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硅烷交联聚乙烯电缆在交联过程中铜线芯变色的研究

2017-11-20 11:34:01本网

  硅烷交联聚乙烯电缆在交联过程中铜线芯变色的研究韩宝忠,李长明(哈尔滨理工大学,黑龙江哈尔滨150040)添加助剂来纯化铜的活性,防止铜与其它物质发生反应,有效地抑制了铜线芯在交联过程中的腐蚀变色。

  64:B交联技术是对聚乙烯(PE)进行改性的重要手段之一。交联后,PE的分子链交叉连结,呈立体网状结构,极大改善了PE的耐热性和耐环境应力开裂性,耐磨性、耐化学性、抗蠕变性和力学性能也都明显提高,其综合性能得到改善。PE的交联方法主要有三种辐照交联、过氧化物交联和硅烷交联。与前两种方法相比,硅烷交联具有设备投资少,生产效率高,工艺简单,不受产品形状、尺寸限制等优点,因而被广泛用于电线电缆、建筑用冷热水管、煤气管道、液体食品输送管道以及相关工业管道等。目前在一些发达国家,硅烷交联PE已占据了低压交联电缆市场的大部分,在中压电缆中的应用也日益增多3.我国对硅烷交联聚乙烯的研究起步较晚,受到技术手段、原材料等多种因素的影响,对硅烷交联关键技术的研究不够深入,生产的硅烷交联聚乙烯电缆料在使用过程中还存在着一些问题,其中包括铜芯硅烷交联聚乙烯电缆在交联过程中线芯发生腐蚀变色。本文将主要针对此问题进行研究,探索抑制铜线芯变色的有效途径。

  1实验材料与仪器设备1.1主要原材料;接枝剂:乙烯基三乙氧基硅烷(A151);引发剂DCP;催化剂有机锡;1.2主要仪器与设备生产)流变仪;平板硫化机控力试验机;恒温水箱:热延伸试验仪。

  2实验结果与讨论3.1铜线芯变色原因的研究在硅烷交联聚乙烯电缆的交联过程中,能与铜线芯接触的物质只有水和硅烷交联聚乙烯,因而初步分析认为,能导致铜线芯变色的因素只能是水和电缆料中的各种助剂(主要是引发剂、接枝剂和催化剂)。首先采取涂履法来研究引发剂、接枝剂、催化剂和水对铜线芯变色的影响情况,其过程如下:铜线芯打磨、擦洗涂覆助剂―流变仪挤LDPE绝缘q观察铜线芯颜色―除去LDPE绝缘一水煮二为了防止铜线芯表面的其它杂质影响实验结果,首先用砂布打磨铜线表面,然后再用二甲苯擦洗;DCP常温下呈固态,涂覆前要加热使其熔化;把三种助剂记混合物分别记为D、E、F,三种助剂的1:1:1混合物记为G;齐线设备采用流变仪,长径比为20 4,安装挤线机头,温度设置为170、180、190、200C;制得的绝缘线放在恒温水浴箱中水煮时,需把线的端头露在水浴箱外。为便于叙述,把各线仍记为各自所涂覆的助剂的符号,并把不涂覆任何助剂,只挤绝缘的电线记为H水温控制为951C.水煮10h后,除C线芯的颜色基本未发生变化外,其它各线芯的颜色均有不同程度的变化,颜色由浅到深的顺序依次为E、F、G、H、A、B、D,其中B、D的变化尤为突出,呈现黑色。经多次反复实验,实验结果具有较好的可重复性。由此可以认为:B对铜线芯变色的影响最大,其次是A,水也是导致铜线芯变色的因素之一,C不会导致铜线芯变色,并且对铜线芯有一定的保护作用,可抑制因水的作用而引起的铜线芯变色,但对A、B与铜反应而引起的铜线芯变色的抑制作用较小。

  以上结论是在各助剂均以较大量直接涂覆于铜线芯表面的情况下得到的,但实际的生产配方中,各助剂的含量有较大的差别,而各助剂的含量对导致铜线芯变色的程度又有直接影响,因此,需进一步研究在正常配方含量下各因素对铜线芯变色的影响程度。实验方开炼机混炼4制成薄片一>微粒制样机粉碎+颗粒料一助刑一铜线芯打磨、擦洗一观察铜线芯颜色f除去绝缘<水煮<一流变仪挤绝缘< DCP分Buss混炼机熔融混炼接枝造粒一多接枝A料一经多次重复实验结果表明:助剂a、b能起到抑制铜线芯变色的作用,使铜线芯变色的程度减轻,但加入为便于比较,此次各配方仍记为AG,且与涂覆实验对应符号使用的助剂种类相同;开炼机的温度控制在120C以下,以防止助剂挥发和反应损失;各助剂的用量为正常生产配方中的用量;仍挤一纯LDPE绝缘的线记为H水煮10h,各线芯颜色均发生变化,颜色由浅到深的顺序依次为C、H、E、F、G、A、B、D.与涂覆实验不同的是,此次实验C线芯的颜色稍有变化,H线芯的颜色较E、F、G浅,各线芯间的颜色差别较小,没有涂覆实验时的差别明显,且H、D线芯间的颜色差别较H线芯在水煮前后颜色变化的程度小。由此可以得到以下结论:(1)C对线芯具有保护作用,但由于用量变少,作用减弱;(2)助剂A、B在电缆交联时会与铜线芯反应而使之腐蚀变色;(3)在正常的生产配方中,A、B的用量少,对铜的作用较水弱,水成为导致铜线芯变色的最主要因素。这是由于在电缆的交联过程中,水会透过绝缘扩散到铜线芯表面,水中的溶解氧与铜接触而发生反应,使铜氧化变色。

  2.2研究抑制铜线芯变色的方法2.21铜抑制剂的选择为了防止铜线芯在交联过程中的腐蚀变色,需在配方中添加助剂,钝化铜的活性,抑制铜线芯与水中的溶解氧和绝缘中其它助剂的反应。首先选择四助剂a、b、c、d进行实验。由于这些助剂的用量较小,为保证其分散均匀,需配制助剂母料。实验方法如下:较大量时,仍有较明显的变色;C的作用效果不够稳定,有时能较好地抑制铜线芯的变色,有时只能稍微减轻变色的程度,这主要是因为C的稳定性较差,在实验过程中易过早地部分分解;d的作用效果较好,能使电线经10h水煮后铜线芯基本不变色。这是由于在水煮交联的温度下,d能在铜线芯表面很快形成极薄的透明保护膜有效地避免了铜线芯与水中的溶解氧和绝缘中其它助剂的接触,从而钝化了铜的活性,抑制了接枝A料一催化母料B―一>按比例混合->铜抑制剂母料C一1铜的腐蚀变色。

  2.2铜抑制剂对绝缘料性能的影响有关标准对硅烷交联聚乙烯电缆料的各项性能都作了严格的规定。通常情况下,要求电缆料中的添加助剂不应对电缆料的性能产生不良影响,因而还需考察铜抑制剂对电缆料其它性能的影响情况。实验方法如下:流变仪挤山->平板硫化机压制试片一性能测试+水煮交联  223铜抑制剂用量的确定22观察在不同的铜抑制剂含量下铜线芯的变色情况。实验结果表明:铜抑制剂的用量小于0.2份时,铜线芯变色较明显;铜抑制剂的用量大于02份时,铜线芯基本不变色。综合考虑材料的成本和抑制铜线芯变色作用效果,铜抑制剂的用量在0.20. 3份为宜。

  部分助剂也会与铜线芯反应而使其腐蚀变色,但由于用量少,作用效果比水弱。

  (2)助剂d能在铜线芯表面形成保护膜钝化铜的活性,抑制铜线芯的腐蚀变色,其用量在0.20.3份较为适宜。

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