CN103247391A - 交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺，属于电力电缆生产制造技术领域，该工艺流程是：电缆导体放线，上牵引，挤塑机电磁法加热挤包绝缘，经紫外光辐照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料，进入水槽定型冷却，火花机检验，下牵引，收排线。该工艺代替了传统的硅烷交联聚乙烯绝缘电力电缆，节能，缩短了电缆生产周期，节约了生产成本，增加了市场竞争力。

Description

交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺

技术领域

本发明涉及电力电缆生产制造技术领域，具体地说是一种交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺。

背景技术

一般的，传统上电力电缆的生产制造是采用挤塑机的铸铝加热系统，用电量大，耗能高，电缆生产周期长，生产成本比较高，市场竞争力方面受到很大阻碍，在生产速度和产品质量的稳定性上不存在有优势。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，该交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺流程是：电缆导体放线——上牵引——挤塑机电磁法加热挤包绝缘——经紫外光辐照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料——进入水槽定型冷却——火花机检验——下牵引——收排线。

制造电缆时，采用紫外光辐照交联聚乙烯料，挤包电缆绝缘线芯直接通过紫外光辐照设备辐照，由于塑料挤出成型前的高温，与紫外光辐照设备光源产生300度的温度，绝缘电缆线芯通过在紫外光幅照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料。因此代替了传统的硅烷交联聚乙烯绝缘电力电缆，挤包完电缆绝缘线芯后，再通过蒸汽或水煮的办法完成交联工艺。

紫外光交联的原理是：在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料。

该交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺流程具体是：根据预生产电缆型号规格，挑选出挤包电缆绝缘的模芯模套清理干净，安装在电缆挤塑机机头上，打开电源，给挤塑机各区加温，同时上好放线轴、收线轴，拉上牵引绳，压上履带牵引，水槽上满水，主机上料用紫外光辐照交联料，放好高温分色线条，待到各区温度到达后，保温30分钟，然后启动主机，打开电机调速器调速，在排料的同时调整塑料的厚度与偏心度，调整好之后将放线铜铝导体穿过机头模具与牵引线连接牢固，然后给紫外光交联设备送电并设定温度，进行紫外光辐照交联，紫外光辐照交联设备操作是：

1)给设备上电并设定生产温度；

2)对灯管及反光罩进行清洗；

3)将牵引线与经过挤出机包覆膜具的待生产线缆连接，并将接头置于辐照主箱体出口外侧，并将上盖落至最低处，开启各组灯管，升温，主机调速排料，压下上下牵引，开启牵引机，协调好主机与牵引机的速度；经紫外光辐照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料

4)并根据实际状况做相应调整，热延伸控制在70％～110％；

5)进入水槽定型冷却，火花机检验，下牵引，收排线。

其中：挤塑机采用高频电磁控制器连接感应线圈，挤塑机螺筒穿在感应线圈内，挤塑机螺筒上设置有测温点，料斗连接挤塑机螺筒上。

其中：紫外光辐照交联设备包括机柜和紫外线照射灯源，紫外线照射灯源设置有三组，三组紫外线照射灯源分别设置在机柜上，三组紫外线照射灯源同轴线设置，且绕轴线角度交错旋转。

其中：光交联敏化剂采用强效型氮丙啶交联剂如SAC-100，UN-7；多功能聚碳化二亚胺类交联剂如UN-557；光交联敏华剂TPO：2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、封闭型交联剂UN-125F；热塑剂，如聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、EVA、聚苯乙烯；乙丙橡胶、各种氟橡胶、CPE；丙烯酸、苯乙烯型离子交换树脂；聚丙烯酸酯、聚烷基丙烯酸酯；环氧树酯、DAP(聚苯二甲酸二烯丙酯)树酯；聚三烯丙基异三聚氰酸酯；聚苯乙烯的内增塑、苯乙烯与TAIC；TAIC预聚物；高效阻燃剂TBC和阻燃交联剂DABC中的一种或一种以上的混合物。其中：光交联敏华剂TPO：化学名称：2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷，英文名称：2，4，6-Trimethyl Benzoyl Diphenylphosphine Oxide，CASNO：75980-60-8，分子式：C₂₂H₂₁PO₂，分子量：348.5，外观：淡黄色结晶粉末，纯度(C)：≥99.0％，熔点：91.0-94.0℃(摄氏度)，酸值(mgKOH/g)：≥4，挥发份：≤0.2％，灰份：≤0.10％，应用：TPO是一种高效的自由基(1)型光、在长波长范围内都有吸收的高效光引发剂。由于其具有很宽的吸收范围，其有效吸收峰值为350-400nm，一直吸收致420nm左右，它的吸收峰较常规引发剂偏长，经光照后可生成苯甲酰和磷酰基两个自由基，都能引发聚合，因此光固化速度快，它还具有光漂白作用，适合于厚膜深层固化的特性，具有低挥发，适用于水基。本品多用于白色体系，可用于紫外固化树脂、紫外固化粘合剂、光导纤维涂料、抗光蚀剂、复合材料等。本品的使用应根据实际实验的结果，建议添加量为0.5-4％w/w。

它在白色或高钛白粉颜料化表面均能完全固化。涂层不黄变，后聚合效应低，无残留。也可用于透明涂层，对于低气味要求的产品尤其适合。在含苯乙烯体系的不饱和聚酯中单独使用，具有很高引发效能。对于丙烯酸酯体系，尤其是有色的体系，通常需要和胺或丙烯酰胺配合使用，同时和其他光引发剂复配，以达到体系的彻底固化特别适用于低黄变、白色体系和厚的膜层的固化。添加量0.5-3.0％(有色体系)，0.3-2.0％(透明体系)。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

该交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺把原来的挤塑机的铸铝加热系统改造成智能电磁自动加热控温系统，用电量比改造前降低了60％，并引进紫外光辐照交联电缆生产设备，设备名称：UV-1紫外光辐照电缆设备，制造电缆时，采用紫外光辐照交联聚乙烯料，挤包电缆绝缘线芯直接通过紫外光辐照设备辐照，由于塑料挤出成型前的高温，与紫外光辐照设备光源产生300度的温度，绝缘电缆线芯通过在紫外光幅照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料。因此代替了传统的硅烷交联聚乙烯绝缘电力电缆，挤包完电缆绝缘线芯后，再通过蒸汽或水煮的办法完成交联工艺。能够达到节能50％，缩短了电缆生产周期，节约了生产成本，增加了市场竞争力。

紫外光辐照交联设备适用于聚乙烯或低烟无卤阻燃聚烯烃低压电线电缆的在线交联生产，交联厚度最大可达到2.0mm左右(非阻燃型高密度或线性低密度聚乙烯电缆料)。利用紫外光交联技术具有生产速度快、质量稳定、在线交联等优势，以普通交联聚乙烯电缆为例，热延伸稳定控制在100％左右时，不同线径及标称绝缘厚度的生产速度可控制，在给出的速度内生产，保证交联度符合标准要求。

该交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺设计合理、工艺技术易操控、生产制作安全可靠，具有很好的推广使用价值。

附图说明

附图1是本发明的工艺流程示意图；

附图2是本发明的电磁加热挤塑机的工作原理示意图；

附图3是本发明的电磁加热挤塑机的结构示意图；

附图4是本发明的紫外光辐照交联设备的结构示意图。

附图中的标记分别表示：

1、放线装置，2、上牵引，3、挤塑机，4、紫外光辐照交联设备，5、冷却水槽，6、下牵引，7、收线装置，8、高频电磁控制器，9、感应线圈，10、测温点，11、挤塑机螺筒，12、料斗，13、紫外线照射灯源，14、机柜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺作以下详细说明。

本发明的交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺是：电缆导体放线——上牵引——挤塑机电磁法加热挤包绝缘——经紫外光辐照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料——进入水槽定型冷却——火花机检验——下牵引——收排线。

其中：挤塑机采用高频电磁控制器8连接感应线圈9，挤塑机螺筒11穿在感应线圈9内，挤塑机螺筒11上设置有测温点10，料斗12连接挤塑机螺筒11上。

其中：紫外光辐照交联设备包括机柜14和紫外线照射灯源13，紫外线照射灯源13设置有三组，三组紫外线照射灯源13分别设置在机柜上，三组紫外线照射灯源13同轴线设置，且绕轴线角度交错旋转。

其中：光交联敏化剂采用强效型氮丙啶交联剂如SAC-100，UN-7；多功能聚碳化二亚胺类交联剂如UN-557；封闭型交联剂UN-125F；热塑剂，如聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、EVA、聚苯乙烯；乙丙橡胶、各种氟橡胶、CPE；丙烯酸、苯乙烯型离子交换树脂；聚丙烯酸酯、聚烷基丙烯酸酯；环氧树酯、DAP(聚苯二甲酸二烯丙酯)树酯；聚三烯丙基异三聚氰酸酯；聚苯乙烯的内增塑、苯乙烯与TAIC；TAIC预聚物；高效阻燃剂TBC和阻燃交联剂DABC中的一种或一种以上的混合物。

其中，紫外光交联的原理是：在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料。

依靠外加光引发剂来引发交联。所谓光引发剂是指吸收适当波长及强度的紫外光能后，自身裂解成自由基或通过激发态的能量转移进而引发一系列自由基反应的物质，但只用光引发剂仍然不能满足工业生产的要求，必须采用强化交联的光引发体系。在强化交联光引发体系中，至少增加了一个新的组分即多能团交联剂。交联剂的加入大大地加速了光交联过程，尤其是在交联反应的初期，与未加交联剂的体系相比，加入了交联剂的体系经5s光照后，凝胶含量从不足10％急剧上升至65％以上。交联剂均含有两个或多个不饱和结构，交联剂主要通过形成烯丙基自由基参与交联反应。在强化交联体系中，交联剂的作用主要表现在以下几个方面：

(1)提高光引发剂的量子效率。根据聚乙烯光交联动力学方程，光引发剂的量子效率K₁可表示为：

$\mathrm{KI}=\frac{k2\left[P\right]+k3\left[T\right]}{k-1+k2\left[P\right]+k3\left[T\right]}$

式中，T为交联剂；P为引发剂；K_-1为光引发剂失活效率常数；K₂为聚合物与引发剂的反应效率常数。由于交联剂中的烯丙基氢比聚合物链上的氢原子更活泼，更容易被激发态的光引发剂夺取，即K₃＞＞K₂，所以K₁≈1。这说明多官能团交联剂的参与抑制了激发态光引发剂的活化反应，使更多的激发态光引发剂用于引发反应。

(2)加快交联反应的速率。当不存在交联剂时，交联仅能通过两个大分子自由基直接复合形成。由于大分子链活动性差，两个大分子自由基碰撞的几率很低。其次，由于交联剂分子具有多个官能团，因此可以作为桥梁实现两个大分子自由基联接；小分子的活动性好得多，又与大分子自由碰撞的几率大得多，这大大加速了交联的形成。

(3)改善交联的均匀性。光引发产生的交联剂烯丙基自由基相对稳定，并不立即消失，可继续与其它交联剂发生反应，将自由基引入样品的深层，增加了深部聚乙烯交联的几率，这在很大程度上解决了紫外光穿透性差的缺点，改善了交联的均匀性。

光交联敏化剂引发有机小分子的光学反应机制，聚乙烯光引发的机理：

1)引发剂吸收紫外光能量，跃迁到单重激发态，经系统内部跃迁转化为更为稳定的三重激发态：

2)引发剂在PE链上夺氢产生大分子自由基(P·)而本身形成游基(K·)

3)游基复合成引发剂光解产物

K·+K·→K-K

4)大分子自由基复合形成交联键

P·+P·→P-P

电缆机组紫外光交联电缆设备操作规程为：

依据生产计划单上电缆型号规格，挑选出挤包电缆绝缘的模芯模套清理干净，安装在电缆挤塑机机头上，打开电源开关，给挤塑机各区加温，设定温度分别为l区160度、2区165度、3区、170度、4区180度、5区190度、6区198度(依据塑料的塑化程度在正负10度范围内调整)。同时上好放线轴、收线轴，拉上牵引绳，压上履带牵引，水槽上满水，主机上料用紫外光辐照交联料，放好高温分色线条，待到各区温度到达后，保温30分钟，然后启动主机按钮，主机起动，打开电机调速器调速，在排料的同时调整塑料的厚度与偏心度，厚薄用松紧机头压盖的方法，松厚压薄，偏心调节机头上的四个调节螺栓，薄松厚紧。用刀片拉开塑料管检查厚薄偏心度，厚薄偏心度保证在95％以上，符合要求后，将放线铜铝导体穿过机头模具与牵引线连接牢固，接头用胶带缠平。然后给紫外光交联设备送电并设定温度，紫外光辐照交联设备的使用非常方便，生产时具体的操作方法如下：

1)给设备上电并设定生产温度为A区300℃、B区300℃、C区300℃依据绝缘厚度可进行300～320℃调整。

2)打开上盖，对灯管及反光罩进行清洗。

具体方法为：用脱脂棉蘸无水酒精擦拭灯管壁表面，去除灰尘(高温时细微颗粒会加速石英玻璃灯管壁的失透而缩短灯管使用寿命)并擦拭反光罩表面保证较高的反射效果；

3)将牵引线与经过挤出机包覆膜具的待生产线缆连接，并将接头置于辐照主箱体出口外侧，并将上盖落至最低处。

开启各组灯管，待温度升至100～150℃时(约为10秒到15秒)，主机调速排料，压下上下牵引，开启牵引机，协调好主机与牵引机的速度，即达到正常生产。

紫外光辐照交联设备适用于聚乙烯或低烟无卤阻燃聚烯烃低压电线电缆的在线交联生产，交联厚度最大可达到2.0mm左右(非阻燃型高密度或线性低密度聚乙烯电缆料)。利用紫外光交联技术具有生产速度快、质量稳定、在线交联等优势，以普通交联聚乙烯电缆为例，热延伸稳定控制在100％左右时，不同线径及标称绝缘厚度的生产速度可控制，可控制在给出的速度内生产，保证交联度符合标准要求。生产1.8/3KV的电缆绝缘厚度2.0毫米牵引速度5米/分，经试验，A区，电源关闭，开启B、C两区即可带到技术要求。

4)并根据实际状况做相应调整。热延伸控制在70％～110％较为理想。进入水槽定型冷却，火花机检验，下牵引，收排线。

5)生产完毕，关闭牵引机。及各设备电源。

6)关闭各组辐照灯管，按下操作区各个红色“停止”按钮。此时风机将会持续工作约5～6分钟(电容亦不允许频繁充放电，两次间隔至少为5分钟)以迅速降低辐照主箱体内的温度，排除剩余的臭氧气体。

7)打开辐照主箱体上盖将线缆尾部取出。并做必要的清理工作。

8)闭合主箱体上盖。

9)关闭电源开关，如长期不使用，请关闭总电源开关。

辐照交联设备生产过程中应注意事项如下：

1)差箱体外罩温度较高，小心高温烫伤。

2)主箱体上盖必须下降到最低位置。

3)不可直视主箱体两端进出线口，以免灼伤眼睛。

4)避免辐照灯源发出的光线直射皮肤表面，以免紫外线伤害。

5)当照射效率降低时，请对生产速度做适当调整。

工艺过程中关键点控制：

1)控制塑料挤塑机的温度使塑料从料斗通过螺杆各区加热塑化良好，均匀的挤包在电缆导体上。

2)控制牵引速度，达到交联料与紫外光发生化学变化，使交联料有线型结构变成网型结构变成热固性材料。

3)控制紫外光交联设备的温度才能达到交联聚乙烯充分交联的目的。

该交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺采用环保节能挤塑机电磁法加热，紫外光辐照交联设备，可广泛生产无卤低烟阻燃交联聚乙烯绝缘电力电缆。

Claims (5)

1.交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺，其特征在于该工艺流程是：电缆导体放线——上牵引——挤塑机电磁法加热挤包绝缘——经紫外光辐照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料——进入水槽定型冷却——火花机检验——下牵引——收排线。

2.交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺，其特征在于该工艺流程是：根据预生产电缆型号规格，挑选出挤包电缆绝缘的模芯模套清理干净，安装在电缆挤塑机机头上，打开电源，给挤塑机各区加温，同时上好放线轴、收线轴，拉上牵引绳，压上履带牵引，水槽上满水，主机上料用紫外光辐照交联料，放好高温分色线条，待到各区温度到达后，保温30分钟，然后启动主机，打开电机调速器调速，在排料的同时调整塑料的厚度与偏心度，调整好之后将放线铜铝导体穿过机头模具与牵引线连接牢固，然后给紫外光交联设备送电并设定温度，进行紫外光辐照交联，紫外光辐照交联设备操作是：

1)给设备上电并设定生产温度；

2)对灯管及反光罩进行清洗；

3)将牵引线与经过挤出机包覆膜具的待生产线缆连接，并将接头置于辐照主箱体出口外侧，并将上盖落至最低处，开启各组灯管，升温，主机调速排料，压下上下牵引，开启牵引机，协调好主机与牵引机的速度；经紫外光辐照交联设备主体箱时，在聚烯烃为基础树脂中加入适量的光交联敏化剂，利用聚烯烃材料加热挤出时是透明状态的特性将紫外光辐照聚焦透射照入材料，高能紫外光引发光交联敏化剂形成自由基并进一步诱导聚烯烃单元产生大分子自由基，自由基之间通过键合作用形成交联聚烯烃材料；

4)并根据实际状况做相应调整，热延伸控制在70％～110％；

5)进入水槽定型冷却，火花机检验，下牵引，收排线。

3.根据权利要求1或2所述的交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺，其特征在于所述的挤塑机采用高频电磁控制器连接感应线圈，挤塑机螺筒穿在感应线圈内，挤塑机螺筒上设置有测温点，料斗连接挤塑机螺筒上。

4.根据权利要求1或2所述的交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺，其特征在于所述的紫外光辐照交联设备包括机柜和紫外线照射灯源，紫外线照射灯源设置有三组，三组紫外线照射灯源分别设置在机柜上，三组紫外线照射灯源同轴线设置，且绕轴线角度交错旋转。

5.根据权利要求1或2所述的交联聚烯烃绝缘电力电缆制作工艺，其特征在于所述的光交联敏化剂采用强效型氮丙啶交联剂如SAC-100，UN-7；多功能聚碳化二亚胺类交联剂如UN-557；光交联敏华剂TPO：2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、封闭型交联剂UN-125F；热塑剂，如聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、EVA、聚苯乙烯；乙丙橡胶、各种氟橡胶、CPE；丙烯酸、苯乙烯型离子交换树脂；聚丙烯酸酯、聚烷基丙烯酸酯；环氧树酯、DAP(聚苯二甲酸二烯丙酯)树酯；聚三烯丙基异三聚氰酸酯；聚苯乙烯的内增塑、苯乙烯与TAIC；TAIC预聚物；高效阻燃剂TBC和阻燃交联剂DABC中的一种或一种以上的混合物。

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