CN1218963A - 光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备,本方法包括将聚烯烃基料、饱和石蜡烃、光引发剂、多功能团交联剂、复合抗氧剂、光稳定剂及其它添加剂按一定配比和程序进行配料、混炼造粒、挤塑包覆聚烯烃层,在紫外光交联设备中,于大气下进行紫外光交联以及成品电缆的后续加工工艺。本发明光交联法可生产绝缘层厚度原则上不受限制的聚烯烃绝缘电缆,而且工艺简单,设备体积小,机动性好,易对原电缆生产线稍加改造就可实施光交联工艺流程,投资少,产品具有优良的耐压、耐热和机械力学等性能。
Description
本发明涉及光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备，尤其是在空气中紫外光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其紫外光交联立式或卧式设备。
传统电线电缆的聚乙烯绝缘层或护层的交联方法主要有化学法(如过氧化物的连续硫化法和硅烷法)和辐射法(如高能电子束和γ-辐射)。这两种方法投资大，设备造价高，工艺技术比较复杂，安全操作和运转维护条件苛刻。九十年代EP490854公开了聚乙烯光交联在氮气环境下进行并使用新合成的光引发剂的必要性。中国专利(申请号分别为91103158.8和91208158.9)也公开了光交联聚乙烯电线电缆的生产需要在氮气环境中进行，并指出：“使电线电缆在通氮气的石英管内进行光交联，以防止交联层表面氧化”。因此，为了防止光照过程中材料的氧化，聚乙烯光交联应在氮气氛保护下进行，故在其连续化交联生产设备内要放置一石英玻璃管，并不断地通入氮气以保持一定的惰性气氛。这样一来，将给聚乙烯光交联的连续化工业生产带来诸多不便，并大大增加了产品的成本。首先，由于石英管的放入，使得在其中通过的电缆线上高聚物包覆层表面温度的控制带来困难。其次，光交联反应体系中的光引发剂、交联剂以及各种添加剂在较高的交联温度下(通常的挤出温度160～200℃)会挥发而后冷凝、碳化在石英管内壁上而造成污染，对紫外光产生屏蔽作用，影响高聚物上的辐照剂量，从而影响光交联的效率。发明人的实验表明，石英管内壁沉淀污染速度很快，少则几小时，多则2-3天，无法正常生产。要清除污染则需中断生产，导致产量的降低。
JP050288632A涉及的光交联聚烯烃绝缘层厚度(包括发泡层)仅为0.2～0.5mm外加涂层厚度为20μ的小尺寸电线。这涂层除了在该专利中所述的提高电线表面的耐磨性能外，实际上还起着隔绝空气氧对聚烯烃绝缘层光交联的影响。因此，在现有的光交联技术中，还没有一种方法能使聚烯烃光交联直接在空气中进行，并制造出大尺寸、厚绝缘层的电缆。
中国专利申请号91208158.9涉及紫外光交联聚乙烯电线电缆的生产设备。生产试验表明，该设备除了由于使用了石英管而给工业生产带来诸多不便之外，还存在着光能的利用率低、光照的均匀性差以及温度分布不均和温度控制困难，以至使光交联聚乙烯电缆产品的热老化性能不符合产品质量的要求等致命缺点。
本发明人经过广泛深入研究和生产实践克服了上述现有技术不足，提供一种工艺设备简单，效率高，无需消耗氮气，成本低，绝缘层厚度原则上无限制的聚烯烃绝缘电缆的生产方法和设备。
本发明目的是提供一种可以直接在空气中进行光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备。本发明另一目的是提供一种紫外光交联方法来制造大尺寸，绝缘层厚度原则上不受限制的聚烯烃电缆。
本发明的光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法包括光交联聚烯烃的配料，混炼造粒，导体线芯上挤塑包覆绝缘层，在紫外光交联设备中进行紫外光照交联，以及成品电缆的后续加工工艺步骤：1、光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为：
A．聚烯烃基料 100
B．饱和石蜡烃 0.1-10.0
C．光引发剂 0.1-5.0
D．多官能团交联剂 0.1-5.0
E．复合抗氧剂 0.01-1.0
F．光稳定剂 0.01-1.0
G．其它添加剂 0.01-5.0优选配料比为
A．聚烯烃基料 100
B．饱和石蜡烃 1.0-5.0
C．光引发剂 0.8-1.2
D．多官能团交联剂 0.8-1.5
E．复合抗氧剂 0.3-0.6
F．光稳定剂 0.4-0.5
G．其它添加剂 3-42、混炼造粒步骤
将上述配料中B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造料成2-10mm3大小的粒料。3、挤塑包覆聚烯烃层步骤
将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm。对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法。4、在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤
紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的。紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm、功率密度在100-450mW/cm2、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联。电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内。紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性，使光交联电缆生产速率提高了1-2倍。
紫外光交联立式设备，适用于截面大于或等于185mm2粗线电缆生产。
紫外光交联卧式设备，适用于截面小于185mm2的小线生产。5、成品电缆的后续加工步骤
光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，如绞合、挤塑护套以及铠装等工序。
在上述光交联聚烯烃绝缘电缆的生产中，还可采用低压汞灯预辐照装置清除聚烯烃绝缘层上表面氧，以替代上述方法中光交联聚烯烃配料成分中的饱和石蜡烃起到相同作用与效果，其步骤如下：1、光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为：
A．聚烯烃基料 100
B．光引发剂 0.1-5.0
C．多官能团交联剂 0.1-5.0
D．复合抗氧剂 0.01-1.0
E．光稳定剂 0.01-1.0
F．其它添加剂 0.01-5.0
优选配料比为
A．聚烯烃基料 100
B．光引发剂 0.8-1.2
C．多官能团交联剂 0.8-1.5
D．复合抗氧剂 0.3-0.6
E．光稳定剂 0.4-0.5
F．其它添加剂 3-42、混炼造粒步骤
将上述配料中B、C、D、E、F各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造料成2-10mm3大小的粒料。3、挤塑包覆聚烯烃层步骤
将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm。对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法。4、表面除氧步骤
低压汞灯辐照装置距挤塑机机头30cm，采用国产ZXZ直管型40W低压汞灯，3-6只，沿电缆轴线均匀排列。光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm。经低压汞灯表面脱氧之后，立即进入紫外光照设备进行光交联。5、在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤
紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的。紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm、功率密度在100-450mW/cm2、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联。电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内。紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性，使光交联电缆生产速率提高了1-2倍。
紫外光交联立式设备，适用于截面大于或等于185mm2粗线电缆生产。
紫外光交联卧式设备，适用于截面小于185mm2的小线生产。6、成品电缆的后续加工步骤
光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，如绞合、挤塑护套以及铠装等工序。
在光交联聚烯烃配料中
A聚烯烃基料，包括低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，线型低密度聚乙烯(LLDPE)，超低密度聚乙烯或与乙烯的共聚物，例如：乙酸已酯，丙烯酸酯类或异丙烯酸酯类(例如：丙烯酸已酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甘油酯)，丙烯等与乙烯的共聚物；由无水马来酸，延胡索钠酸，丙乙烯，异丁烯接枝到聚乙烯而形成的改性聚乙烯；聚丙烯，聚丁烯，聚(4-甲基-1-戊烯)等其它的端烯烃聚合物；聚氯乙烯，聚苯乙烯等置换的聚乙烯；其它乙丙共聚物如(乙烯丙烯二烯)三元共聚物(EPDM)；以及由上述两种或两种以上树脂的组合。
其中优选为LDPE,LLDPE,HDPE，或聚乙烯与乙丙三元共聚物EPDM的共混物(其共混比例优选为70/30)。
B饱和石蜡烃，通式为CnH2n+2(12＜n＜50)，为固体石蜡，液体石蜡和微晶石蜡等。优选为微晶石蜡，优选用量为1.0-5.0。其中以二十四烷烃和三十三烷烃为最优选。这些低分子量化合物能在聚烯烃配料的熔融挤出温度下迅速迁移到表面形成一层很薄的保护层，防止在空气中进行光交联时光交联聚烯烃(XLPE)表面的进一步氧化，而本身在光引发反应中接枝到聚乙烯上。
C光引发剂，其吸收紫外线波长范围为250-450nm，可分为分子内裂解型和分子间夺氢型两种。夺氢型光引发剂可以是芳香酮类，如二苯甲酮(BP)或其衍生物2-氯苯酮(2-CBP)、4-氯苯酮(4-CBP)、或4,4-二氯苯酮(4,4’-DCBP)，占吨酮，蒽醌，芴酮等。裂解型光引发剂可以是芳香脂肪酮，如瑞士汽巴-嘉基(Ciba-Geigy)有限公司生产商标如下，光引发剂二烷氧基苯乙酮Irgacure184(I-184)、Irgacure369(1-369)，安息香双甲醚Irgacure651(I-651),Irgacure907(I-907),Darocur1173(D-1173),Irgacure1700(I-1700),Irgacure2959(I-2959),Darocur4265(D-4265)等，上述的光引发剂可单独使用，也可两种或两种以上的光引发剂复合而成，但以采用复合光引发剂的效果最佳。当单独使用时夺氢型光引发剂更为有效，其中含氯苯酮如4-氯苯酮(4-CBP)和4,4-二氯苯酮(4,4’-DCBP)为优选光引发剂，优选量为0.8-1.2。当采用夺氢型/裂解型复合光引发剂时，其效果最佳。其优选配合为苯酮类与裂解型光引发剂二烷氧基苯乙酮(光引发剂184)和安息香双甲醚(光引发剂651)，两者的优选比例为0.7/0.3。
D多官能团交联剂，可以是三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三聚异氰酸三烯丙酯(TAIC)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三烯丙醚(TMPAE)、季戊四醇三烯丙醚(PETAE)、季戊四醇四烯丙醚、三甘醇甲基丙烯酸酯(TEGMA)或其混合物。优选为三聚氰酸三烯丙酯(TAC)和三聚异氰酸三烯丙酯(TAIC)，优选用量为0.8-1.5。
E抗氧剂，有酚类抗氧剂、亚磷酸酯类、磷酸酯类和含硫酯类等，如2,6-二特丁基苯酚，2,4,6-三特丁基苯酚(抗氧剂246)，4,4’-硫代双(6-特丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300#)，四[亚甲基-3-(3’,5’-二特丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)等；亚磷酸酯类和磷酸酯类，如亚磷酸三苯酯(TPP)、亚磷酸三(2,4-二特丁基苯基)酯(抗氧剂168)、亚磷酸三异辛酯(TIOP)、磷酸三苯甲酯等；含硫酯类，如硫代二丙酸二月桂酯(DLTP)、硫代二丙酸月桂十八酯(LSTP)、硫代二丙酸二(十三)酯(DTDTP)等，优选量为0.3-0.6。以上两种或两种以上抗氧剂的组合构成复合抗氧剂。
复合抗氧剂为酚类抗氧剂与亚磷酸酯类、含硫酯类为其优选配合，如四[亚甲基-3-(3’,5’-二特丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)与亚磷酸三苯酯(TPP)、亚磷酸三(2,4-二特丁基苯基)酯(抗氧剂168)、硫代二丙酸二月桂酯(DLTP)等的配合尤佳，二者优选比为1∶1。
F光稳定剂，有受阻胺类光稳定剂，如瑞士汽巴-嘉基公司的商品癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯)(光稳定剂770)、丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物(光稳定剂622)和2,2′-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍-正丁胺络合物(光稳定剂1084)。意大利Chimosa公司的商售Chimassorb944(光稳定剂944)。其中以聚合物型光稳定剂效果最佳，如丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物(光稳定剂622)等。优选量为0.4-0.5。
G其它添加剂，都是电缆制造中公知助剂，根据品种需要选择加入不同添加剂，主要包括润滑剂和热稳定剂，主要有硬酯酸钙，硬酯酸锌，硬酯酸钡，硬酯酸铅等。这些添加剂既可用作润滑剂，又可用作热稳定剂，优选量为3-4份。
所述紫外光交联设备：包括电源、冷却介质流量调节器、控制器和一个或多个紫外光照箱结构单元见图1-2为紫外光照箱结构单元示意图及侧示图：所述控制器包括紫外灯管电源和风机的电源控制开关、电源电压显示、灯管电流显示以及各测温点的温度显示等；紫外光照箱每个结构单元的两个端面上分别开有供待交联电缆进出的孔1和2；紫外光源3由一组或多组沿待交联电缆中心轴线4方向依次排列的紫外高压汞灯及其反光罩在围绕中心轴线360°空间圆周上均匀分布设置组成；所述紫外光源3的每个紫外高压汞灯管两侧分别装有两个反光罩5、6。其横截面组成椭圆形，靠近灯管一侧反光罩5的横截面是半个或大半个椭圆形，相应另一侧反光罩6的横截面是该椭圆的一小部分，其间留有方便通风和操作用的缝隙；紫外高压汞灯管安装在该椭圆的一焦点处，而使另一个焦点正好落在待交联电缆通过的位置即中心轴线4上；反光罩5的顶部开有孔或槽7；光源和反光罩固定在与外壳不直接接触的支架12上；紫外光照箱的冷却介质进口8和/或出口9处分别装有至少一个用于控制冷却流量的活动挡板10；在箱体内靠近光照区的冷却介质通道上装有用于分配冷却介质流量分布的开孔隔板11。
根据待交联电线电缆的粗细规格：所述两反光罩5、6的横截面组成的椭圆焦距一般可在3-30cm范围内选择，长半轴一般可在10-40cm范围内选择见图3为每组反光罩的形状和配置示意图。
所述活动挡板10可以是插入冷却介质流经风道内的金属板，通过改变金属板插入的深度来改变冷却介质的流量。或由固定和活动的两块大小相同、互相平行重叠的平板组成，在两块板上开有完全相同的数个孔洞；当两块板重合时，所有的孔也完全重合此时该通道处于全开启状态；当将活动的一块板部分抽出时，两块板上的孔部分重合，该通道部分开启；当将活动板抽至最大位置时，所有的孔完全不重合，该通道完全关闭。活动挡板10还可由两块开有完全相同数个孔洞的、弧形重叠方式的弧形板组成，其挡板控制原理与平板的一样，只是固定和活动的两块板都采用圆弧形，它适用于与圆筒形箱体或管道器壁相配合见图4-7为活动档板侧视和俯视图。
分配冷却介质流量分布用的开孔隔板11一般可安装在上盖板内靠近光照区上方的冷却介质通道上，也可以安装在冷却介质进口内或其它能控制温度分布的地方；可以根据各处温度的不同分布，在隔板11上开孔径大小或密度不同的孔，温度较高处开较大或较密的孔，温度较低处开较小或较稀的孔，以此来分配冷却介质流量使其在光照区内合理分布，使光照区内温度更为均匀。
光交联设备的紫外光照箱一般可采用卧式放置；但当待交联电缆的线径超粗、线体很重时，则整个箱体采用垂直立式设置更为有利，此时将其进风口8设置在箱体下部靠近下端面的箱壁或下端面上，出风口9设置在箱体上部靠近上端面的箱壁或上端面上；光照箱的箱体可采用圆柱体或其它形状，竖立放于生产线中。
紫外光源的反光罩由分别安装在紫外灯管两侧的两个横截面合起来呈椭圆形的反光罩5、6组成，紫外光灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在待交联电缆通过的位置上，使光源发出的紫外光更好地汇聚在处于椭圆另一焦点处的待交联电缆上，从而使光源得到更充分地利用，且光照的均匀性更加提高；反光罩6的使用不仅充分利用了原散失浪费的光，而且由于该反光罩反射的光可照在待交联电缆的背面，保证了电缆背面的光照强度和均匀性，提高了光交联的质量，提高了光交联电缆的交联度和机械力学性能以及电气性能，使本设备能适用于生产截面积较大的粗电缆。
在冷却介质进出口处分别增设了用于控制冷却介质流量的活动挡板10和分配冷却介质流量分布用的开孔隔板11，可方便地调节控制冷却介质流量和分布；反光罩5顶部开的孔或槽7可散发光源和反光罩区间的热，从而可使反光罩的温度不致太高；上述措施可使本装置在提高光交联功率的情况下箱体内温度易于控制不致太高(可控制在室温-250℃之内)，且温度分布更均匀，不仅延长了灯管和反光罩的使用寿命，而且提高了电缆的交联质量，使本设备能适用于生产截面积超大的粗规格电缆。
当待交联电缆的线径较粗、线体较重时，整个箱体采用竖直式放置，由于电缆是垂直进入光照箱体通过中心轴线，挤塑在线芯外熔融态的高聚物材料也呈垂直状态；从而不易造成因重力而偏心；避免了卧式光照箱中由于电缆过重下垂而引起的绝缘层或护层的偏心以及电缆待光照交联部分不能准确通过光照区的中心轴线而影响电缆的交联质量等问题，为生产紫外光交联电缆提供了适用可靠的设备，见图8-9为立式示意图。
该紫外光交联设备简单、体积小、能耗省、效率高、机动性好、不需专用厂房、投资少、易操作实施等特点，还极大地提高了光源的利用率和光照的均匀性，可使光交联电缆生产速度提高1-2倍；由于提高了光照箱内温度的控制性能和温度分布的均匀性，从而极大地提高了光交联产品的热老化性能。可生产各种小尺寸光交联电线(如控制电缆)以及大尺寸、厚绝缘层的光交联电力电缆。
本发明方法生产的光交联聚烯烃绝缘材料具有优良的机械力学性能和电学性能(见表1)，长期耐温等级可达125℃以上，其各项技术指标全部达到或超过了目前我国电线电缆行业35KV交联聚乙烯电缆用绝缘材料的标准。绝缘层厚度小于3mm的聚烯烃电缆可用一次光照交联，3mm及以上的电缆可采用多层挤塑、分次光照的工艺方法来制造。由于光交联在熔融态和给定的工艺条件下进行，光交联聚烯烃层间结合非常紧密，如同一次挤出光照的交联材料一样。
与传统的化学交联或高能辐射交联相比，本发明聚烯烃光交联电缆生产方法及其紫外光交联设备具有以下显著优点：
1、设备投资少，运转操作容易，电缆产品的成本低，且质量优良，特别是电气性能和热老化性能，长期耐温等级可达125℃以上。
2、设备占用面积小，不需专用厂房，只需在原有的电线电缆生产线上加入紫外光照设备，即可利用原有生产线来生产交联电缆产品，且实施简单，容易推广应用。
3、工艺简单，能耗省，效率高，对环境无污染。
与现有的光交联技术相比，本发明的特定配方或低压汞灯预辐照脱氧工艺能使聚烯烃光交联直接在空气中进行，且可生产大尺寸电缆产品，其绝缘层厚度原则上不受光交联本身条件的限制。本发明中光交联设备的工艺参数设计独特，工作温度均匀稳定且容易控制，光照强度大，光能利用率高，比原先的光交联生产效率提高了1-2倍。
用下列实施例来进一步详细说明本发明光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法，但本发明并不限于所列出实施例，在本技术领域中普通技术人员所作变动都属于本发明权利要求中所保护范围。
实施例一：KYJV22-450/750 4×2.5交联聚乙烯绝缘控制电缆生产方法(1)低密度聚乙烯绝缘电缆配料：
(2)混炼造粒：将B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后在双螺杆挤塑机中混炼，挤出造成4mm3大小的粒料。(3)挤塑包覆：将上述粒料加入预热到100-150℃的塑料挤出机内，在机头温度150-180℃下将聚乙烯挤出，均匀包覆截面积为2.5mm2在铜导电线芯上，包覆层标称厚度0.8mm。(4)紫外光交联：采用如图1所示的卧式光交联设备，紫外光照箱距挤塑机机头30cm，采用6只国产GGZ6000直管型紫外灯，沿电缆轴线方向均匀排列。紫外灯采用了椭圆形反射面设计的高效反光聚焦系统。光源与包覆聚乙烯层相距7cm，光照区工作温度110-160℃，电缆牵引速度为30米/分钟。(5)成缆工艺：
| A.LDPE 100 | E.抗氧剂1010 0.8+DLTP 1.0 |
| B.微晶石蜡n-C33H68 3 | F.光稳定剂622 0.5 |
| C.4-CBP 1.5 | G.硬酯酸钙 4.0 |
| D.TAIC 2.0 |
光交联聚乙烯绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，将四根带有色标的电缆绞合在一起，外边挤塑护套以及铠装等。
上述控制电缆绝缘材料性能检测数据如下：
| 凝胶含量(％) | 热延伸(％) | 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 绝缘电阻Ω·cm | ||||
| 老化前 | 老化后 | 变化率 | 老化前 | 老化后 | 变化率 | |||
| 79 | 80 | 19.3 | 20.5 | +6.2％ | 550 | 500 | -9.1％ | 1.1×1016 |
*老化条件：158℃×168小时
实施例二：KYJV22-450/750 4×2.5交联聚乙烯绝缘控制电缆生产方法
本实施例采用了实施例一中相同的卧式光交联设备，但使用了复合光引发剂，夺氢型4-CBP/裂解型光引发剂651的比例为1.0/0.5。(1)低密度聚乙烯绝缘电缆配料：
(2)混炼造粒：将B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后在双螺杆挤塑机中混炼，挤出造成4mm3大小的粒料。(3)挤塑包覆：将上述粒料加入预热到100-150℃的塑料挤出机内，在机头温度150-180℃下将聚乙烯挤出，均匀包覆截面积为2.5mm2在铜导电线芯上，包覆层标称厚度0.8mm。(4)紫外光交联：采用实施例一中相同的卧式光交联设备，紫外光照箱距挤塑机机头30cm，光源与包覆聚乙烯层相距7cm，光照区工作温度110-160℃，电缆牵引速度为40米/分钟。(5)成缆工艺：
| A.LDPE 100 | E.抗氧剂1010 0.8+DLTP 1.0 |
| B.微晶石蜡n-C33H68 3 | F.光稳定剂622 0.5 |
| C.4-CBP1.0+光引发剂651 0.5 | G.硬酯酸钙 4.0 |
| D.TAIC 1.5 |
光交联聚乙烯绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，将四根带有色标的电缆绞合在一起，外边挤塑护套以及铠装等。
上述控制电缆绝缘材料性能检测数据如下：
| 凝胶含量(％) | 热延伸(％) | 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 绝缘电阻Ω·cm | ||||
| 老化前 | 老化后 | 变化率 | 老化前 | 老化后 | 变化率 | |||
| 80 | 70 | 20.2 | 21.0 | +4.0％ | 500 | 480 | -4％ | 1.5×1016 |
*老化条件：158℃×168小时
由此可见，使用了复合光引发剂的效果更佳，因为与实施例一相比，在增加生产速度(40米/分钟)的情况下，其绝缘材料的凝胶含量和抗张强度均略有提高。
实施例三：YJV22-0.6/1 4×50+1×25交联聚乙烯绝缘电力电缆生产方法(1)线型低密度聚乙烯绝缘电缆配料：
(2)混炼造粒：将B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后在双螺杆挤塑机中混炼，挤出造成4mm3大小的粒料。(3)挤塑包覆：将上述粒料加入预热到110-160℃的塑料挤出机内，在机头温度160-200℃下将混合料挤出，均匀包覆在铝导电线芯上，包覆层标称厚度1.0mm(截面积为50mm2)或0.8mm(截面积为25mm2)。(4)紫外光交联：采用实施例一中的卧式光交联设备。紫外光照箱距挤塑机机头30cm。光源与包覆聚烯烃层相距7cm，光照区工作温度120-180℃，电缆牵引速度为25米/分钟。(5)成缆工艺
| A.LLDPE 100 | E.抗氧剂168 0.8+DTDTP 1.5 |
| B.n-C48H98 5.0 | F.光稳定剂1084 0.4 |
| C.4,4’-DCBP 1.2 | G.硬酯酸钡 3.5 |
| D.TAC 1.5 |
光交联聚乙烯绝缘层制造完成之后，进行产品电缆的生产，将四根50mm2电缆和一根25mm2电缆绞合，外加挤塑护套以及铠装等。
上述电力电缆绝缘材料性能检测数据如下：
*老化条件：158℃×168小时
| 凝胶含量(％) | 热延伸(％) | 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 绝缘电阻Ω·cm | ||||
| 老化前 | 老化后 | 变化率 | 老化前 | 老化后 | 变化率 | |||
| 82 | 65 | 22.0 | 22.8 | +3.6％ | 600 | 590 | -1.7％ | 3.0×1016 |
实施例四：KYJV22-450/750 4×2.5交联聚乙烯绝缘控制电缆生产方法(1)聚烯烃绝缘电缆配料：
(2)混炼造粒：将B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后在双螺杆挤塑机中混炼均匀，挤出造成4mm3大小的粒料。(3)挤塑包覆：将上述粒料加入预热到110-160℃的塑料挤出机内，在机头温度160-190℃下将聚乙烯挤出，均匀包覆截面积为2.5mm2在铜导电线芯上，包覆层标称厚度0.8mm。(4)紫外光交联：采用实施例一中相同卧式交联设备。光源与包覆聚烯烃层相距7cm，光照区工作温度120-180℃，电缆牵引速度为30-40米/分钟。(5)成缆工艺
| A.LLDPE 70+EPDM 30 | E.抗氧剂1010 0.8+DLTP 1.0 |
| B.三十三烷烃 4 | F.光稳定剂622 0.8 |
| C.BP 1.0+光引发剂651 0.5 | G.硬酯酸钙 5.0 |
| D.TAIC 1.5 |
光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，将四根带有色标的电缆绞合在一起，外边挤塑护套以及铠装等。
上述控制电缆绝缘材料性能检测数据如下：
*老化条件：158℃×168小时
| 凝胶含量(％) | 热延伸(％) | 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 绝缘电阻Ω·cm | ||||
| 老化前 | 老化后 | 变化率 | 老化前 | 老化后 | 变化率 | |||
| 81 | 68 | 19.8 | 20.7 | +4.5％ | 630 | 600 | -4.8％ | 1.2×1016 |
实施例五：YJLV22-0.6/1 3×185交联聚烯烃绝缘电力电缆生产方法
由于本实施例中待交联电力电缆线径较粗(185mm2)、线体较重，宜采用垂直立式光交联设备，如图8-9所示。(1)聚烯烃绝缘电缆料配方：
(2)混炼造粒：将B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后在双螺杆挤塑机中混炼，挤出造成4mm3大小的粒料。(3)挤塑包覆：将上述粒料加入预热到130-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将混合料挤出，均匀包覆在截面积为185mm2的扇形铝导电线芯上，包覆层标称厚度为1.6mm。(4)紫外光交联：采用如图8-9所示的垂直立式光交联设备。紫外光照箱距挤塑机机头30cm，采用国产6只GGZ6000直管型紫外灯，沿电缆轴线方向均匀排列。紫外光照箱采用了椭圆形反射面设计的高效反光聚焦系统。光源与包覆聚乙烯层相距8cm，光照区工作温度120-180℃，电线牵引速度为20-30米/分钟。(5)成缆工艺
| A.HDPE 70+EPDM 30 | E.抗氧剂1010 1.0+TPP 1.0 |
| B.正二十四烷 2.0 | F.光稳定剂770 0.5 |
| C.4-CBP 1.0+光引发剂651 0.5 | G.硬酯酸铅 3.5 |
| D.TAIC 2.0 |
光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，将三根带有色标的185mm扇形电缆绞合在一起，外加挤塑护套以及铠装等。
上述电力电缆绝缘材料性能检测数据如下：
*老化条件：158℃×168小时
| 凝胶含量(％) | 热延伸(％) | 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 绝缘电阻Ω·cm | ||||
| 老化前 | 老化后 | 变化率 | 老化前 | 老化后 | 变率 | |||
| 84 | 50 | 25.6 | 25.8 | +1.0％ | 550 | 490 | -11％ | 2.4×1016 |
实施例六：KYJV22-450/750 4×2.5交联聚乙烯绝缘控制电缆生产方法(1)低密度聚乙烯绝缘电缆配料：
(2)混炼造粒：将B、C、D、E、F各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后在双螺杆挤塑机中混炼均匀，挤出造成4mm3大小的粒料。(3)挤塑包覆：将上述粒料加入预热到100-150℃的塑料挤出机内，在机头温度150-180℃下将聚乙烯挤出，均匀包覆截面积为2.5mm2在铜导电线芯上，包覆层标称厚度0.8mm。(4)表面除氧：低压汞灯预辐照装置距挤塑机机头30cm，采用6只国产ZXZ直管型40W低压汞灯，沿电缆轴线方向均匀排列。光源与包覆聚乙烯层相距7cm。(5)紫外光交联：采用实施例一中的紫外光照箱。光源与包覆聚乙烯层相距7cm，光照区工作温度110-160℃，电缆牵引速度为30-40米/分钟。(6)成缆工艺
| A.LDPE 100 | D.抗氧剂300# 0.8+磷酸三苯甲酯1.0 |
| -- -- | E.光稳定剂622 0.6 |
| B.4-CBP1.5+I-184 0.5 | F.硬酯酸钙 4.0 |
| C.TMPTA 2.0 |
光交联聚乙烯绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，将四根带有色标的电缆绞合在一起，外边挤塑护套以及铠装等。
上述控制电缆绝缘材料性能检测数据如下：
*老化条件：158℃×168小时
| 凝胶含量(％) | 热延伸(％) | 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 绝缘电阻Ω·cm | ||||
| 老化前 | 老化后 | 变化率 | 老化前 | 老化后 | 变化率 | |||
| 79 | 70 | 20.4 | 21.3 | +4.0％ | 510 | 490 | -4％ | 2.8×1016 |
表1紫外光交联聚乙烯材料试验主要技术指标
| 序号 | 试验项目 | 试验结果 |
| 1 | 机械物理性能 | |
| 原始抗张强度 | 20.4MPa | |
| 原始断裂伸长率 | 530％ | |
| 2 | 老化性能158℃×7天 | |
| 老化后抗张强度 | 21.2Mpa | |
| 抗张强度变化率 | +4％ | |
| 老化后断裂伸长率 | 480％ | |
| 断裂伸长率变化率 | -9％ | |
| 3 | 热延伸试验(200℃×15min) | |
| 负荷下伸长率 | 30.5％ | |
| 永久变形 | 0 | |
| 4 | 凝胶含量 | 83％ |
| 5 | 低温脆化冲击温度-76℃ | 通过 |
| 6 | 体积电阻率 | |
| 20℃ | 2.5×1016Ω·cm | |
| 90℃ | 3.1×1016Ω·cm | |
| 7 | 击穿场强 | 42.3KV/mm |
| 8 | 介质损耗角正切值tgδ | 0.00032 |
| 9 | 介电常数 | 2.1 |
Claims (9)
1、一种光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法，该方法包括下列步骤：(1)光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为：
A．聚烯烃基料 100
B．饱和石蜡烃 0.1-10.0
C．光引发剂 0.1-5.0
D．多官能团交联剂 0.1-5.0
E．复合抗氧剂、 0.01-1.0
F．光稳定剂 0.01-1.0
G．其它添加剂 0.01-5.0(2)混炼造粒工艺步骤：
将上述配料中B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造成2-10mm3大小的粒料；(3)挤塑包覆聚烯烃层步骤：
将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm，对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法；(4)在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤：
紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的，紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm、功率密度在100-450mW/cm2、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联；电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内；紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性；(5)成品电缆的后续加工步骤：
光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的绞合、挤塑护套以及铠装工序。
2、根据权利要求1的生产方法，其特征在于配料各组分和重量比为：
A．聚烯烃基料 100
B．饱和石蜡烃 1.0-5.0
C．光引发剂 0.8-1.2
D．多官能团交联剂 0.8-1.5
E．复合抗氧剂 0.3-0.6
F．光稳定剂 0.4-0.5
G．其它添加剂 3-4
3、根据权利要求1的生产方法，其特征在于在光交联聚烯烃配料中
A聚烯烃基料包括低密度聚乙烯，中密度聚乙烯，高密度聚乙烯，线型低密度聚乙烯，超低密度聚乙烯，或与乙烯的共聚物；由无水马来酸，延胡索钠酸，丙乙烯，异丁烯接枝到聚乙烯而形成的改性聚乙烯；聚丙烯，聚丁烯，聚4-甲基-1-戊烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯置换的聚乙烯，以及上述两种或两种以上树脂的组合物；
B饱和石蜡烃，通式为CnH2n+2,12＜n＜50的固体石蜡，液体石蜡和微晶石蜡；
C光引发剂为分子内裂解型和分子间夺氢型光引发剂，所述分子内裂解型为芳香脂肪酮类，分子间夺氢型为芳香酮类，上述光引发剂可单独使用，或两种或两种以上的光引发剂复合使用；
D多官能团交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚、三甘醇甲基丙烯酸酯或其混合物；
E抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类、磷酸酯类和含硫酯类，或以上两种或两种以上抗氧剂组合；
F光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
4、根据权利要求3的生产方法，其特征在于A聚烯烃基料为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、聚乙烯与乙烯丙烯二烯三元共聚物的混合物，混合比为70/30。
5、根据权利要求3的生产方法，其特征在于B饱和石蜡烃为微晶石蜡。
6、根据权利要求3的生产方法，其特征在于芳香酮类为二苯甲酮，2-氯苯酮、4-氯苯酮、4,4-二氯苯酮，占吨酮，蒽醌，芴酮；芳香脂肪酮为二烷氧基苯乙酮和安息香双甲醚；或其复合光引发剂，二者比例为70/30。
7、根据权利要求3的生产方法，其特征在于受阻胺类聚合物光稳定剂丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物。
8、一种光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法，该方法包括下列步骤：(1)光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为：
A．聚烯烃基料 100
B．光引发剂 0.1-5.0
C．多官能团交联剂 0.1-5.0
D．复合抗氧剂 0.01-1.0
E．光稳定剂 0.01-1.0
F．其它添加剂 0.01-5.0(2)混炼造粒工艺步骤：
将上述配料中B、C、D、E、F各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造料成2-10mm3大小的粒料；(3)挤塑包覆聚烯烃层步骤：
将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm，对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法；(4)表面除氧步骤：
低压汞灯辐照装置距挤塑机机头30cm，采用国产ZXZ直管型40W低压汞灯，3-6只，沿电缆中心轴线均匀排列，光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，经低压汞灯表面脱氧之后，立即进入紫外光照设备进行光交联；(5)在紫外光交联设备下进行紫外光交联步骤：
紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的；紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm、功率密度在100-450mW/cm2、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联；电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内；紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性；(6)成品电缆的后续加工步骤：
光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的绞合、挤塑护套以及铠装工序。
9、生产光交联聚烯烃绝缘电缆用紫外光交联设备，包括电源、冷却介质流量调节器、控制器和一个或多个紫外光照箱结构单元，紫外光照箱的两个端面上分别开有供待交联电缆进出的孔1和2；紫外光源3由一组或多组沿待交联电缆中心轴线方向依次排列的紫外高压汞灯及其反光罩在围绕中心轴线360°空间圆周上均匀分布设置组成；所述紫外光源3每个紫外高压汞灯管两侧分别装有两个反光罩5、6，其横截面组成椭圆形，靠近灯管一侧反光罩的横截面是半个或大半个椭圆形，相应另一侧反光罩的横截面是该椭圆的一小部分，其间留有方便通风和操作用的缝隙；紫外灯管安装在该椭圆的一焦点处，而使另一个焦点正好落在待交联电缆通过的位置即中心轴线4上；靠近灯管一侧反光罩的顶部开有孔或槽7；光源和反光罩固定在与外壳不直接接触的支架12上；紫外光照箱的冷却介质进口8和/或出口9处分别装有至少一个用于控制冷却介质流量的活动挡板10；在箱体内靠近光照区的冷却介质通道上装有具有分配冷却介质流量分布作用的开孔隔板11。
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