淺談熱處理對交聯聚乙烯絕緣電纜絕緣熱老化性能的改善

陽云義　黃小樣　梁桂蘭

摘要：本文敘述通過對擠包交聯聚乙烯絕緣后的線芯進行熱處理，以去除過氧化物交聯聚乙烯絕緣電纜的絕緣線芯中揮發性交聯副產物，消除分子間的內應力，改善交聯聚乙烯絕緣電纜的熱老化性能，指出了對擠包后的交聯聚乙烯絕緣線芯進行熱處理的必要性。

關鍵詞：交聯聚乙烯絕緣電纜；熱老化試驗；抗張強度變化率

0引言

國家相關標準均規定：交聯聚乙烯電纜絕緣的熱老化試驗是要求試樣在135℃下的空氣老化箱中7天后抗張強度和斷裂伸長率的變化率不超過±25%。交聯聚乙烯絕緣的熱老化項目，在標準中均列入型式試驗內容，一般在首次試驗合格后，工藝和材料沒有重大變化時，不再進行該試驗。

然而，在電力電纜生產許可證取證、換證和安標認證、換證時需對試樣進行全性能檢測，在對試樣進行試驗時，遇到了抗張強度變化率超標的現象（大于+25%），但斷裂伸長率變化很小，從未超出規定值。針對此，我們分析是由于生產時聚乙烯分子間的內應力太大無法消除而引起，從高分子材料學知道，造成分子間內應力在的原因，應該是聚乙烯分子晶體分布不均勻而引起。引起高分子晶體分布不均勻的原因，應該是有低分子副產物的存在。嘗試對交聯聚乙烯絕緣線芯進行熱處理，以消除交聯聚乙烯中揮發性低分子副產物。試驗以同時選用多家材料廠家按正常的生產工藝進行試驗，找到了影響交聯聚乙烯電纜絕緣老化后抗張強度不合格的原因。

1熱處理的方法

即對生產出來過氧化物交聯交聯聚乙烯絕緣線芯放入60-70℃烘房中2-4天進行熱處理，以去除過氧化物交聯聚乙烯絕緣電纜中低分子交聯副產物，消除電纜內部熱應力以及減少絕緣介質中的累積電荷，提高電纜的電氣安全性能和機械性能。

1.1交聯聚乙烯的熱延伸試驗

試驗結合安標換證樣品和生產任務進行，采用了MYJV32-8.7/10kV 3x50和YJLV 8.7/15 kV 1x300電纜作為試樣。仍按正常生產工藝條件進行生產。交聯聚乙烯分別采用一家進口料和兩家國產料，在每次導體擠包絕緣后，立即截取一段足夠長度的試樣后，其余絕緣線芯繼續流轉下工序，直至成品電纜產生。從絕緣線芯到成品生產時間為7天。熱延伸試驗要求負載下最大伸長率為175%，冷卻后最大永久伸長率為15%。實驗數據表明熱延伸試驗合格，絕緣已交聯。

1.2交聯聚乙烯絕緣的熱老化試驗

對上述試樣進行了三種處理方法：導體擠包絕緣后放入60-70℃烘房中3天：導體擠包絕緣后在自然環境下放置10天；導體擠包絕緣后在自然環境下放置30天。試樣均為同一條件下擠制的絕緣。處理取樣做交聯聚乙烯絕緣的熱老化試驗，以便觀察在自然環境下電纜絕緣放置較長時間后的熱老化性能變化。

2試驗結果

本試驗試樣較多，試驗數據較大，有同一試樣的老化性能試驗數據略有波動，可能是因為制樣及試驗條件不可能完全相同的結果，但試驗數據的表現趨勢是一致。表1列出了本次試驗的一個典型試片的試驗結果。

表中試驗結果看出，未在60-70℃烘房熱處理的試樣的老化后的抗張強度變化率均大大地超出了國家標準規定：而每組試樣老化后的斷裂伸長率變化率均符合標準要求，且試驗數據穩定變化很小。為此，我們只對抗張強度變化率進行分析。

3討論與分析

對比試驗數據發現，雖然進口和國產材料的老化前后抗張強度及斷裂伸有所不同，但總的規律相同，即對剛擠制完的絕緣或擠完外護套的電纜進行絕緣熱老化性能試驗時，大多數試樣的抗張強度變化率都不好，而絕緣線芯在自然環境下放置較長一段時間或在烘房中處理幾天后，抗張強度變化率指標就明顯轉好。絕緣線芯沒有進烘房或沒有在自然環境下停留足夠的時間，便流入下道工序，到成品結束時，絕緣的老化性能都不好。使電纜不能滿足產品標準要求。若使絕緣的老化性能試驗合格，自然停放處理時間就得很長，實驗數據顯示需要的50天以上，這不符合電纜生產有要求，也給電纜生產增加很低大的成本。從表2可以看出，經熱處理后的絕緣線芯與未處理的試樣相比較，老化前的抗張強度有所提高，老化后的抗張強度有所降低。

試驗結果，查閱相關文獻，得出是交聯副產物影Ⅱ向的結果。

由于交聯聚乙烯絕緣電纜采用過氧化物作為交聯劑的化學交聯方式，通過過氧化物受熱分解成自由基，奪取聚乙烯大分子鏈中的氫，形成自由基，而后偶合交聯。但在交聯的過程中，引發劑和大分子自由基有各種副反應，副反應會產生各種副產物，據文獻介紹試驗檢測到了如苯乙酮，枯基醇和a-亞甲基苯乙烯之類的揮發性交聯副產物，這些副產物會在絕緣內停留相當長的時間。

交聯聚乙烯電纜交聯副產物的濃度及通過熱處理后的變情況，證明經熱處理后交聯聚乙烯電纜中的交聯副產物濃度降低，甚至完全被除掉。因此，對于剛擠完絕緣的交聯聚乙烯線芯，絕緣中交聯副產物濃度分布較高，這些低分子的副產物在絕緣中分布是不均勻的，使得交聯聚乙烯絕緣的分子分布不均勻，造成了老化前的抗張強度低，在空氣箱中進行老化試驗時，在高溫的作用下，不均勻的分子區域被全部破壞，到試驗時間后取樣在室溫下靜置的過程中，交聯聚乙烯分子重新排列又處于分布均勻的狀態，所以老化后的抗張強度增大了。熱處理或在自然環境下放置后，交聯副產物得到了揮發，濃度低了，也是使得交聯聚乙烯分子分布均勻的過程。所以抗張強度的變化率就較小。

通過使用將交聯聚乙烯絕緣線芯在60～70℃烘房中放置3天，保證交聯聚乙烯絕緣電纜絕緣老化抗張強度符合標準要求，順利地生產出全性能合格的安標認證樣品和許可復查抽檢樣品。同樣用此方法也解決了三元乙丙橡膠絕緣電纜絕緣老化后抗張強度不合格問題。公司專門修建烘房，建立了過氧化物交聯電纜的熱處理工序，改善交聯聚乙烯絕緣電纜絕緣的熱老化性能。

4結論與建議

通過試驗，并查閱了相關文獻資料，得出如下觀點：

①熱處理可以改善交聯聚乙烯絕緣電纜絕緣的熱老化性能。

②在原材料性能指標良好，生產工藝條件正常的情況下，熱老化試驗與絕緣擠制的間隔時間太短是導致交聯聚乙烯電纜絕緣老化后抗張強度的變化率不合格的主要原因。

為了保證過氧物交聯電纜的熱老化性能指標，應該建立烘房對擠包的過氧化物交聯絕緣線芯予以熱處理，避免出現抗張強度變化率不合格的現象。endprint