高壓電纜用硅烷交聯聚乙烯絕緣料的研發應用

朱萍　蔡煜明　李順利　鄭顏　黃云　鄭思杰

摘 要 本文簡述高壓交聯聚乙烯（XLPE）絕緣料的特性，介紹了浙江太湖遠大新材料股份有限公司高壓XLPE電纜絕緣料國產化的研發過程和產品特點。

關鍵詞 交聯聚乙烯 高壓 電線電纜 絕緣料

一、前言

電線電纜是用以傳輸電磁能和轉換電磁能的線材產品，它的普及是衡量國民經濟發展的重要指標之一。隨著國家清潔能源和西電東輸政策的出臺，對高壓（110kV～220kV）輸電電纜的需求日益增大。而交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電纜的工作溫度為90℃，過載溫度為135℃，短路溫度為250℃5秒，能提高線路傳輸容量，過載能力和短路電流。XLPE電纜熱壽命可達到40年，能通過單根垂直燃燒試驗和成束燃燒試驗，適應近代工程技術要求。XLPE制品因具有優良的絕緣性，而被廣泛應用于家用電器、交通運輸、電子電氣等各個領域但其在超高壓（110kV～220kV）應用時會因摩擦、剝離過程而產生和積累電荷，給生產和應用帶來很多隱患，因此開發研究超高壓用的XLPE絕緣料意義十分重大。

二、高壓電纜及其絕緣料國產化趨勢及國內市場的預測和前景分析

化學交聯電纜用絕緣料采用電纜料專用基料在添加過氧化物，抗氧劑等輔料，經過加溫融解，并成型切粒而成。目前用于電纜絕緣層的主要有10KV及以下，35KV及以下，60KV及以下，110KV及以下等規格的電纜料。而高壓電纜料是指耐壓等級在110KV以上的電纜料。該產品在以上電纜料的基礎上，通過對原料及生產環境要求的提高，使其具有更加優越的產品性能，尤其是它的耐電壓等級遠遠超過以上產品。高壓電纜料目前主要依靠進口，國內基本上屬于空白。有良好絕緣性能與熱延伸性，且含有害物質較少。在較短的時間內得到廣泛的應用。其中，10KV及以下，35KV及以下自1994年起逐漸國產化，通過幾年的努力，國內產品的各項指標已達到或超過進口產品的質量水平。但60KV及以下與110KV及以下交聯電纜用絕緣料，由于對原材料潔凈度，設備與生產環境的空氣凈化要求較高，國內暫無廠家正式投入生產，目前主要依賴進口。

我國高壓XLPE電力電纜使用量的急劇增加必將帶動高壓XLPE絕緣料市場的快速發展。我們依據高壓XLPE電力電纜的市場的發展需要，對我國高壓XLPE絕緣料做了一個預測。表1為我國近年來高壓XLPE絕緣電纜及其絕緣料的市場預測。

三、高壓電纜用絕緣料的研發思路

解決靜電問題是目前開發和研制高壓直流電力電纜的熱點。在高壓電場的作用下絕緣材料內部容易形成空間電荷的積聚現象（靜電累積），使絕緣材料中的電場分布發生畸變，從而降低絕緣材料的擊穿強度，甚至會導致短時間內材料的局部擊穿，這將大大縮短絕緣材料的使用壽命。

四、研發技術要點

（一）在產品配方設計方面

以高壓聚乙烯為基料添加各種助劑（分散劑、抗氧劑、偶聯劑，增韌劑和抗靜電劑）提高基料的抗靜電能力。

（二）采用先進的高壓電纜料生產工藝

包括生產環境達到三十萬級凈化要求，生產操作間全部進行二層空氣隔斷，原材料進行上料除塵機械化操作，原成品進出料口加裝自動金屬探測器，口模加裝4層濾網。使用專門的水處理設備對循環水進行除雜、調整pH酸堿度等操作。再加上擠出加工工藝優化和產品的貯存和烘干問題。

五、研發成果

（一）超高電纜料抗靜電體系的建立

研發中重點探索了不同種類導電碳黑對體系電性能的影響，在共混工藝和模壓參數不變的條件下，研究了聚烯烴和碳黑兩種物質的共混體系，對多種類的碳黑進行電阻測試實驗來確定種類，從而初步掌握了體系的抗靜電性能。同時綜合考慮了分散劑、抗氧劑、增韌劑、阻燃劑等助劑對高壓電纜材料電性能的影響。采用均勻設計的方法對各種助劑的用量進行優化設計，得到綜合性能較好的配比。

（二）產品性能檢測

電性能，按照GB/T1410-2006，高電阻用高阻計測試，當體積電阻率低于105Ωcm時用四探針電導率測試儀進行測量。樣品尺寸為100×100cm2。MT558.1-2005《煤礦用塑料管材一聚乙烯管材》。阻燃性能測試（垂直水平燃燒測試），執行國家標準GB/T2508-1996 《塑料燃燒性能實驗方法一水平和垂直法》或者美國CTL-94測試標準，試樣尺寸：130mm×13mm×3mm。力學性能，拉伸強度與斷裂伸長率用拉力機測試，標準為GB/T1040-2006沖擊強度測試，GB/T1043.1-2008。速度50mm/min。氧指數測試：按照GB/T2406.2-2009測試，實驗在HC-2氧指數儀上測試，樣品尺寸為100×6.5×3mm3。

六、結論

本研發產品配方設計新穎，超高壓電纜料是在硅烷交聯聚乙烯絕緣料里面再增加相關的抗靜電劑基礎上賦予的雙抗功能型交聯聚乙烯電纜用絕緣料。生產技術含量高，生產環境達到三十萬級凈化要求，生產操作間全部進行二層空氣隔斷，原材料進行上料除塵機械化操作，原成品進出料口加裝自動金屬探測器，口模加裝4層濾網。使用專門的水處理設備對循環水進行除雜、調整pH酸堿度等操作，確保產品質量。因此所開發的高壓（110kV～220kV）電纜用硅烷交聯聚乙烯絕緣料在電性能、雜質水平、雜質種類、聚合物分子量的穩定性方面有大幅度的提高，因此可替代國外同類產品，深受國內外客戶的青睞。

（朱萍、黃云、鄭思杰單位為平安證券有限責任公司；蔡煜明、李順利、鄭顏單位為浙江太湖遠大新材料股份有限公司）

參考文獻

[1] 沈彬華.高壓交聯聚乙烯電纜絕緣料的國產化研究[J].電線電纜，2010（1）.

[2] 葉文，等.無鹵膨脹型阻燃電纜料的研究進展[J].塑料助劑，2015（1）.