硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的性能分析

段春来

（上海凯波特种电缆料厂有限公司，上海201802）

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的性能分析

段春来

（上海凯波特种电缆料厂有限公司，上海201802）

分析了硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的交联时间和环境温度、环境湿度、绝缘厚度的关系；同时，也分析了材料的老化性能和热收缩性能与交联性能的关系，对用户的使用有指导意义。

硅烷；交联；绝缘

0 引 言

硅烷交联聚乙烯绝缘料是目前电线电缆行业中所采用的三种交联聚乙烯绝缘料之一。采用硅烷交联聚乙烯生产交联电缆，设备投资少，生产工艺简单，故受到国内众多电缆厂青睐。硅烷交联聚乙烯绝缘料包括硅烷温水交联和硅烷自然交联两种：所谓温水交联，是指电缆在挤包绝缘以后需在温水或蒸汽浴中进行较长时间的蒸煮，电缆才可以交联，达到预期的耐温等级；而自然交联，除了可以按照温水交联的处理方式操作外，还可以在自然条件下交联，无需蒸煮。由于自然交联料具有交联速度快，可在自然条件下交联，能防止铜导体氧化变色、喷码标识明显等特点，近年来被越来越多的电缆厂所接受。然而，在电缆企业使用过程中，对此材料的性能特点还不甚了解，本文将结合我公司材料的情况对此进行介绍。

1 交联时间

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的交联状况受到多种因素的影响，如环境温度、环境湿度、绝缘层厚度等。目前衡量电缆交联性能的指标是热延伸。所谓热延伸是指试样在规定的温度、时间和负载条件下的伸长率，伸长率越大说明试样交联越差。如果在规定条件下，试样断裂，则说明热延伸不合格，即材料的交联性能达不到要求。对于硅烷交联聚乙烯绝缘电缆，热延伸测试时要求［1］，温度为200℃，负荷时间15 min，负载应力20 N/cm2，负载下最大伸长率175%。试样热延伸的具体测试步骤参见GB/T 2951.21［2］。

1.1 环境温度

相对于其他因素，环境温度是最重要的，对交联速度的影响最大。图1是我公司硅烷自然交联聚乙烯绝缘料在不同温度下的交联时间图。图1中的数据是用单螺杆挤出机挤出厚度为1 mm的管状试样在恒温恒湿箱中按不同温度，放置不同时间的测试结果（热延伸小于175%），测试时，除0℃的数据外，其他数据均是在相对湿度为50%的条件下测得的。

1.2 环境湿度

实际上，环境湿度对于材料的交联也有影响，但是影响相对较小。为了验证上述结论，我们在刚刚挤出的硅烷交联聚乙烯绝缘层上直接挤包一层聚氯乙烯（PVC）护套，用来隔绝空气中的水蒸气，即改变绝缘层所处的环境湿度。同时，作为比较，也将一个无护套的绝缘试样一同放置，一并测试。绝缘层的厚度为0.8 mm，PVC护套的厚度为0.9 mm，将其放置在30℃的自然环境中，其热延伸的数据如表1。

图1 交联速度和温度的关系图

表1 30℃时交联速度和环境湿度的关系

由表1热延伸数据可知，挤包PVC护套的绝缘层，交联时间比直接暴露于空气中的交联速度相对慢一些，但差别不明显。

如果直接将硅烷交联聚乙烯绝缘料挤成的管状试样分别放置在相对湿度为20%和80%的60℃的恒温恒湿箱中，热延伸的结果会出现较大差异，其结果如表2所示。表2中写的时间是试样测试时放到烘箱中断裂的时间，表示热延伸不合格。

表2 60℃时交联速度和环境湿度的关系

由2表可知，在较高温度下，材料的交联速度较快，在几小时内就可以交联，而且湿度对交联时间的影响较大。原因可能是在较高温度下，水分在材料中的渗透起到了决定性作用，湿度越大，水分渗透越快，交联速度也就相应地增加较快。

1.3 绝缘厚度

绝缘厚度对交联的影响也比较大，且交联时间和绝缘厚度不是线性关系。由于条件所限，无法对所有的绝缘厚度做对比试验。仅以厚度为1 mm和2 mm的管状试样为例，在温度23℃，相对湿度30%的条件下，放置不同时间后，测试热延伸数据如表3所示。

表3 交联速度和绝缘厚度的关系

1.4 蒸汽浴

很多电缆企业在冬天使用硅烷自然交联聚乙烯绝缘料时，由于交联时间较长，采用蒸气浴的方法进行交联。一般来说，1.2 mm厚度的电缆，蒸汽浴时间不超过6 h，有的甚至只有2 h，这和不同厂家所用蒸汽的温度及实际湿度有关。但值得注意的是，在对缠绕较紧密的小线盘进行蒸气浴交联时，有时候因蒸汽很难透入到线盘内部，就常出现线盘表面的线已交联，而线盘内部的线还没有完全交联的情况，遇到这种情况，应延长蒸汽浴时间。

2 老化性能

对于硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的老化性能，有些厂家测试不合格，原因不是材料的耐老化性能不好，而是材料在老化测试过程中又出现了交联现象，从而导致试样的断裂伸长率降低，其表现是老化后的伸率变化率过大，老化性能不合格。为验证上述结论，笔者做了如下试验。

首先将同一批号的材料在双螺杆挤出机中挤出成管状试样（厚度1 mm），对此试样分别自然放置不同天数、煮水0.5 h、煮水4 h后测试材料的断裂伸长率。同时，又进一步对煮水0.5 h和煮水4 h的样品在135℃条件下处理4 h，也测试了材料的断裂伸长率，测试结果如表4。

表4 不同处理条件下材料老化后的伸率变化率（单位：%）

由表4的结果可以看出，材料老化后的最终断裂伸长率差别不大，伸率变化率的差异完全取决于原始的断裂伸长率，而原始断裂伸长率和材料的交联度关系密切。材料交联越充分，则断裂伸长率越小，相应的老化后的伸率变化率就越小，老化的合格率越高。而在135℃的老化条件下，材料会进一步交联，进而产生伸率变小的状况，这一变化几乎不是老化引起的，仅仅是交联引起的。

同时，按照GB/T 2951.11-2008［3］中9.1.3条款的规定，试样需要高温处理和环境处理。对于硅烷自然交联聚乙烯绝缘料，高温处理的条件为70℃×24 h。

因此要想真正测试材料的老化性能，必须要使材料充分交联后测试，否则测试的结果是不准确的。对于自然交联料，为了达到较为准确的测试结果，一定要等材料在自然条件下充分交联或者将材料充分煮水后再进一步测试。

3 热收缩

热收缩是硅烷交联聚乙烯绝缘电缆的一个重要指标。其测试方法参见GB/T 2951.13-2008中第10章，其中标志间长度L为200 mm，测试时间为1 h，测试温度为130℃，要求收缩率小于4%。此指标是小规格挤管式硅烷交联聚乙烯电线很难达到的一个指标。然而随着检测机构对此项目的抽检越来越严格，电缆厂也对材料的要求越来越高。我公司用硅烷自然交联聚乙烯绝缘料生产的电缆，热收缩可以全部合格。但在热收缩的测试中，也会遇到一些问题，主要表现仍然是材料交联不充分的时候测试。为此，笔者也做了多组对比试验，如表5。试样是用挤出机挤出的管状试样，并非电缆，管状试样的外径约4 mm，壁厚约0.8 mm。

表5 热延伸和热收缩的关系 （单位：%）

由表5的测试结果可以看出，随着材料交联时间和交联度的增加，材料的热收缩会逐渐减小，直至小于4%，所以建议使用者在测试电缆的热收缩时，应使其绝缘层充分交联，必要时需要煮水达到充分交联，然后再测试热收缩。

4 结 论

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料，较传统的温水交联料有着不可比拟的优势，但是其交联时间也受到多种因素的影响，用户在使用时需特别关注，不能盲目地认为自然交联料在任何条件下都可以快速交联。对线缆进行测试时，应使其充分交联，必要时需要煮水后测试，不能认为热延伸小于175%就已经是充分交联了，其他性能也都能全部合格。只有充分了解了材料的交联特性，才能切实减少生产工序，降低生产成本，提高生产效率。

［1］ GB/T 12706.1-2008 额定电压1 kV（Um=1.2 kV）到35 kV（Um=40.5 kV）挤包绝缘电力电缆及附件［S］.

［2］ GB/T 2951.21-2008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第21部分：弹性体混合料专用试验方法-耐臭氧试验-热延伸试验-浸矿物油试验［S］.

［3］ GB/T 2951.11-2008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分：通用试验方法-厚度和外形尺寸测量-机械性能试验［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

段春来（1978-），男，工程师.

作者地址：上海市嘉定区南翔镇永乐村 271号［201802］.