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辐照交联热效应带来的影响及工艺改进措施

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：李启王洪祥柳莉赵三巩清风

[导读]

        (特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司山东新泰 271200)
        0 引言[]
        辐照交联电缆与化学交联电缆产品相比,具备体积电阻系数大、介质损耗小、耐温等级高的特点。使同样规格的产品载流量大大提高，辐照交联聚乙烯绝缘低烟无卤防水聚烯烃护套电力电缆在火焰自燃情况下产生极少烟雾、获释气体含卤元素，有毒(低毒)。普遍用作高层建筑、医院、防灾指挥官调度楼、车站和民用机场、候车室、重点文物保护场以及地铁、地下商场或人工密集的公共场所。电线电缆辐照加工是辐照交联获得耐温等级提高、载流量提升机耐溶剂性提升的关键原因，但是在辐照交联过程中，还有辐照交联反应、辐照再交联反应、电子陷阱、静电效应、热效应等[1] 。它们是严重影响电线电缆辐照加工质量的关键问题，本文针对辐照交联过程中热效应带来的影响及其改进措施进行分析和改进。
        1 辐照热效应机理及带来的危害
        电线电缆聚合物材料辐射加工所吸收的辐射能，仅仅是一部分用于化学和机构转变上，而大部分辐射能量转化为分子的激发和热。由于聚合物对热量传递是低效率的，以至于所吸收的能量可导致相当高的温升，特别是对于高剂量的辐照加工，热效应问题要引起特别重视。热效应的主要危害是温度升高到接近或者达到聚合物的熔点时，在辐照加工传输过程中，产品容易被拉伸变形，而且由于辐照加工中辐照氧化效应而产生的小分子产物如氢、一氧化碳来不及扩散出去而发泡，导致绝缘的破坏。在实际生产中主要带来的问题由气泡、开裂、鼓包等一系列问题，见图1、图2、图3

               图1:绝缘气泡        图2：绝缘鼓包         图3：绝缘脱股
        2 危害产生原因及工艺改进措施
        2.1 危害产生原因
        以上生产过程中出现的问题对产品质量造成了严重的影响，根本原因在于辐照热效应产生的热量带来的温升远远超过了材料的玻璃化转变温度或者结晶熔点，辐照产生的分解产物来不及扩s散而导致的气孔或发泡现象。
        2.2 工艺改进措施：
        对于影响辐照热效应的因素进行分析，制定改善措施：
        2.2.1 影响辐照热效应的主要因素有以下几个方面：
        a)绝缘材料配方构成和体系的平均热容对温度升高有着重要的影响，平均热容越小，同样剂量温度升高越大。
        b)产品的大小尺寸和形状影响。对于产品越厚，外径越大的产品，辐照后产生的热量难以进行交换，带来的温度升高更大，尤其对于大截面厚度厚的辐照电缆带来的气泡和鼓包问题更加严重。
        c)产品要求交联度所需要的辐照剂量大小，以及辐照加工剂量率的大小，都对温升有影响。辐照剂量越大，温度上升越高。
        2.2.2 改善辐照热效应的措施
        a)改善材料配方设计，采用平均热容较大的配方体系，降低温度升高速度。
        b)改善热交换体系，增加冷却体系。辐照运行时增加喷淋装置对滚筒上的线芯进行降温冷却，出线处增加冷水槽，使线芯及时得到冷却，以减轻收线后线芯与线芯之间因温度高而使绝缘层粘连受伤。
        c)保障电缆生产时的均匀性，避免局部过辐照或剂量不足。
        d)合理选择工艺装备：对于实心辐照绝缘线芯，采用模内成型模具替代挤管式模具。对于挤管式模具实心导体生产时原因是辐照交联料生产时挤出温度高，由于实心导体表面光滑且车速快，当绝缘层包覆导体时两者之间的气体来不及排出，受热形成气泡，进入水槽后冷却又形成凹坑，影响了产品质量。更改为模内成型模具后可以让绝缘层在机头内包覆导体成型，气体不易在导体与绝缘层停留，使挤出的绝缘层与导体不再有气泡形成，保证了线芯质量。
        e)合理控制辐照剂量：辐照剂量的合理控制是避免温度上升过快的有效手段。对于同一产品不同材料厂家的剂量也是不同的，在实际生产中要精细计算辐照剂量，进行合理选择，在同样的生产速度下尽量选择剂量低的材料厂家。有相关文献报道，在聚合物中添加敏化剂或不饱和多官能团单体能够有效地降低辐照交联所需的剂量，提升交联速度。
        3 结束语
        以上对辐照电缆热效应产生的机理和现象进行了阐释和描述，对相应改善措施进行了介绍。电缆的辐照加工过程是一个复杂的过程，包含化学物理众多变化。辐照剂量大小的控制、束流及排列方式、电缆规格、材料配方设计、散热和冷却方式、生产速度选择、都会对辐照电缆质量产生影响，只有综合考虑各种因素，合理设计才能生产出质量优异的辐照电缆。
        参考文献：
        [1] 徐兴伟张举位 .电子辐照效应对辐照交联聚烯烃绝缘电缆性能的影响 . 电线电缆,2004(5):63-67.
        作者简介：李启（1986―），男，特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司助理工程师