電線電纜產(chǎn)品的發(fā)展過程實質上是材料的更新?lián)Q代過程。電線電纜用途廣泛,不同使用場合對其性能要求差異很大。大部分電纜的J緣材料,除須有較高的J緣電阻、耐電壓強度或低的介電損耗外,還須兼顧良好的物理機械性能,如抗拉、抗彎曲、抗振動、抗扭等;護套材料則由于要適應不同的使用環(huán)境和場合,有抗撕裂、耐高低溫、耐氣候、耐油、耐溶劑等要求;有些則是針對成品電纜提出的綜合要求,如徑向、縱向壓力密封性、阻燃、耐火等。在這些要求相互疊加的前提下,材料的合理選擇和配合是電纜能否滿足客戶要求的決定因素。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,人民生活質量的提高,市場上流通的商品也越來越講究功能性、放心性、壽命等,電纜產(chǎn)品一直處在不斷地更新、成熟、創(chuàng)新的循環(huán)過程中,新型J緣材料層出不窮,例如,國內近年快速發(fā)展的合成樹脂及共混技術,它正悄無聲息地推動著電纜行業(yè)進入了一個新的材料應用時代。
J緣材料種類很多,可分氣體、液體、固體三大類。常用的氣體J緣材料有空氣、氮氣、六氟化硫J緣PC薄膜等。液體J緣材料主要有礦物J緣油、合成J緣油(硅油、十二烷基苯、聚異丁烯、異丙基聯(lián)苯、二芳基乙烷等)兩類。固體J緣材料可分有機、無機兩類。有機固體J緣材料包括J緣漆、J緣膠、J緣紙、J緣纖維制品、塑料、橡膠、漆布漆管及J緣浸漬纖維制品、電工用薄膜、復合制品和粘帶、電工用層壓制品等。無機固體J緣材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下,固體J緣材料品種多樣,也為重要。
不同的電工設備對J緣材料性能的要求各有側重。高壓電工裝置如高壓電機、高壓電纜等用的J緣材料要求有高的擊穿強度和低的介質損耗。低壓電器則以機械強度、斷裂伸長率、耐熱等J等作為主要要求。
J緣材料的宏觀性能如電性能、熱性能、力學性能、耐化學藥品、耐氣候變化、耐腐蝕等性能與它的化學組成、分子結構等有密切關系。無機固體J緣材料主要是由硅、硼及多種金屬氧化物組成,以離子型結構為主,主要特點為耐熱性高,工作溫度一般大于180℃,穩(wěn)定性好,耐大氣老化性、耐化學藥品性及長期在電場作用下的老化性能好;但脆性高,耐沖擊強度低,耐壓高而抗張強度低;工藝性差。有機材料一般為聚合物,平均分子量在104~106之間,其耐熱性通常低于無機材料。含有芳環(huán)、雜環(huán)和硅、鈦、氟等元素的材料其耐熱性則高于一般線鏈形高分子材料。
影響J緣材料介電性能的重要因素是分子性的強弱和性組分的含量。性材料的介電常數(shù)、介質損耗均高于非性材料,并且容易吸附雜質離子增加電導而降低其介電性能。故在J緣材料制造過程中要注意清潔,防止污染。電容器用電介質要求有高的介電常數(shù)以提高其比特性。硅膠電線電纜J緣的輻射交聯(lián)加工重要的問題是解決它的熱穩(wěn)定性,包括工作溫度下相應長期穩(wěn)定性和耐鉻鐵焊的短期工作穩(wěn)定性。由于應用目的使用環(huán)境不同,對電線、電纜材料要求是大不一樣的。為了滿足不同要求,要進行聚合物體系和配方的選擇、搞清輻射場中組分的效應和相互作用規(guī)律,為正確選材和配方組分提供依據(jù)。
硅膠電線J大多數(shù)聚合物,如PVC、PE、EVA、EPDM、BN、聚烴氧烷、含氟聚合物等都具有良好的J緣性。選擇J緣主體材料除須具有優(yōu)良的電氣性能、高的機械性能、良好的熱穩(wěn)定性外,從結構上它須是輻射交聯(lián)型聚合物。輻射交聯(lián)聚合物J緣電線電纜使用多的聚合物當數(shù)聚乙烯。不同耐溫等J相應主料如下:90-105℃:PVC 、PE、CPE、氰碳化聚乙烯;105-150℃:PE 、EPDM;150-200℃:硅橡膠,含氟聚合物。聚乙烯達到所需要的交聯(lián)度的輻照劑量,通常在200-400KGY。輻照交聯(lián)的效率不僅不利于銷售率的提高,而且高劑量輻照交聯(lián)還會伴隨一些不利的副反應。諸如熱效應與高分子產(chǎn)物發(fā)泡、靜電積累與放電等,特別是作為電力電纜厚壁J緣的輻射交聯(lián)工中,將導致J緣質量的降低或破壞。為了提高輻射加工的效率,減少不利的副效應,可以在體系中添加敏化劑或多官能團單體,用來提高體系的輻射交聯(lián)G值(每吸收100eV,產(chǎn)生變化的單位數(shù))減少聚合物交聯(lián)改性所需要的輻照劑量,提高輻射加工的能力和產(chǎn)量,加速交聯(lián)進程。同時由于多官能團單體(敏化劑)在輻射加工中與輻射氧化、輻射裂解過程競爭大分子自由基增加交聯(lián)反應,也抑制了與交聯(lián)過程不利的副反應。這就是所謂聚合物的輻射強化交聯(lián)或敏化交聯(lián)。
由于聚合物中溶解氧的存在和輻射加工中氧向聚合物中非晶區(qū)的擴散侵入,交聯(lián)加工同時也伴隨著輻射氧化裂解反應。由于輻射加工后J緣中俘陷自由基的存在,將于擴散進入的氧發(fā)生后氧化,這不僅影響產(chǎn)品的使用壽命也影響其電氣和機械性能。因此,在J緣材料中須加入抗氧劑,以減少這一過程。