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辐照交联电线电缆材料的研究与应用

罗超华

江苏达胜高聚物有限公司

215214

摘要：介绍了交联技术在电线电缆材料的发展与应用，分析了与过氧化物交联技术和硅烷交

联技术相比，辐照交联技术在应用方面的优势与不足，并列举了辐照交联技术在聚乙烯、乙

烯．醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶和氯化聚乙烯材料方面的应用实例。

关键词：辐照交联：电线电缆材料。

前言

高分子材料交联技术产生于20世纪50年代，最早应用于聚乙烯材料，是由

美国科学家查尔斯在工作中偶然发现。由于电线电缆经过交联后，材料由热塑性

转变为热固性，其机械性能、耐老化性以及耐温等级等方面均有显著提高，因此

人们投入了大量的精力研究电线电缆的交联技术。经过50多年的研究发展，目

前交联方法主要分为物理交联和化学交联，详细分类如图1所示。过氧化物交

联最早由美国GE公司在1957年应用于交联聚乙烯绝缘电力电缆；硅烷交联技

术则是由美国道康宁公司于20世纪60年代首创；辐照交联电缆技术始于1954

年，美国电子化学公司最早利用高能电子射线照射聚乙烯，使聚乙烯分子由线型结

构转变为三维网状立体型结构，从而揭开了电子辐照交联的序幕。我国交联电线

电缆发展相对较晚，大约在20世纪80年代末，但是发展非常迅速，交联方法也

逐步跟国际接轨。到目前为止，国内交联聚乙烯电线电缆主要采用硅烷交联和辐

照交联，橡胶类电线电缆则以过氧化物交联方法为主。

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1过氧化物交联

过氧化物交联主要分为饱合蒸气交联、惰性气体交联、熔盐交联和硅油交联，

目前国内工业化生产主要采用饱合蒸气交联和惰性气体交联。在交联电缆发展初

期，人们主要采用饱和蒸汽加热的方法使聚乙烯交联，但其缺陷在于制品在高温

高压下水气接触，材料内部会吸收较多的水分，冷却时形成大量的微孔，容易造

成高压下发生水树击穿，因此饱和蒸汽交联一般用于10kV及以下电缆的生产。

惰性气体交联方法又称为干法交联，该方法克服了饱和蒸汽交联的存在的缺陷，

是当前生产500kV及以下塑料绝缘电缆最常用的方法。

2硅烷交联

硅烷交联又称为温水交联，其原理首先利用过氧化物分解成游离基作为引发

剂把不饱和硅烷分子和高分子材料接枝，然后利用催化剂在一定的温度下进行

水解交联反应，形成网状分子结构。电缆一般在70。C～90。C的温水中交联，因此

也存在高压下发生水树击穿的隐患，目前主要用于10KV及以下交联电缆的生产。

3辐照交联

辐照交联主要分为高能电子束辐照交联、Y射线辐照交联和紫外线辐照交联，

目前国内应用主要是高电子束电子辐照交联，本文所说的辐照交联即指高能电子

束辐照交联。高能电子束辐照交联，主要利用电子加速器配合束下辐照装置，通

过高能电子束对电线电缆进行辐照，引发高分子材料产生自由基，从而形成C．C

交联键生成三维网状结构。电线电缆的交联度随着辐照剂量的增加而增加，可以

通过控制电子加速器及束下设备的运行参数获得重复性非常好的交联度值，保证

产品质量的可靠性和稳定性。同时由于辐照过程中不存在高压力，不需要加水，

交联中没有水和气体生成，因此长期使用中不存在发生水树、电树等影响电线电

缆安全运行的隐患。但是受电子加速器能量以及束下设备的限制，辐照交联一般

适用于10kV以下的电线电缆的生产。

4辐照交联技术应用于电线电缆材料的优势

辐照交联技术初期被成功应用于热缩材料领域，之后才逐渐应用于电线电缆

材料，与化学交联相比，辐照交联在应用方面有显著的优势：

(1)生产设备简单化。化学交联法生产的电线电缆除了需要配备挤出机外

还需要提供硫化交联设备，其具体结构如图2和图3所示。由于硫化设备的存在，

导致生产线占地面积剧增，同时生产能耗也会显著增加。采用辐照交联方式，电

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线电缆制造商只需要保留挤出相关设备，对厂房要求低，设备配置更加简单。