硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料的性能分析

段春來

（上海凱波特種電纜料廠有限公司，上海201802）

硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料的性能分析

段春來

（上海凱波特種電纜料廠有限公司，上海201802）

分析了硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料的交聯時間和環境溫度、環境濕度、絕緣厚度的關系；同時，也分析了材料的老化性能和熱收縮性能與交聯性能的關系，對用戶的使用有指導意義。

硅烷；交聯；絕緣

0 引 言

硅烷交聯聚乙烯絕緣料是目前電線電纜行業中所采用的三種交聯聚乙烯絕緣料之一。采用硅烷交聯聚乙烯生產交聯電纜，設備投資少，生產工藝簡單，故受到國內眾多電纜廠青睞。硅烷交聯聚乙烯絕緣料包括硅烷溫水交聯和硅烷自然交聯兩種：所謂溫水交聯，是指電纜在擠包絕緣以后需在溫水或蒸汽浴中進行較長時間的蒸煮，電纜才可以交聯，達到預期的耐溫等級；而自然交聯，除了可以按照溫水交聯的處理方式操作外，還可以在自然條件下交聯，無需蒸煮。由于自然交聯料具有交聯速度快，可在自然條件下交聯，能防止銅導體氧化變色、噴碼標識明顯等特點，近年來被越來越多的電纜廠所接受。然而，在電纜企業使用過程中，對此材料的性能特點還不甚了解，本文將結合我公司材料的情況對此進行介紹。

1 交聯時間

硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料的交聯狀況受到多種因素的影響，如環境溫度、環境濕度、絕緣層厚度等。目前衡量電纜交聯性能的指標是熱延伸。所謂熱延伸是指試樣在規定的溫度、時間和負載條件下的伸長率，伸長率越大說明試樣交聯越差。如果在規定條件下，試樣斷裂，則說明熱延伸不合格，即材料的交聯性能達不到要求。對于硅烷交聯聚乙烯絕緣電纜，熱延伸測試時要求［1］，溫度為200℃，負荷時間15 min，負載應力20 N/cm2，負載下最大伸長率175%。試樣熱延伸的具體測試步驟參見GB/T 2951.21［2］。

1.1 環境溫度

相對于其他因素，環境溫度是最重要的，對交聯速度的影響最大。圖1是我公司硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料在不同溫度下的交聯時間圖。圖1中的數據是用單螺桿擠出機擠出厚度為1 mm的管狀試樣在恒溫恒濕箱中按不同溫度，放置不同時間的測試結果（熱延伸小于175%），測試時，除0℃的數據外，其他數據均是在相對濕度為50%的條件下測得的。

1.2 環境濕度

實際上，環境濕度對于材料的交聯也有影響，但是影響相對較小。為了驗證上述結論，我們在剛剛擠出的硅烷交聯聚乙烯絕緣層上直接擠包一層聚氯乙烯（PVC）護套，用來隔絕空氣中的水蒸氣，即改變絕緣層所處的環境濕度。同時，作為比較，也將一個無護套的絕緣試樣一同放置，一并測試。絕緣層的厚度為0.8 mm，PVC護套的厚度為0.9 mm，將其放置在30℃的自然環境中，其熱延伸的數據如表1。

圖1 交聯速度和溫度的關系圖

表1 30℃時交聯速度和環境濕度的關系

由表1熱延伸數據可知，擠包PVC護套的絕緣層，交聯時間比直接暴露于空氣中的交聯速度相對慢一些，但差別不明顯。

如果直接將硅烷交聯聚乙烯絕緣料擠成的管狀試樣分別放置在相對濕度為20%和80%的60℃的恒溫恒濕箱中，熱延伸的結果會出現較大差異，其結果如表2所示。表2中寫的時間是試樣測試時放到烘箱中斷裂的時間，表示熱延伸不合格。

表2 60℃時交聯速度和環境濕度的關系

由2表可知，在較高溫度下，材料的交聯速度較快，在幾小時內就可以交聯，而且濕度對交聯時間的影響較大。原因可能是在較高溫度下，水分在材料中的滲透起到了決定性作用，濕度越大，水分滲透越快，交聯速度也就相應地增加較快。

1.3 絕緣厚度

絕緣厚度對交聯的影響也比較大，且交聯時間和絕緣厚度不是線性關系。由于條件所限，無法對所有的絕緣厚度做對比試驗。僅以厚度為1 mm和2 mm的管狀試樣為例，在溫度23℃，相對濕度30%的條件下，放置不同時間后，測試熱延伸數據如表3所示。

表3 交聯速度和絕緣厚度的關系

1.4 蒸汽浴

很多電纜企業在冬天使用硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料時，由于交聯時間較長，采用蒸氣浴的方法進行交聯。一般來說，1.2 mm厚度的電纜，蒸汽浴時間不超過6 h，有的甚至只有2 h，這和不同廠家所用蒸汽的溫度及實際濕度有關。但值得注意的是，在對纏繞較緊密的小線盤進行蒸氣浴交聯時，有時候因蒸汽很難透入到線盤內部，就常出現線盤表面的線已交聯，而線盤內部的線還沒有完全交聯的情況，遇到這種情況，應延長蒸汽浴時間。

2 老化性能

對于硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料的老化性能，有些廠家測試不合格，原因不是材料的耐老化性能不好，而是材料在老化測試過程中又出現了交聯現象，從而導致試樣的斷裂伸長率降低，其表現是老化后的伸率變化率過大，老化性能不合格。為驗證上述結論，筆者做了如下試驗。

首先將同一批號的材料在雙螺桿擠出機中擠出成管狀試樣（厚度1 mm），對此試樣分別自然放置不同天數、煮水0.5 h、煮水4 h后測試材料的斷裂伸長率。同時，又進一步對煮水0.5 h和煮水4 h的樣品在135℃條件下處理4 h，也測試了材料的斷裂伸長率，測試結果如表4。

表4 不同處理條件下材料老化后的伸率變化率（單位：%）

由表4的結果可以看出，材料老化后的最終斷裂伸長率差別不大，伸率變化率的差異完全取決于原始的斷裂伸長率，而原始斷裂伸長率和材料的交聯度關系密切。材料交聯越充分，則斷裂伸長率越小，相應的老化后的伸率變化率就越小，老化的合格率越高。而在135℃的老化條件下，材料會進一步交聯，進而產生伸率變小的狀況，這一變化幾乎不是老化引起的，僅僅是交聯引起的。

同時，按照GB/T 2951.11-2008［3］中9.1.3條款的規定，試樣需要高溫處理和環境處理。對于硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料，高溫處理的條件為70℃×24 h。

因此要想真正測試材料的老化性能，必須要使材料充分交聯后測試，否則測試的結果是不準確的。對于自然交聯料，為了達到較為準確的測試結果，一定要等材料在自然條件下充分交聯或者將材料充分煮水后再進一步測試。

3 熱收縮

熱收縮是硅烷交聯聚乙烯絕緣電纜的一個重要指標。其測試方法參見GB/T 2951.13-2008中第10章，其中標志間長度L為200 mm，測試時間為1 h，測試溫度為130℃，要求收縮率小于4%。此指標是小規格擠管式硅烷交聯聚乙烯電線很難達到的一個指標。然而隨著檢測機構對此項目的抽檢越來越嚴格，電纜廠也對材料的要求越來越高。我公司用硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料生產的電纜，熱收縮可以全部合格。但在熱收縮的測試中，也會遇到一些問題，主要表現仍然是材料交聯不充分的時候測試。為此，筆者也做了多組對比試驗，如表5。試樣是用擠出機擠出的管狀試樣，并非電纜，管狀試樣的外徑約4 mm，壁厚約0.8 mm。

表5 熱延伸和熱收縮的關系 （單位：%）

由表5的測試結果可以看出，隨著材料交聯時間和交聯度的增加，材料的熱收縮會逐漸減小，直至小于4%，所以建議使用者在測試電纜的熱收縮時，應使其絕緣層充分交聯，必要時需要煮水達到充分交聯，然后再測試熱收縮。

4 結 論

硅烷自然交聯聚乙烯絕緣料，較傳統的溫水交聯料有著不可比擬的優勢，但是其交聯時間也受到多種因素的影響，用戶在使用時需特別關注，不能盲目地認為自然交聯料在任何條件下都可以快速交聯。對線纜進行測試時，應使其充分交聯，必要時需要煮水后測試，不能認為熱延伸小于175%就已經是充分交聯了，其他性能也都能全部合格。只有充分了解了材料的交聯特性，才能切實減少生產工序，降低生產成本，提高生產效率。

［1］ GB/T 12706.1-2008 額定電壓1 kV（Um=1.2 kV）到35 kV（Um=40.5 kV）擠包絕緣電力電纜及附件［S］.

［2］ GB/T 2951.21-2008 電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法第21部分：彈性體混合料專用試驗方法-耐臭氧試驗-熱延伸試驗-浸礦物油試驗［S］.

［3］ GB/T 2951.11-2008 電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法第11部分：通用試驗方法-厚度和外形尺寸測量-機械性能試驗［S］.

Analysis of the Properties of the Silane Crosslinable under Ambient Conditions Polyethylene Insulation

DUAN Chun-lai
（Shanghai Kaibo compounds Co.，Ltd.，Shanghai201802，China）

The relationships between the crossling time and the temperature，the humidity and the thickness of the silane crosslinable under ambient conditions polyethylene insulation are analysed.And the relationships between the crosslinking property and ageing，shrink ness properties are also analysed.This is very important for the customer to use the compound.

silane；crosslink；insulation

TM215.1

A

1672-6901（2014）06-0018-03

2014-08-05

段春來（1978-），男，工程師.

作者地址：上海市嘉定區南翔鎮永樂村 271號［201802］.