電光纜用塑料發(fā)展動向

1、電光纜用的發(fā)展江陰通信材料公司交通大學摘要：本文對電、光纜用高速、多層、薄層、高填充、可交聯(lián)、反應、發(fā)泡、特種等擠出料的發(fā)展作了敘述與分析。：電線電纜光纖光纜擠出由于電光纜產品應用于國民經濟各個領域，尤以電力、通信、交通、建筑為最大宗市場，至今年銷售額已達約 15000 億，而眾多使用環(huán)境、性能能要能要求各不相同，所用、橡膠、涂料、薄膜、復合材料之品種之多差不多覆蓋了大部分高分子材料，其中尤以用量為最大，年用量已達 300 萬噸。電光纜生產中的加工部分大多為各種擠出成型，對其發(fā)展方向就按此敘述。1.節(jié)能、高效的高速擠出料：在保證生產安全和產品質量的前提下，要求擠出速度盡量快，這可提高生產效率、

2、節(jié)約能源，這是一個普遍性的追求目標，即使是低速擠出的產品，也是希望能盡量提高其擠出速度。對不同產品與材料，衡量其高、中、低速的標準亦不同，這取決于的流變性與擠出機性能。用作通信電纜實心 PE 絕緣的擠出速率目前已達 2500m/min，微孔 PE 絕緣的已達 1700m/min，高性 PVC 料，擠出速率已達 480m/min，已屬高速已屬高速擠出。隨著三網(wǎng)融合、光纖到戶步伐的推進，G657 抗彎光纖的應用，室內軟光纜采用液晶聚酯緊包的高速擠出是今后一大發(fā)展方向，這樣可節(jié)這樣可節(jié)省昂貴的芳綸，并簡化產品結構、生產工藝，省材、節(jié)能又高效。2.高性能的多層擠出料：在中、高壓電力電纜和數(shù)據(jù)電纜等領域

3、，都需要采用多層擠出。電力電纜為-絕緣-三層擠出，以減少氣隙放電。電纜料是電纜中用于保護主絕緣層不被破壞的半導電復合材料。它是中高壓電力電纜所需的配套材料。半導電層對電纜使用有較大關系，如的光潔性、與絕緣的粘結、雜質的遷移等對電纜有潛伏性影響。有些埋地電力電纜長期與水接觸，使絕緣層中形成水樹枝，大大縮短了電纜的使用，要求絕緣層中加入水樹枝抑制劑、增長速率阻滯添加劑、電解質添加劑和電壓穩(wěn)定劑，目前抗水樹枝絕緣料國內雖已有供應，但主要為進口。新西蘭 BP 公司 H118Y 抗水樹枝絕緣電纜的比一般的 XLPE 長 4 倍；意大利Pirelli 公司用親水添加劑和表面活化劑研制了抗水樹枝電纜料水樹枝

4、老化 30天后僅下降 10kV/mm,其電氣強度仍有 100kV/mm 左右；用超低密度聚乙烯做抗水樹枝 XLPE 電纜，試驗發(fā)現(xiàn)，以密度 0.89g/cm3、結晶度 15%的聚乙烯，抗水樹枝性能為最好。為改善我國嚴重的天氣，將大力發(fā)展遠距離直流輸電以及風、光等可再生能源，促使我國柔性直流輸電技術取得快速發(fā)展，要求提供數(shù)量較大的塑料直流電力電纜，而對于中高壓直流電力電纜而言，需在 PE 基料中添加有機添加劑、無機添加劑來消除或抑制空間電荷的產生，或通過共混或共聚方式引入極性聚合物，從而減小空間電荷的影響，以達到提高脈沖擊穿電壓的目的。目前世界上只有 ABB 公司擁有直流電力電纜產品，最高容量已

5、達 1000MW,最高電壓等級為 320kV。數(shù)據(jù)電纜為皮-泡-皮三層擠出，以降低損耗、衰減，其原材料皆為 PE。聚氯乙烯絕緣尼龍護套線在、南美、歐洲、中東已廣泛應用，其優(yōu)越的技術性能，實惠的經濟效益和便于和施工的特點，使得聚氯乙烯絕緣尼龍護套線在建筑電線、汽車電線、電氣設備和家用電器方面的應用，正在取代單一聚氯乙烯絕緣電線。由于聚氯乙烯的加工溫度一般為 170180，而尼龍6 的加工溫度通常為 265，兩者溫差相差太大，如按傳統(tǒng)工藝生產，廢品率太高，應采用聚氯乙烯絕緣與尼龍護套共擠模具進行加工生產，使用這種模具，導體在進入內外模配合區(qū)之前是在內模道管端部，而熔體被壓向內外模配合區(qū)，這里模具設

6、計是關鍵。今后帶寬比石英光纖還要寬的梯度型光纖需要 3-10 層共擠出，所用材料為 PMMA 和氟化 PMMA.。3.省材、環(huán)保的薄層擠出料：目前的汽車用聚氯乙烯低壓電線和機車用低煙無鹵交聯(lián)聚烯烴電線，性能水平并不理想，發(fā)展阻燃聚酯醚熱塑彈性體絕緣超薄絕緣電線，是較為理想的產品，適用于各類交通工具中的薄壁絕緣電線，性能大大超過目前的聚氯乙稀和無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴，屬于環(huán)保產品。酯一醚熱塑彈性體（TPE-E)用于電線電纜絕緣和護層的優(yōu)點：1)絕緣使用長，分子降解速度緩慢，在正常情況下，可幾十年保持性能穩(wěn)定；2)安全可靠性強，其介電強度大大超過無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴。適宜制造薄絕緣產品；3)耐溫等級較高

7、，最高瞬時耐熱溫度達 200，短時耐熱溫度達 175。長期使用溫度為 150，可滿足汽車中大部分部位的工作溫度要求；4)阻燃性能良好，屬無鹵、無磷阻燃材料，但不屬低煙級；5)硬度較高，作為絕緣和護層，耐磨性均非常好，當裝備振動時，敷設的電線或電纜絕緣不會磨損而擊穿。護層也不會磨穿；6)耐油性好，與機油等油品接觸，不嚴重膨脹或收縮，浸油試驗后，能通過電壓試驗，所以在有油霧環(huán)境下能正常工作；7)耐紫外線老化性能好，不開裂，并保持色澤。另外，經過熱老化后仍能保持良好的色澤；8)擠出絕緣厚度薄，減小電線電纜體積和重量，使線纜成品輕小型化；9)可在通用的 PVC 擠出設備上進行加工，加工溫度為 225至

8、 245。擠出加工時，不需要額外的預處理和后處理。但如果開包后材料受潮，應加以預烘干處理；10)價格明顯低于氟，也小于氟，提高了經濟價值。并可再生利用，符合循環(huán)發(fā)展趨勢；11)許多電線電纜需要加工預制型接插件，以完整的成套形式提供用戶直接使用，而接插件絕緣料，必須與電線電纜材料有兼容性，這樣才能使電纜接插件外殼密封可靠，聚酯一醚熱塑彈性體與其他熱塑性的聚酯兼容好，對密封性要求有了保證。根據(jù)上述眾多的優(yōu)點，聚酯一醚熱塑彈性體可在很多領域電線電纜產品上，作為絕緣或護層應用。以下品種均有可能發(fā)揮阻燃聚酯一醚熱塑彈性體的特長：1)汽車工業(yè)中各類線束和電線；2)機車車輛中薄絕緣耐油電線；3)城市輕軌和地

9、鐵車輛；4)機器人技術的特殊電纜；5)小型化系統(tǒng)中自動控制用控制電纜、儀表電纜和信號電纜；6)帶有接插件的整裝電線和電纜，包括電信、計算機等帶狀電纜；7)數(shù)據(jù)傳送電纜、通訊分配器材和線、光纖；8)機械設備上的傳送連接器用電纜；9)便攜式動力電纜；10)輕型建筑用布線。另外，航空導線中尼龍、F46、F40 等護層、絕緣層的擠出，要求薄層擠出，最小厚度為 0.1mm。大規(guī)格的漆包線，正在研究用薄層擠出來取代涂漆工藝，以消除環(huán)境污染和提高生產效率。薄層擠出的是材料的流變性和擠出機頭模具。4.低煙無鹵阻燃、耐火、導熱的高填充擠出料：我國對熱塑性無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料的研究開發(fā)開始于 20 世紀中后期

10、，隨著各種原輔材料的發(fā)展，研究的不斷深入，到目前為止，國內的熱塑性無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料，在我國的電光纜制造業(yè)中，已占了舉足輕重的地位。產品的各項性能好，擠出加工工藝佳，價格相比國外同類產品便宜。由于產品適用性強，應用范圍廣，市場需求量大。至今為止，Mg(OH)2、Al()H)3 仍是電、光纜護層中最廉價的阻燃劑，而低煙無鹵阻燃 PE 護套料中要加入大量的 Mg(0H)2、Al(OH)3、P 等無機材料，使擠出，性能不達標，故需從粉體粒徑、表面處理、配方、設備、工藝上采取措施，加以克服。隨著智能電網(wǎng)、礦山安全、防火防災等事業(yè)的發(fā)展，測溫光纜、電纜的需求將擴大，需用導熱護層，在中需加入大量導熱

11、粉料，而且還要求阻燃、絕緣、防靜電，交大和快鹿電線電纜公司已開發(fā)了這一材料。經我國核電站 20 多年運行情況來看，發(fā)現(xiàn)核電站用低煙無鹵阻燃電纜護套開裂是一個突出問題，特別是大截面電纜尤為嚴重，解決的辦法就是必須采用交聯(lián)型低煙無鹵聚烯烴護套料，並需研究制定合適的考核指標，例如：取消熱延伸性能考核，或者降低熱延伸考核指標；修訂耐油試驗考核指標；增加凝膠率指標考核；增加高溫熱變形性能考核；修訂耐低溫性能考核方法等。另外，磷氮系膨脹型阻燃劑具有燃燒時體積膨脹的特點，且添加量較少，將得到越來越多的應用，且可用于耐火電纜的護層。新一代有機硅陶瓷聚合物耐火電纜是今后發(fā)展的方向。5.可交聯(lián)擠出料：為了提高電線

12、電纜的工作溫度，采用可交聯(lián)聚烯烴聚合物，其品種有過氧化物交聯(lián)料、硅烷接枝水交聯(lián)料、輻照交聯(lián)料、紫聯(lián)料等，樹脂基料有 PE、PVC、聚烯烴、F40 等。電力電纜絕緣料主要采用硅烷交聯(lián) PE 料（低電壓）與過氧化物交聯(lián) PE 料（中、高電壓）。90、105、125、150PVC，采用輻照或紫聯(lián)料，用作布線、安裝線、特種電線。125、150低煙無鹵阻燃聚烯烴，采用輻照交聯(lián)，用于機車車輛、軌道交通、核電站等電纜。輻照交聯(lián) F40，用于航空導線；紫外光交聯(lián) PE，用于中、低壓電力電纜；紫外光交聯(lián) 125、150聚烯烴，用于核電站、軌道交通用電纜。6.反應擠出料：硅烷可交聯(lián) PE 在擠出機中進行、接枝化學

13、反應，此屬反應擠出，而后與水或水蒸汽接觸發(fā)生交聯(lián)，此即一步法硅烷接枝、水交聯(lián)料。是低壓電力電纜的主打絕緣材料之一，并正在向自然交聯(lián)（利用大氣中的濕度）方向發(fā)展,這里關鍵是需選用合適的催化劑。以 PMMA 為基料的光纖，有的亦是將 MMA 原料在擠出機中進行聚合反應后拉成光纖，此亦屬反應擠出，而且需采用排氣式擠出機，以消除光纖中的氣泡。7.低介電常數(shù)和節(jié)材的發(fā)泡擠出料：高頻電纜、射頻電纜、數(shù)據(jù)電纜要求絕緣層的介電常數(shù)與介電損耗要小，中含氣率高達 80%以上的采用擠出時充氮氣的物理發(fā)泡工藝與設備。發(fā)泡絕緣材料的等效介電常數(shù)和等效介質損耗角正切，不僅和發(fā)泡前材料的介電常數(shù)及介質損耗角正切有關，還和材

14、料的發(fā)泡度有關。當材料發(fā)泡前的介電常數(shù)和介質損耗角正切越小時，材料發(fā)泡后的等效介電常數(shù)和等效介質損耗角正切也越??；當材料的發(fā)泡度越大時，發(fā)泡后材料的等效介電常數(shù)和等效介質損耗角正切越小。目前國內用于生產射頻同軸電纜的絕緣料主要是采用HDPE、LDPE 以及成核劑母料混合發(fā)泡的方式。HDPE 因其分子結構呈線性，密度大，支鏈少，所以一般而言，和 LDPE 相比其介電常數(shù)較大，而介質損耗角正切較?。阂驗榻橘|損耗角正切比介電常數(shù)對同軸射頻電纜衰減的影響更大，所以一般將 HDPE 作為發(fā)泡料的主材料。但因其線性結構使得熔體粘度大、彈性低、張力低，不利于產生均勻高發(fā)泡度泡孔結構，因而不能獨立用作高發(fā)泡度

15、材料。目前國內應用較多的進口高密度聚乙烯主要為陶氏化學的 6944 和北歐化工的1123.。這兩種材料的介質損耗角正切都比較小，但價格也非常高。目前，國內相應電纜廠家，都力求選擇國產料，以便降低成本。但國產高密度聚乙烯的介質損耗角正切，基本都比上述兩種材料大，要想彌補國產料的上述一方面盡量選擇介質損耗角正切較小的牌號；另一方面要在電纜特性阻抗允許的情況下盡量提高材料的發(fā)泡度。從材料的物理性能角度來考慮，應當選擇熔指在5g10min 以上的產品。這樣熔體的粘度較小、延展性較好，有利于發(fā)泡；如果選用熔指較小的高密度聚乙烯，則材料的粘度較大，發(fā)泡，擠出時因出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象，電纜絕緣表面亦較粗糙。目前

16、，射頻同軸電纜所用的成核劑母料多為陶氏化學的 0078。此母料為無機成核劑母料，本身的介質損耗角正切較小，在擠出過程中，一般情況下不會受熱分解，亦不會出現(xiàn)極性化學生成物的殘留，可較好地降低電纜的衰減常數(shù)。對于射頻同軸電纜物理發(fā)泡絕緣料，今后主要趨勢是聚乙烯絕緣材料國產化以及成核劑母料的。另外，為了適應射頻同軸電纜更低的衰減和更高的耐溫等級，也可能會選用氟作為發(fā)泡絕緣層，但價格較聚乙烯高的多。除此之外，國外在射頻電纜方面還選用無機材料二氧化硅(Si02)作為發(fā)泡絕緣材料，此種材料生產的電纜不但耐溫等級很高（可高達 1700以上)，而且可承受超大功率，可用于大功率、外太空大功率天線饋線以及其他大功

17、率傳輸場合。為了滿足鐵路數(shù)字信號電纜對發(fā)泡材料的要求，目前一般都采用 HDPE 和成核劑（一般為偶氮二甲酰胺)在雙螺桿中擠出造粒而成。而不像前述兩種電纜的生產，直接用 HDPE、LDPE 和成核劑母料混合后擠出發(fā)泡。單純采用 HDPE 時，發(fā)泡后泡孔強度比較高，這樣就能更好的支撐后續(xù)絞合和工作狀態(tài)中所承受的壓力。對于不斷發(fā)展演變的相關電纜系列，要切實滿足更新的要求，必須要從生產原材料人手，選用發(fā)泡后泡孔強度更大的材料。另外，交大已研制出不降低原有機械性能的微泡閉孔聚烯烴，比重可降低 50%以上，今后將可望用于低壓電線電纜和光纜，既可降低原材料成本，且能節(jié)約大量材料、減輕重量。8.光纖二次被覆擠

18、出料：光纜結構采用了多重防水、阻氣、耐油的保護措施，同時要求光纖在二次被覆管中有一定的余長，不使光纖受到應力作用。其中二次被覆材料目前國內皆為 PBT 管，在擠出過程中同時需充入光纖纖膏，這是一種獨一無二的擠出方式。制造光纜松套管需要使用高黏度的 PBT 樹脂，其特性黏度大于 1.0,并要求特性黏度的一致性好，以保證高速擠出時的穩(wěn)定性，目前連續(xù)法生產的 PBT最高擠出線速度已達 300m/min 以上。由于 PBT 中含有羧基，長期與水接觸會引起水解，而 PTT 不含羧基，耐水性、抗張強度、模量、加工性、尺寸穩(wěn)定性皆較 PBT 為好，目前因產量低價格較高，但量產后價格可與 PBT 相當。與此同

19、時，國外很多光纜制造企業(yè)采用改性 PP 為二次被覆料，除可滿足光纜性能要求外，可降低成本，國內由江陰通信材料公司首先研制成功，並已在多家光纜企業(yè)正式使用。9.壓電纜絕緣擠出料：隨著我國經濟的不斷增長，電力工業(yè)有大的發(fā)展，110kV、220kV 及以上高壓、壓電纜的需求量不斷上升，電纜廠也看到了這類電纜的市場，因此紛紛引進立塔式化學交聯(lián)壓電纜生產線，至今已達上百條，而且還在繼續(xù)增加。而 110kV 及以上的高壓、壓電纜用超凈絕緣料和內外半導電料國內尚未解決，這需要從樹脂的開始，從 PE 的分子結構控制、原料的過程凈化、合理的配方及工藝、雜質檢查、包裝、等各過程的嚴格的質量管理體系。近年來國內有幾

20、家企業(yè)啟動了計劃，聯(lián)合相關院所、公司開展此項工作。浙江萬馬高分子材料公司首先在國內研制出 110kV 高壓電纜料，已有正式產品供應。根據(jù)我國今后大力發(fā)展智能電網(wǎng)的要求，所有高、中、低壓電力電纜都將改為光電復合纜，這是光、電纜最大的融合體,也即電力與通信傳輸?shù)?，為大勢所趨?0.高安全、可靠電纜擠出料：高安全、可靠電纜料需求快速增長，其主要有以下幾方面市場需求：(1)核電電纜用擠出料：我國的核電工業(yè)發(fā)展速度很快，從無到有，據(jù)有關部門規(guī)劃，到 2020 年中國核電裝機容量將達到 7000 萬 kW。而對電纜行業(yè)來說，無疑是一個契機。隨著深入，大量的電纜需要國內供應。然而核電站用電纜種類多，要求高。

21、核電站用 1E 電纜的主要標準要求：1E 級核電站電纜的鑒定試驗程序比較復雜，包括：電纜的型式鑒定試驗針對核級電纜的功能鑒定試驗材料耐熱性評定成品電熱老化試驗耐輻照試驗LOCA 試驗燃燒試驗成品浸水耐壓試驗彎曲試驗等。核電站用電纜需要經過如此大量的苛刻試驗，可見對電纜材料的要求是非常高。否則是核電站電纜連續(xù)使用 60 年要求的。目前核電站用各等級電纜用電纜料普遍采用低煙無鹵阻燃聚烯烴、EPDM 等，并已基本立內。(2)軌道交通機車車輛用擠出電纜料：軌道交通機車車輛電纜的使用特點：使用溫度高，125一 150等級；阻燃性好，滿足電纜的相關燃燒試驗；無鹵、無毒，燃燒時低煙；耐油性要好，部分電纜產品要雙耐油；絕緣和護套材料機械強度要求高；材料的低溫性能好；部分產品要求簿壁絕緣；電性能要求高，要求耐水。GBT12528-2008 交流額定電壓 3KV 及以下軌道交通車輛用電纜標準中，已對軌道交通機