《紫外光輻照交聯(lián)電纜新技術(shù)》
項 目 簡 介
本項目自1988年以來得到了國家自然科學(xué)基金會和作為中國科學(xué)院“七五”、“八五”重大項目的多次重點資助，對于聚乙烯本體光交聯(lián)進行了廣泛深入的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。近年來又在鐵道部“九五”技改項目的資助下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國通信信號總公司焦作鐵路電纜工廠合作研制、聯(lián)合開發(fā)成功了紫外光輻照法生產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜和控制電纜新技術(shù)和新產(chǎn)品。本研究成果于1999年9月通過了中國科學(xué)院、鐵道部的科學(xué)技術(shù)成果聯(lián)合鑒定，與會專家、院士給予了高度評價：紫外光輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜生產(chǎn)新技術(shù)為交聯(lián)電纜生產(chǎn)開拓了一條新途徑，處于國際領(lǐng)先水平；研制的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜和控制電纜新產(chǎn)品性能優(yōu)異，可以投入批量生產(chǎn)。國家自然科學(xué)基金會對該項技術(shù)創(chuàng)新成果給予了充分的肯定，并專門發(fā)了簡報，題為“紫外光交聯(lián)法及其在聚乙烯絕緣電纜工業(yè)應(yīng)用上的重大突破”。本項目先后申請了四項專利，其中二項已授權(quán)。
現(xiàn)隆重推介如下：
一、 光交聯(lián)原理和技術(shù)特點
紫外光交聯(lián)原理：以聚烯烴為主要原料摻入適量的光引發(fā)劑，用紫外光照射，通過光引發(fā)劑吸收特定波長的紫外光引發(fā)產(chǎn)生聚烯烴自由基，從而發(fā)生一系列快速聚合反應(yīng)，生成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚烯烴。經(jīng)過交聯(lián)的聚烯烴材料具有優(yōu)良耐高溫性、抗溶劑性，優(yōu)異的電氣性能和明顯增強的力學(xué)性能等。
本成果包括電纜專用料和工藝設(shè)備流程等工業(yè)生產(chǎn)光交聯(lián)聚烯烴絕緣電力電纜和控制電纜的一整套新技術(shù)。與目前國內(nèi)外廣泛采用的高能輻照(γ射線、電子束、中子束等)和化學(xué)法(過氧化物和硅烷法)相比較，紫外光交聯(lián)法在技術(shù)原理上類似于高能電子束輻照法；在工藝流程上又類似于過氧化物熱引發(fā)的化學(xué)交聯(lián)法，采用連續(xù)生產(chǎn)工藝。高能輻照交聯(lián)效率高、產(chǎn)量大，但設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜和防護苛刻；而過氧化物化學(xué)交聯(lián)比較適合于大尺寸高壓電纜的生產(chǎn)，但熱效率低、投資大、工藝控制復(fù)雜和專用廠房龐大；硅烷化學(xué)交聯(lián)法除了生產(chǎn)效率和能耗利用率都較低外，產(chǎn)品的耐溫等級也較低。紫外光交聯(lián)技術(shù)在投資、工藝技術(shù)和安全防護諸方面都得到了大大的改進，使用的設(shè)備簡單、操作機動靈活，也無需象過氧化物化學(xué)交聯(lián)那樣上百米長的高溫高壓管道和龐大的專用廠房。而且，光交聯(lián)法僅需在原有的普通生產(chǎn)線上稍作改動，安放占地面積不大的光交聯(lián)專用設(shè)備就可生產(chǎn)光交聯(lián)聚乙烯電線電纜產(chǎn)品，非常適合中小規(guī)模電纜廠老產(chǎn)品(如國際上正在淘汰的PVC電纜)的升級換代，既可提高產(chǎn)品的耐溫等級和使用性能，而又不明顯增加高檔次交聯(lián)產(chǎn)品的成本，它是一種投資小，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，收效快的交聯(lián)新工藝。應(yīng)用紫外光輻照方法可生產(chǎn)中、低壓電力電纜、控制電纜、通信電纜和電子線纜。因此，紫外光交聯(lián)技術(shù)是繼化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)之后發(fā)展起來的又一種新交聯(lián)技術(shù)，對兩種傳統(tǒng)技術(shù)起著取長補短的作用。
二、光交聯(lián)設(shè)備和工藝流程
紫外光交聯(lián)法設(shè)備工藝流程如下：采用紫外光作為輻射源，將混煉好的光交聯(lián)聚烯烴配料擠塑包覆在導(dǎo)電線芯上，然后立即進入本發(fā)明的光照設(shè)備中進行熔融態(tài)光交聯(lián)。光照過的電線電纜經(jīng)過溫水退火處理和其它的后續(xù)加工即可獲得光交聯(lián)聚烯烴絕緣電線電纜產(chǎn)品。
光交聯(lián)法的設(shè)備工藝特征有：
光照設(shè)備采用均勻配置和特殊設(shè)計的反射聚焦的紫外光源，由控制系統(tǒng)來確保光照箱內(nèi)的紫外光強、輻照溫度等最佳工作條件；
高效的光引發(fā)體系在紫外光照下快速引發(fā)聚烯烴交聯(lián)反應(yīng)，從而使每臺光照設(shè)備達到每分鐘數(shù)米-數(shù)十米的連續(xù)生產(chǎn)速度；
無需新建專用廠房，可利用原有電纜廠的生產(chǎn)設(shè)備。
三、技術(shù)指標和成本估算
紫外光輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣料經(jīng)“國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”測試表明：其各項性能優(yōu)良，如體積電阻率、擊穿電壓和介電性能以及力學(xué)性能和熱氧老化性能等，均達到35KV及以下交聯(lián)聚乙烯電纜用絕緣料的各項技術(shù)指標。
采用紫外光輻照方法生產(chǎn)的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜和控制電纜產(chǎn)品具有優(yōu)秀的電氣性能和物理化學(xué)性能。經(jīng)“國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”和“電力工業(yè)部電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗測試中心”進行全面的產(chǎn)品型式試驗，各項技術(shù)指標達到或超過了規(guī)定的技術(shù)標準,長期額定工作溫度可達105℃耐溫等級(實際的耐溫等級可達125℃以上)，熱老化性能尤為優(yōu)秀，應(yīng)用于電力和電氣控制系統(tǒng)將大大提高系統(tǒng)的安全性能。
四、應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益
紫外光輻照交聯(lián)電纜新技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，特別適合于制造各種薄壁交聯(lián)聚烯烴絕緣的線纜產(chǎn)品，例如交聯(lián)聚烯烴電力電纜主要用于電力輸配線路及發(fā)電廠、變電站、工礦企業(yè)等的動力引入及引出線路；交聯(lián)聚烯烴控制電纜主要用于電氣設(shè)備、儀器儀表等的控制、監(jiān)控回路及保護線路等等。與此同時，紫外光輻照技術(shù)在發(fā)展中、高壓線纜產(chǎn)品方面還具有極大的潛力。
該項新技術(shù)已具備了在全國電纜行業(yè)推廣應(yīng)用的幾個基本條件：(1)可提供商用的光交聯(lián)電纜專用設(shè)備；(2)可提供光交聯(lián)聚烯烴電纜料；(3)光交聯(lián)電纜生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程安全可靠，且對環(huán)境無污染；(4)可提供光交聯(lián)電力電纜和控制電纜系列產(chǎn)品整套專利技術(shù)。
經(jīng)詳細經(jīng)濟核算，采用光交聯(lián)法生產(chǎn)的交聯(lián)聚烯烴絕緣電力電纜和控制電纜的制造成本相比其它方法生產(chǎn)的同類產(chǎn)品可降低成本30％以上，具有很強市場競爭力的性能價格比，能在較短的周期內(nèi)獲得較高的經(jīng)濟效益。紫外光輻照交聯(lián)電纜新技術(shù)是一項我國自主開發(fā)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)和處于國際領(lǐng)先水平的技術(shù)創(chuàng)新成果，它的研制成功為我國電纜行業(yè)老產(chǎn)品的升級換代提供了一種新技術(shù)，必將為我國的電纜行業(yè)和電力事業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。