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电缆制造工艺对硅烷交联聚乙烯热延伸的影响
日期：2024-04-24 02:05
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摘要：
电缆制造工艺对硅烷交联聚乙烯热延伸的影响
交联聚乙烯(XLPE)因具有优良的物理机械性能、电性能及方便可靠的加工性能已被众多的电缆厂商所青睐。
交联聚乙烯(XLPE)因具有优良的物理机械性能、电性能及方便可靠的加工性能已被众多的电缆厂商所青睐。
众所周知，聚乙烯(PE)具有优良的物理和化学性能，且易于加工。但它熔点较低，耐热变形性差，制品的机械强度欠佳，为了提高PE的使用性能，国内外学者研究了不同的改性方法，交联是其中的一种。
目前，交联的方法主要有硅烷交联、过氧化物交联及辐照交联。过氧化物交联主要用于中高压电缆的生产，辐照交联主要用于绝缘较薄的细线生产，而硅烷交联主要用于低压电缆的生产。
硅烷XLPE在挤出过程中会有很多因素制约其成品性能，特别是反映交联程度的热延伸这一指标，
经常出现不合格甚至样品刚刚放进老化箱就被拉断的情况。因此就需了解其交联机理，严格中间过程控制以保证*终成品的性能。
1 硅烷交联的工艺原理
硅烷交联也称温水交联，1960年由英国道康宁公司开发，也称为Sioplas E法。硅烷交联工艺可分为一步法和二步法，目前使用较广的是二步法和固相一步法硅烷交联工艺。
硅烷交联可分为两个过程，**个过程是利用DCP分解成游离基并作引发剂把不饱和硅烷分子和聚乙烯分子接枝，产生活f生硅烷基形成了俗称的A料；**个过程是将A料与俗称为B料的催化剂在一定的温度下进行水解反应，形成网状X~PE分子结构。
2 影响热延伸指标的因素
硅烷XLPE的热延伸指标是反映交联度的一个重要参考值，往往也是人们*为关注的，影响热延伸的几个主要因素为：
(1)基础树脂的影响。不同的树脂往往由于大分子内部结构的差异，对其交联程度会有很大影响，一般多用熔体指数(MI)为2的低密度聚乙烯(LDPE)树脂。
(2)引发剂用量的影响。常用的引发剂过氧化二异丙苯(DCP)的用量是个关键问题，过少导致硅烷接枝不够，过多则会引起过度交联，从而使流动性降低，挤出绝缘表面粗糙，挤出困难。
(3)硅烷用量的影响。硅烷一般采用乙烯基不饱和硅烷，因硅烷大多进口，各大材料厂商用量都力图做到其下限以降低成本。
(4)挤出温度及色母料的影响。硅烷XLPE的挤出温度应在一定范围内，较低的温度会导致热延伸的不合格，这与其A、B料的混合程度及塑化程度有关；色母料的配比一样会影响热延伸指标，主要是其中的有机颜料和分散剂对其交联过程有一定抑制作用。
本文主要分析挤出温度和色母料配比对热延伸指标的影响。
3 验证试验
3．1 主要设备与材料
5挤塑机组，泰州市金联立电工机械有限公司；69o挤塑机组(SJ-9O)，无锡南方电工机械有限
公司；老化箱(XG—CN2)，南通宏大实验仪器有限公司；冲片机(KY-4025)，江都市开源试验机械厂；切片机(SQ．300)，江都市开源试验机械厂；蒸汽交联发生装置，蒸汽交联房；硅烷自然XLPE绝缘料大线料(CAX-9100)，上海凯波；硅烷自然XLPE绝缘料小线料(CAX-9100H)，上海凯波；PE 色母料(5080)，鼎彩。
3．2 试验结果与讨论
(1)挤出温度对热延伸的影响
型号：CJV92／SC；规格：16 mm 、25 mm 、70mm ；材料：硅烷自然XLPE大线料CAX．9100，PE色母料(5080)；颜色：红、黄、蓝。试验结果表明：在较低挤出温度下，所有样品的热延伸指标都不合格；而在中温挤出温度下，整体水平较低温下有了很大改善；高温挤出条件下，所有样品全部合格。
挤出温度对硅烷XLPE绝缘的热延伸有较大影响，尤其是均化段和压缩段的温度。这不难从交联机理上看出，在较低挤出温度下，有机锡催化剂(B料)与接枝母料(A料)塑化不充分，两者未能充分混合，处于半塑化状态，这样，有机锡催化剂的化学键未能打开，使得在交联过程中，B料没有起到足够的催化效果，导致*终脱水缩合时产生的交联键较少，甚至无交联键产生，这样空间结构交联键密度低，交联不足，*终被拉断。
(2)色母料对热延伸的影响
试验结果表明：色母料配比对硅烷XLPE的热延伸有一定影响，大部分材料厂家推荐的配比为1％o～3％‰ ，我们从l‰ 到10％o都进行了验证，色母料比例从1％oN 5l％o实验结果均合格且基本一致，当色母料配比为10％0时，出现热延伸不合格。
众所周知，色母料的主要成分为颜料、载体、分散剂，现从这三种主要成分分析色母料对硅烷XLPE热延伸的影响。
颜料一般分为有机颜料和无机颜料，有机颜料如酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、大分子红、大分子黄等，无机颜料如镉红、镉黄、钛白粉、炭黑等，这些成分的存在会对硅烷XLPE的交联过程起到一定的抑制作用，一定程度上降低交联度，从而影响产品的热延伸指标，这也是业内所说“硅烷交联绝缘的产品颜色太深交联度往往不好”这句话的原因所在。
载体即为色母料的基体，通常以与制品树脂相同的树脂为载体，两者相容性*好，一般情况只要选择专用色母料对其成品性能影响较小。
分散剂即为促使颜料充分分散并且不再凝聚的高分子化合物，通常为PE低分子蜡等。往往由于生产厂家所采用的分散剂质量不好造成扩散互溶**，影响制品的物理机械性能。
通过以上试验及分析，可以总结以下结论：色母料配比对硅烷XLPE的热延伸的确有影响，但在实际生产过程中，色母料配比如控制在一定的范围内(5％0以内)，其影响效果不是很大，但达到10％o时，出现了热延伸不合格。
4 结论
(1)挤出温度对硅烷XLPE的热延伸指标影响较大，在允许的温度范围内，稍高的挤出温度对其热延伸指标有利。
(2)色母料的配比对硅烷XLPE的热延伸指标有一定影响，配比如控制在一定范围内对热延伸影响较小，但超过一定的范围可导致热延伸不合格。