浅谈热处理对交联聚乙烯绝缘电缆绝缘热老化性能的改善

阳云义　黄小样　梁桂兰

摘要：本文叙述通过对挤包交联聚乙烯绝缘后的线芯进行热处理，以去除过氧化物交联聚乙烯绝缘电缆的绝缘线芯中挥发性交联副产物，消除分子间的内应力，改善交联聚乙烯绝缘电缆的热老化性能，指出了对挤包后的交联聚乙烯绝缘线芯进行热处理的必要性。

关键词：交联聚乙烯绝缘电缆；热老化试验；抗张强度变化率

0引言

国家相关标准均规定：交联聚乙烯电缆绝缘的热老化试验是要求试样在135℃下的空气老化箱中7天后抗张强度和断裂伸长率的变化率不超过±25%。交联聚乙烯绝缘的热老化项目，在标准中均列入型式试验内容，一般在首次试验合格后，工艺和材料没有重大变化时，不再进行该试验。

然而，在电力电缆生产许可证取证、换证和安标认证、换证时需对试样进行全性能检测，在对试样进行试验时，遇到了抗张强度变化率超标的现象（大于+25%），但断裂伸长率变化很小，从未超出规定值。针对此，我们分析是由于生产时聚乙烯分子间的内应力太大无法消除而引起，从高分子材料学知道，造成分子间内应力在的原因，应该是聚乙烯分子晶体分布不均匀而引起。引起高分子晶体分布不均匀的原因，应该是有低分子副产物的存在。尝试对交联聚乙烯绝缘线芯进行热处理，以消除交联聚乙烯中挥发性低分子副产物。试验以同时选用多家材料厂家按正常的生产工艺进行试验，找到了影响交联聚乙烯电缆绝缘老化后抗张强度不合格的原因。

1热处理的方法

即对生产出来过氧化物交联交联聚乙烯绝缘线芯放入60-70℃烘房中2-4天进行热处理，以去除过氧化物交联聚乙烯绝缘电缆中低分子交联副产物，消除电缆内部热应力以及减少绝缘介质中的累积电荷，提高电缆的电气安全性能和机械性能。

1.1交联聚乙烯的热延伸试验

试验结合安标换证样品和生产任务进行，采用了MYJV32-8.7/10kV 3x50和YJLV 8.7/15 kV 1x300电缆作为试样。仍按正常生产工艺条件进行生产。交联聚乙烯分别采用一家进口料和两家国产料，在每次导体挤包绝缘后，立即截取一段足够长度的试样后，其余绝缘线芯继续流转下工序，直至成品电缆产生。从绝缘线芯到成品生产时间为7天。热延伸试验要求负载下最大伸长率为175%，冷却后最大永久伸长率为15%。实验数据表明热延伸试验合格，绝缘已交联。

1.2交联聚乙烯绝缘的热老化试验

对上述试样进行了三种处理方法：导体挤包绝缘后放入60-70℃烘房中3天：导体挤包绝缘后在自然环境下放置10天；导体挤包绝缘后在自然环境下放置30天。试样均为同一条件下挤制的绝缘。处理取样做交联聚乙烯绝缘的热老化试验，以便观察在自然环境下电缆绝缘放置较长时间后的热老化性能变化。

2试验结果

本试验试样较多，试验数据较大，有同一试样的老化性能试验数据略有波动，可能是因为制样及试验条件不可能完全相同的结果，但试验数据的表现趋势是一致。表1列出了本次试验的一个典型试片的试验结果。

表中试验结果看出，未在60-70℃烘房热处理的试样的老化后的抗张强度变化率均大大地超出了国家标准规定：而每组试样老化后的断裂伸长率变化率均符合标准要求，且试验数据稳定变化很小。为此，我们只对抗张强度变化率进行分析。

3讨论与分析

对比试验数据发现，虽然进口和国产材料的老化前后抗张强度及断裂伸有所不同，但总的规律相同，即对刚挤制完的绝缘或挤完外护套的电缆进行绝缘热老化性能试验时，大多数试样的抗张强度变化率都不好，而绝缘线芯在自然环境下放置较长一段时间或在烘房中处理几天后，抗张强度变化率指标就明显转好。绝缘线芯没有进烘房或没有在自然环境下停留足够的时间，便流入下道工序，到成品结束时，绝缘的老化性能都不好。使电缆不能满足产品标准要求。若使绝缘的老化性能试验合格，自然停放处理时间就得很长，实验数据显示需要的50天以上，这不符合电缆生产有要求，也给电缆生产增加很低大的成本。从表2可以看出，经热处理后的绝缘线芯与未处理的试样相比较，老化前的抗张强度有所提高，老化后的抗张强度有所降低。

试验结果，查阅相关文献，得出是交联副产物影Ⅱ向的结果。

由于交联聚乙烯绝缘电缆采用过氧化物作为交联剂的化学交联方式，通过过氧化物受热分解成自由基，夺取聚乙烯大分子链中的氢，形成自由基，而后偶合交联。但在交联的过程中，引发剂和大分子自由基有各种副反应，副反应会产生各种副产物，据文献介绍试验检测到了如苯乙酮，枯基醇和a-亚甲基苯乙烯之类的挥发性交联副产物，这些副产物会在绝缘内停留相当长的时间。

交联聚乙烯电缆交联副产物的浓度及通过热处理后的变情况，证明经热处理后交联聚乙烯电缆中的交联副产物浓度降低，甚至完全被除掉。因此，对于刚挤完绝缘的交联聚乙烯线芯，绝缘中交联副产物浓度分布较高，这些低分子的副产物在绝缘中分布是不均匀的，使得交联聚乙烯绝缘的分子分布不均匀，造成了老化前的抗张强度低，在空气箱中进行老化试验时，在高温的作用下，不均匀的分子区域被全部破壞，到试验时间后取样在室温下静置的过程中，交联聚乙烯分子重新排列又处于分布均匀的状态，所以老化后的抗张强度增大了。热处理或在自然环境下放置后，交联副产物得到了挥发，浓度低了，也是使得交联聚乙烯分子分布均匀的过程。所以抗张强度的变化率就较小。

通过使用将交联聚乙烯绝缘线芯在60～70℃烘房中放置3天，保证交联聚乙烯绝缘电缆绝缘老化抗张强度符合标准要求，顺利地生产出全性能合格的安标认证样品和许可复查抽检样品。同样用此方法也解决了三元乙丙橡胶绝缘电缆绝缘老化后抗张强度不合格问题。公司专门修建烘房，建立了过氧化物交联电缆的热处理工序，改善交联聚乙烯绝缘电缆绝缘的热老化性能。

4结论与建议

通过试验，并查阅了相关文献资料，得出如下观点：

①热处理可以改善交联聚乙烯绝缘电缆绝缘的热老化性能。

②在原材料性能指标良好，生产工艺条件正常的情况下，热老化试验与绝缘挤制的间隔时间太短是导致交联聚乙烯电缆绝缘老化后抗张强度的变化率不合格的主要原因。

为了保证过氧物交联电缆的热老化性能指标，应该建立烘房对挤包的过氧化物交联绝缘线芯予以热处理，避免出现抗张强度变化率不合格的现象。endprint