交联聚乙烯在低压电缆中的应用工艺研究
2026-01-11 11:33:24
交联聚乙烯因其优异的电气性能、耐热性和机械特性,已成为中低压电缆绝缘和护套的主流材料。其应用性能的充分发挥,高度依赖于以“交联”为核心的特定加工工艺。从原材料准备到最终成型,整个工艺链旨在实现聚乙烯分子链从线性结构向三维网状结构的稳定、均匀转变。
一、核心工艺:实现分子结构转变的交联技术
目前工业上主要采用化学交联和物理交联(辐照交联)两种技术路径。
化学交联(过氧化物交联)工艺:
工艺原理:将基料(低密度聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物)与有机过氧化物交联剂(如DCP)及其他添加剂在挤出前均匀混炼。挤出包覆在导体上后,电缆进入高温、高压的连续硫化管道。在管道中,过氧化物受热分解产生自由基,引发聚乙烯分子间形成碳-碳键,从而实现交联。
工艺特点:这是生产中高压及大截面电力电缆最成熟、应用最广的工艺。其优点是交联度均匀、深度大,产品具有卓越的长期热稳定性和耐环境应力开裂性。但设备投资大(需要立塔或长水平硫化线),能耗高,且生产速度受交联反应时间限制。
硅烷交联(温水交联)工艺:
工艺原理:采用接枝有硅烷的聚乙烯(两步法或一步法共挤)。电缆挤出成型后,在热水或蒸汽中进行养护。硅烷在水分作用下发生水解和缩合反应,在分子间形成硅氧烷键(-Si-O-Si-)网络,实现交联。
工艺特点:设备投资远低于化学交联,生产灵活性高,适用于低压电缆、小截面线缆的大规模生产。但其交联均匀性对水分扩散依赖性大,厚绝缘产品可能出现交联度梯度。长期高温稳定性通常略逊于过氧化物化学交联。
电子辐照交联工艺:
工艺原理:使用经过特殊改性的聚乙烯基料,挤出成型后,使电缆以恒定速度通过高能电子束辐照装置。电子束的能量使聚乙烯分子产生自由基,进而结合形成交联网络。
工艺特点:属于冷交联,无需高温高压。交联精度高、速度快、节能环保,特别适合薄壁绝缘、耐热要求高的线缆(如汽车线、特种装备线)。但设备昂贵,对产品形状和厚度均匀性要求极高,且存在屏蔽和穿透深度限制,不适合超厚绝缘。
二、关键工艺控制要点
无论采用何种技术,以下控制点对产品质量至关重要:
原材料与混炼:确保基料纯净、干燥,添加剂(抗氧剂、交联剂、硅烷等)分散均匀。混炼温度需精确控制,防止过氧化物或硅烷过早分解或接枝。
挤出工艺控制:采用精密挤出机,严格控制挤出温度、螺杆转速和机头压力,以获得致密、无气隙、厚度均匀的绝缘或护套层。这是后续良好交联的基础。
交联过程参数:
化学交联:精准控制硫化管道的温度、压力(氮气保护)和线速度,确保交联反应充分、均匀,避免因压力不足产生微孔(“气泡”),或因温度不均导致“欠交联”或“过交联”。
硅烷交联:严格控制养护池的水温、时间,确保水分充分渗透。
辐照交联:精确控制电子束能量、束流和辐照剂量,确保交联度达标且分布均匀。
冷却与后处理:交联后的电缆需经过渐进式冷却,防止因骤冷产生内应力。对硅烷交联产品,需确保表面干燥。
三、工艺选择与产品性能关联
不同工艺决定了XLPE电缆的最终性能谱系:
追求最高长期可靠性与耐热等级(如建筑干线、新能源电缆):首选过氧化物化学交联。
追求大规模生产的经济性与灵活性(如通用布电线):硅烷交联是主流选择。
追求高精度、特殊性能与小规格(如汽车线、电子线):电子辐照交联具有独特优势。
结论
交联聚乙烯在低压电缆中的应用,其技术核心与价值实现,完全系于“交联”这一关键工艺环节。工艺路线的选择(化学、硅烷或辐照)是基于产品性能目标、截面规格、投资成本和生产规模的综合决策。而每种工艺的成功,又依赖于对材料配方、加工温度、反应条件及冷却过程等一系列参数的极致控制。一个成熟的XLPE电缆制造工艺,不仅是将聚乙烯从线性变为网状的过程,更是一个确保三维网络结构均匀、稳定、无缺陷的精密制造系统。深入理解并掌握这些工艺精髓,是生产出满足日益增长的电气性能与安全可靠性要求的优质低压电缆的根本保障。