绝缘电线电缆必然发生较高的击穿概率。热效应是指在电子束辐照聚乙烯的过程中,一部分能量用于辐照交联反应,而其余大部分能量则转化为热能,其宏观表现为聚乙烯绝缘材料温度的升高。低分子气体生成是指聚乙烯辐照交联在生成大分子三维网状聚合物的同时,也生成H2、CH4、CO和CO2等低分子气体产物[6],其中H2生成量最高,由于H2不能全部挥发出,有一部分残存于聚乙烯材料内部,当聚乙烯材料的温度超过其玻璃化温度或熔融温度时,残存的H2在聚乙烯材料内部则形成气泡。

针对辐照后电缆产生的问题,我们可以采取如下相应的措施:a.在辐照过程中,保证电线的导体线芯可靠接地,使累积的电荷导入大地;辐照后,电线接地静置一段时间,然后再进行耐压试验。b.合理设置辐照时的电子束能量,电子束的有效射程必须 大于绝缘厚度。对于圆形电缆,电子束必须穿透半弦长。c.减小辐照剂量率,减小束流强度,增加束下排线的圈数,使单位时间内绝缘层温升降低,同时有利于热量的散出。在挤出绝缘层后放置一段时间,待电线恢复室温后再进行辐照。d.严格控制辐照剂量及其均匀性,避免辐照过量或部分区域辐照过量造成绝缘熔融和气泡的生成。e.在聚乙烯辐照交联料中添加适当的敏化剂,降低辐照剂量,从而减少H2的逸出,抑制聚乙烯绝缘的起泡现象。f.严格控制辐照交联材料的生产工艺,尽量提高材料的均匀性,在挤出加工时采用高目数滤网。

摘要：目前辐照交联聚乙烯电线电缆的产量越来越大,生产过程中会出现各种各样的问题。为此,着重对辐照交联聚乙烯电线电缆中出现的问题及相应的解决措施进行了论述。同时,简要介绍了辐照交联的原理及辐照加工中主要工艺参数的设定,对比了辐照交联、硅烷交联以及过氧化物化学交联的生产特点及适用范围。

关键词：辐照交联,聚乙烯,电线电缆

参考文献

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[4]赵以正.10 kV及以下辐照交联架空电缆用黑色聚乙烯塑料的研制[J].电线电缆,1996(5):17-22.

[5]徐兴伟,张举位.电子辐照效应对交联聚烯烃电缆绝缘性能影响[J].电线电缆,2004(5):27-29.

交联聚苯乙烯 篇6

随着当前电力事业的飞速发展和城市持续发展的需要。为了更好的美化环境、美化城市, 电力电缆越来越广地被使用。现代城市中已基本不见了蜘蛛网似的电线。同时由于科学技术的不断进步, 在中、高压的电力电缆线路中, 上世纪60~70年代所使用的油浸纸绝缘电力电缆。现代正广泛地被交联聚乙烯绝缘电缆所取代。这是由于交联聚乙烯所具有的特性所决定的。交联聚乙烯具有较高的电气性能:击穿强度高、绝缘电阻大、介电数小、介质损耗角正切值低, 且具有较高的耐热性和耐老化性能, 因此用交联聚乙烯作绝缘的电缆传输容量大大增加, 并且重量轻, 宜于垂直、高落差和有振动场所的敷设和耐化学腐蚀等优点。但是, 交联聚乙烯电力电缆也存在一些缺点:交联聚乙烯电力电缆外径较粗大、抗脉冲性能差、耐电晕水平低、击穿强度随温度上升而显著下降, 同时具有透水性, 特别是透水性的问题一直是一个比较头痛的问题。一旦电缆进水受潮给电缆的运行带来了很多隐患, 这就对电缆的施工技术提出了更高的要求。郑东新区始于2003年, 在新区的开发中才开始大量使用交联聚乙烯电力电缆, 但由于经验不足, 在电缆投入运行4、5年后相继出现了一些电缆故障, 在对电缆进行解剖后发现, 故障电缆普遍存在电缆内进水。之后, 本文从电缆进水后的危害、电缆进水的原因进行了探讨, 提出了防止电缆进水的措施, 并就电缆进水后提出了如何处理的方法。

2 电缆进水后的危害

交联聚乙烯电力电缆进水后, 无论是塑料绝缘层表面或导体表面的水分, 都会使绝缘在强电场的作用下沿电场方向, 引发“水树枝”, 水树枝使绝缘老化, 同时水树枝逐渐向绝缘内部伸展, 并且这种情况可以在绝缘内积累, 产生累积效应, 当这种累积效应达到一定程度, 就会发展成“电树枝”, 最终导致绝缘被贯通击穿, 特别是导体表面含有水份时, 由于温度较高, 引发水树枝的发展更快, 将加速塑料绝缘的老化。交联聚乙烯电力电缆在塑料外护套进水后, 就会使金属护套进水, 会对金属护套产生化学腐蚀和电化学腐蚀, 最终损坏金属护套, 使水浸渍绝缘层, 最终也引起绝缘老化、击穿。

3 交联聚乙烯电力电缆进水的原因

(1) 交联聚乙烯电力电缆由于在材料选择和制造工艺上等的原因, 使电缆本身内部不可避免地存在着微孔、杂质或其他一些缺陷, 特别是微孔的存在, 使电缆的吸水性增强。电缆端帽密封不严, 电缆在运输、敷设过程中端帽松懈或脱落使电缆进水。

(2) 电缆在运输或敷设过程中外护套被外力破坏, 特别是电缆沟道中积水或在雨天施工都会使电缆进水。电缆附件安装密封不严使电缆进水。在电缆试验或运行中, 电缆绝缘击穿破坏了电缆护套。应采取的防水措施针对交联聚乙烯电力电缆进水的诸多方面, 为了防止交联聚乙烯电力电缆进水, 应采取相应的对策、措施。要求厂家对电缆材料和制造工艺严格把关, 尽力控制微孔、杂质的存在。在运输、敷设电缆过程中要严格检查电缆端帽, 严防松懈、脱落, 特别是电缆存放在露天仓库时, 由于湿度较大, 端帽更容易松懈、脱落, 对于高压电缆要应金属帽密封。电缆敷设前应是对电缆沟、管道进行清理, 排除积水, 并进行试通, 试通完毕后再敷设电缆, 敷设时要做好防护措施, 在电缆入管口处要放好护口, 有电缆沟内应放置好滑轮, 在电缆拐弯处要根据电缆弯曲半径要求放置转角滑轮, 以防电缆护层损坏进水, 严禁在雨雪天进行电缆施工。电缆附件安装应由熟练的、有经验的工人施工, 特别是户外端头的密封, 防止雨水进入电缆。

(3) 电缆进水后的处理, 有时由于这样、那样的原因, 使交联聚乙烯电力电缆进水受潮, 而又不便更换电缆, 这就需要对电缆进行去潮处理。在电缆一端用压缩的氮气或干燥空气强灌入电缆绝缘线芯内, 在电缆的另一端同时抽真空, 让干燥气体吸收进入电缆的潮气后抽水, 一直到最终的真空度达到150Pa以上时, 用变色硅胶测试, 2~4小时后不变色就认为可以了。

4 结语

通过上面论述得出如下结论:那种认为交联聚乙烯绝缘电缆不怕受潮、不怕水的概念是错误的。有时虽然电缆在进了一部分水后, 在短时间内不会发生问题, 即使耐压试验也不会影响电缆的使用, 但水在电缆运行的电场强度作用下引发的水树枝会慢慢使交联聚乙烯绝缘性能下降、老化, 最终导致电缆绝缘的击穿, 因而电缆中进入了水, 轻的影响电缆使用寿命, 严重的就会在短期内使电缆发生故障, 影响电缆的安全运行。因此, 电缆中的水是一个值得大家关注的问题, 不可小视。

参考文献

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[2]朱丽, 钟庭剑.高压架空输电线故障测距及实现方案[J].江西电力职业技术学院学报2009年02期

[3]王升花, 刘海波.输电线路双端行波故障测距新算法的仿真研究[J].承德石油高等专科学校学报2009年03期

[4]张桂荣.浅谈电缆故障测试技术[J].中国电力教育2009年S1期

交联聚苯乙烯 篇7

PVC电缆料具有良好的电气绝缘性,较好的机械强度、阻燃、性价比高等特点,作为护套和绝缘已获得广泛应用。由于PVC本身结构上的缺陷,不能满足一些特殊场合的使用要求。

XLPVC与非交联普通PVC相比,具有很多优点:工艺挤出性相近,耐热性提高,热变形性能大大提高;短路温度从160℃提高到250℃;机械强度提高了20%~50%,永久变形降低30%~50%;可制得与橡胶一样柔软而富有弹性的材料;阻燃性能提高,易制得高氧指数材料;表面硬度增加,使电缆耐刮磨性能提高。

绝缘布电线是远东电缆的品牌产品,有着丰富的生产经验和广阔的市场前景,在普通布电线领域占据了很大市场,但缺少在特殊场合使用的特种布电线。105℃XLPVC耐磨电线和电缆的开发可以增补远东电缆在特种布电线产品领域的空白,拓展布电线在高端电缆领域的市场。

所以,远东电缆有限公司把105℃XLPVC耐磨电线和电缆列入到2014年度新产品开发计划。

1 产品的关键技术

本产品的关键技术是XLPVC绝缘料的配方技术、绝缘粒料加工技术和辐照工艺技术。

1.1 XLPVC绝缘料的配方技术

XLPVC绝缘料在普通PVC电缆料的性能基础上,增加了200℃下的热延伸性能要求、提高了热失重条件要求(130℃,240h)。

为满足XLPVC绝缘料的高耐热、高机械性能、高耐磨等特性,配方设计过程中需要从树脂、稳定剂体系、增塑剂体系与敏化剂的选用及配比上进行优化,以满足配方性能要求。

设计具有良好加工性能和物理机械性能的电缆料配方的首要问题是选用合适的PVC树脂,PVC聚合度越高,制品的拉伸强度、冲击强度和弹性模量越高,耐热耐寒性越好;但其熔体流动性与可塑性下降,加工温度增高,在考虑树脂的综合性能下,本文选用SG-3型树脂;PVC电缆料中常用的稳定剂有复合铅盐和钙/锌类复合稳定剂等,但是复合铅盐和钙/锌类复合稳定剂在辐照和老化过程中还达不到良好的保护作用,本文选用三盐和二盐直接复配来满足高温老化要求;软PVC电缆料配方中增塑剂体系可以依据耐温等级不同选用邻苯二甲酸类、对苯二甲酸类、环氧大豆油类和偏苯三酸三辛酯类等,为了保证XLPVC电缆料的高耐热性能,本文选用偏苯三酸三辛酯和环氧大豆油来配合使用;氯化聚乙烯交联敏化剂常用TAIC和TMPTMA,TAIC分子量要明显小于TMPTMA,PVC在辐照过程中的老化程度要大于CPE的热硫化,为保证交联效果,本文选用TMPTMA作为XLPVC敏化剂,同时,敏化剂用量对XLPVC的交联程度有较大影响,为达到较好的交联效果,通过一系列小样对比试验来调节敏化剂用量。

1.2 绝缘粒料加工技术

XLPVC绝缘粒料加工技术包括电缆料粒子和放线加工两部分:XLPVC绝缘料为达到高强度、高耐热、高耐磨性能,在配方设计过程中大大减少了填料的用量,造粒过程中需要降低挤出温度,且物料在高速搅拌机中要延长混料时间以充分混匀物料;粒料加工好后,要对粒料进行性能检测,以确认电缆料性能满足使用要求,合格后才能进入放线工序;放线加工时,XLPVC电缆料由于填充料较少,与普通PVC相比加工温度要偏低,通过调节挤出温度,保证绝缘表面光洁无气孔。

1.3 辐照工艺技术

挤好的XLPVC绝缘层需要通过辐照以达到最终产品性能,辐照工艺包括能量、剂量和束流的选择。因本厂第一次生产XLPVC电线,且XLPVC参数与XLPE有较大区别,为获得良好的辐照效果,需要不断对能量和剂量进行优化对比。通过正交试验设计,多次小试调试对比,最终确定了辐照参数,并确保一定的生产效率。

2 产品的企业标准

远东电缆有限公司编制了产品的企业标准《额定电压0.6/1k V及以下辐照交联聚氯乙烯耐磨电线和电缆》(Q/320282DCE027-2013),2013年11月26号,经无锡市宜兴质量技术监督局注册备案,注册备案号为18450-2013-K。

3 产品的技术和生产现状

国内已有相关的产品标准:JB/T 10438《额定电压450/750V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线和电缆》。由于市场开发力度不够,未能形成较大规模。XLPVC线缆产品多为小直径、薄绝缘产品,且辐照剂量小,该类产品主要用于电子产品的配套,生产企业主要集中在珠三角和长三角地区。

在北美、日本、欧洲等一些先进工业国家,辐照PVC电线用量很大,在辐照交联特种线缆产品中占有一定的份量。

本产品主要从材料选择、配方设计上作研究,开发出XLPVC电缆料和额定电压0.6/1k V及以下辐照交联聚氯乙烯耐磨电线和电缆产品。

4 样品试制与性能测试

远东电缆有限公司试制的成品电缆,型号规格为YBVJF-105℃0.6/1k V 1*35 mm。在2014年6月5号,经国家电线电缆质量监督检验中心(江苏)检测,产品性能达到企业标准(Q/320282DCE027-2013)要求。

5 产品的投产鉴定