-關(guān)于交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜常見的問題及其原因分析

關(guān)于交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜常見的問題及其原因分析一、交聯(lián)的三種方式1、交聯(lián)電纜性能交聯(lián)就是將聚乙烯的線型分子結(jié)構(gòu)通過化學(xué)交聯(lián)或高能射線的輻照交聯(lián)，轉(zhuǎn)變成立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。從而大大地提高了它的耐熱性和耐環(huán)境應(yīng)力開裂，減少了它的收縮性，使其受熱以后不再熔化。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜其長期允許工作溫度可達90℃2、交聯(lián)方法交聯(lián)絕緣的品種雖多，但主要分為物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)兩大類。物理交聯(lián)也稱為輻照交聯(lián)一般適用于絕緣厚度較薄的低壓電纜。中高壓電纜一般采用過氧化物交聯(lián)即用化學(xué)交方法是將線性分子通過化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)起來，轉(zhuǎn)化為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)交聯(lián)一般還可分為過氧化物交聯(lián)和硅烷交聯(lián)接枝交聯(lián)兩種。2.1輻照交聯(lián)輻照是采用高能粒子射線照射線性分子聚合物，在其鏈上打開若干游離基團，簡稱為接點。接點活性很大，可把兩個或幾個線性分子交叉聯(lián)接起來。它的優(yōu)點為：生產(chǎn)速度快，占用空間?。豢杉庸げ牧戏N類多，幾乎所有聚合物，產(chǎn)品品種多；產(chǎn)品用更好的耐熱、耐磨和較高電氣性能；可阻燃；電耗低。但存在一些問題：設(shè)備一次投資大；對大截面電纜的輻照不均勻，經(jīng)反復(fù)照射后電纜彎曲次數(shù)太多；設(shè)備開工率低。2.2過氧化物交聯(lián)交聯(lián)聚乙烯料是以低密度聚乙烯、過氧化物交聯(lián)劑，抗氧劑等組成的混合物料。加熱時，過氧化物分解為化學(xué)活性很高的游離基，這些游離基奪取聚乙烯分子中的氫原子，使聚乙烯主鏈的某些碳原子為活性游離基并相互結(jié)合，即產(chǎn)生C-C交聯(lián)鍵，形成了網(wǎng)狀的大分子結(jié)構(gòu)。它主要優(yōu)點是適合各種電壓等級和各種截面的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜生產(chǎn)，特別是35kV及以上的中高壓電纜。2.3硅烷交聯(lián)硅烷交聯(lián)又稱溫水交聯(lián)也是化學(xué)交聯(lián)的一種，它有兩步法、一步法和共聚法等多種方法。硅烷接枝和擠出分在兩道工序進行的稱為二步法，硅烷接枝交聯(lián)工藝，它是接枝和擠出分成兩個工序進行，第一步由絕緣料廠將硅烷交聯(lián)劑與基料在擠出機上接枝和擠出造粒，該料稱為A料，同時還提供催化劑和著色劑的母料，稱B料。第二步是電纜廠將A、B料以95：5的比例混合。并在普通擠機機上擠包在電纜導(dǎo)體上，再放入70℃～90℃溫水中交聯(lián)也可以在蒸汽房中交聯(lián)。接枝和擠出成型在一道工序完成的稱為一步法，將硅烷交聯(lián)劑與基料在擠出機上接枝的同時和催化劑和著色劑的母料同時擠包在電纜導(dǎo)體上。再放入70℃～90它的優(yōu)點是工藝投資成本低，可在一般的擠出機進行加工，材料價格適中。它的缺點是接枝聚乙烯容易與空氣中水分發(fā)生先期交聯(lián)，縮短了貯存時間；接枝聚乙烯與催化劑母料混合后，貯存期較短，一般不超過8h；只能用于10kV及以下電纜絕緣的制造。

二、交聯(lián)工序常見質(zhì)量問題的原因分析及其解決方法交聯(lián)線生產(chǎn)機組是由各種單機組成的一條復(fù)雜的完整生產(chǎn)線。在生產(chǎn)過程中往往會因某處的一個小小失誤造成比較嚴重的后果。因此，在操作過程當(dāng)中，我們要求對整機進行嚴格檢查，排除一切不正常因素后方能進行開機生產(chǎn)。下面我們介紹一下，在交聯(lián)線生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題：1、交聯(lián)線芯有焦粒由于交聯(lián)線芯是由內(nèi)屏蔽層、絕緣層和外屏蔽層組成的，因此交聯(lián)線芯產(chǎn)生的焦粒也分為內(nèi)屏蔽焦粒、絕緣焦粒和外屏蔽焦粒三種。交聯(lián)產(chǎn)生焦粒的原因有多種，如各擠出機的溫度控制、機頭的溫度控制以及交聯(lián)本身材料的原因等。在排除設(shè)備故障（熱電偶的溫度指示）以外，首先應(yīng)考慮原材料的加工溫度，一般來說進口料的加工溫度略高于國內(nèi)料，這是由于進口料與國內(nèi)材料所使用的過氧化物不同，過氧化物的析出溫度直接影響交聯(lián)反應(yīng)物DCP的半衰期，我們知道在不同的半衰期下，交聯(lián)度都是不同的，由此就產(chǎn)生了不同的加工溫度。第二、要了解交聯(lián)擠出機的擠出原理，交聯(lián)擠出機的螺桿與聚氯乙烯等普通擠出機的螺桿是不同的，交聯(lián)擠出機螺桿的擠出原則是低轉(zhuǎn)速，高出膠量，交聯(lián)聚乙烯的螺桿轉(zhuǎn)速要控制在30RPM以內(nèi)，因為高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的剪切熱會使交聯(lián)聚乙烯預(yù)交聯(lián)，而這種剪切熱是從螺桿的內(nèi)部產(chǎn)生的，我們在監(jiān)控溫度所使用的熱電偶的接觸面在螺堂的表面，實際的溫度與監(jiān)控溫度會相差較大。即使交聯(lián)聚乙烯在該溫度下沒有產(chǎn)生預(yù)交聯(lián)，交聯(lián)聚乙烯也會因高溫變成熔融狀，反而使出膠量降低。第三、注意法蘭處的溫度控制，由于法蘭直接連接導(dǎo)膠管，交聯(lián)聚乙烯絕緣料從螺堂進入導(dǎo)膠管時所承受較大的壓力，部分料受強大的壓力進入導(dǎo)膠管，有一部分仍在該處回流，假如該處溫度設(shè)得過高，很容易會產(chǎn)生焦粒。另外，頭加溫時要盡可能使溫度保持均勻，溫度不均會影響交聯(lián)聚乙烯融體的均勻擠出，機頭溫度不宜過高，它只要能保持設(shè)定的溫度就可以，就相當(dāng)于保溫瓶的作用，物料的熔融、均化在螺桿內(nèi)就已經(jīng)完成了。2、交聯(lián)線芯有硬塊硬塊產(chǎn)生的原因與焦粒正好相反，一般是由于溫度偏低造成交聯(lián)聚乙烯絕緣料的塑化不良。一般出現(xiàn)在開機過程中，當(dāng)塑化不良的物料在經(jīng)過濾網(wǎng)時無法通過，又由于該處的壓力較大，塑化不良的物料被強制擠出，在絕緣層中形成一個個凸起物，在外屏蔽皮層下，交聯(lián)線芯表面出現(xiàn)單面竹節(jié)印。外屏蔽若出現(xiàn)硬塊時表面明顯，且在硬塊后會出現(xiàn)外屏蔽層拉薄現(xiàn)象，嚴重時造成該處外屏蔽脫料現(xiàn)象。出現(xiàn)硬塊后首先應(yīng)檢查各擠塑機和機頭的溫度控制是否正常，排除設(shè)備因素后可以適當(dāng)將擠塑機的溫度提高1~2℃3、交聯(lián)生產(chǎn)過程中頭部偏心我們在交聯(lián)線芯的調(diào)偏過程中特別是在我公司白城交聯(lián)線上，經(jīng)常出現(xiàn)頭部調(diào)偏取樣是正的，但在出下封閉取樣時又出現(xiàn)偏心現(xiàn)象。此種情況的控制方法是將生產(chǎn)線從開始階段到生產(chǎn)階段爬升時，盡量緩慢升速，避免擠塑機在突然加速時，使各擠塑機的熔壓發(fā)生劇烈變化。同時注意觀察各擠塑機的電流變化情況。應(yīng)該說此種情況所有的三層共擠設(shè)備都存在，只不過表現(xiàn)的程度不一樣，主要與擠塑機的螺桿和十字機頭的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。一但出現(xiàn)此種情況應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)備作相應(yīng)的處理。4、交聯(lián)線芯內(nèi)屏蔽有凹痕交聯(lián)線芯內(nèi)屏蔽出現(xiàn)凹痕的原因有多種：1）、就三模的十字機頭而言，出現(xiàn)內(nèi)屏蔽表面有凹痕多半是由于模芯2的模口有損傷，因此在生產(chǎn)過程中，必須嚴格檢查模具的?？谑欠裢旰?，特別是模芯2，如果它存在缺陷的話，對絕緣和內(nèi)屏蔽都會產(chǎn)生質(zhì)量隱患。2）、交聯(lián)的導(dǎo)體線芯，我公司多數(shù)產(chǎn)品都使用的是B類導(dǎo)體，導(dǎo)體的外層的緊壓系數(shù)不足，表面存在的間隙較大，如果內(nèi)屏蔽擠的過薄，交聯(lián)線芯在硫化管內(nèi)要經(jīng)受10bar的壓力，從截面看的話會產(chǎn)生鋸齒狀，絕緣和內(nèi)屏蔽就起不到光滑的作用，降低不了導(dǎo)體表面的強場。如果在生產(chǎn)取樣時發(fā)現(xiàn)有內(nèi)屏蔽鋸齒狀時可采取使用搓板的方法，避免線芯松散而增加外層導(dǎo)體的間隙，若再不行只能適當(dāng)加厚一點內(nèi)屏蔽的厚度。我們工藝已經(jīng)規(guī)定加到了0.7mm的厚度，一般內(nèi)屏蔽沒有偏心的話鋸齒狀不會出現(xiàn)。若交聯(lián)線芯的內(nèi)屏蔽層有凹痕我們可以通過硅油試驗，很明顯的看出來。5、交聯(lián)線芯表面擦傷交聯(lián)線芯擦傷情況的出現(xiàn)是由于中點不穩(wěn)，懸垂控制器的反饋信號不準所致。導(dǎo)致線芯在硫化管內(nèi)拖管，燙傷線芯表面，線芯出下封閉后，表面表現(xiàn)為擦傷外屏蔽，嚴重的使電纜表面呈半圓形。出現(xiàn)此種情況應(yīng)及時反饋，通知相關(guān)人口進行修理。另外在生產(chǎn)過程中使用不同規(guī)格的引線，由于規(guī)格不同導(dǎo)致配重不一致，線芯進入硫化管后，懸垂控制的中點，不是線芯的實際位置，造成線芯的上下擦管。一旦出現(xiàn)此種情況可根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整中點位置，但原則上我們不贊成這種操作方法。6、交聯(lián)線停車線產(chǎn)生氣泡停車線尾部產(chǎn)生氣泡，在生產(chǎn)35KV的交聯(lián)電纜時，由于絕緣層較厚易產(chǎn)生，主要原因是尾部停車線在硫化管內(nèi)的壓力不夠或停車保溫保氣的時間不夠。硫化管內(nèi)的交聯(lián)線芯絕緣層中的低分子化合物在失去外界壓力的作用后無法從絕緣層中析出，大量氣體保留在絕緣層中，又不斷地會集形成大的氣泡形成肉眼可見的氣孔。當(dāng)然，即使按要求操作保溫保氣生產(chǎn)時，還是會有殘留氣體留在絕緣層中，這一點大家在從剛下線的交聯(lián)線芯頭部用火焰點燃證明，因此我們要求在交聯(lián)線芯下線后停放一段時間，讓其余的低分子氣體從絕緣層中析出。（我們規(guī)定10KV交聯(lián)電纜停放時間不少于48小時，35KV交聯(lián)電纜停放時間不少于72小時。）7、交聯(lián)聚乙烯電纜，每一線芯外的一金屬屏蔽層，一般用0.1mm或0.12mm的銅帶包繞而成，其作用是什么？答：(1)銅屏蔽帶在安裝時兩端接地，使電纜的外半導(dǎo)電層始終處于零電位，從而保證了電場分布為徑向均勻分布。(2)正常運行時銅屏蔽帶導(dǎo)通電纜的對地電容電流。(3)故障時，通過接地電流或短路電流。

附表交聯(lián)工序常見的質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因和解決方法序質(zhì)量問題產(chǎn)生原因解決辦法1偏芯1.溫度有變化2.模套或模芯太小，沒安裝好3.調(diào)偏不好4.中點不穩(wěn)定5.水位不穩(wěn)1.調(diào)整溫度值點穩(wěn)定2.調(diào)換合適模芯模套或重新安裝3.調(diào)偏。4.調(diào)整中點控制5.調(diào)整水位2表面發(fā)毛、不光滑、光亮度不符合要求1.機頭溫度過高、過低2.模套太小或太小3.不合格原材料4.材料在擠出機停留時間過長5.螺桿、分流器、模具清理不干凈1.降低機頭溫度2.調(diào)換模具3.選用合格原材料4.縮短換規(guī)格和處理急停時間5.將設(shè)備清理的非常干凈3表面有燭狀粘染物1.硫化管道不清潔。2.間隙排氮的時間不夠1.清理硫化管排污。2.調(diào)節(jié)間隙排氮的時間4竹節(jié)形1.收放線張力不均2.上下牽引同步不好3.內(nèi)外屏蔽料用錯4.硫化管循環(huán)水供應(yīng)不足5.硫化管循環(huán)水水溫過高6.絞線外徑偏大7.模具偏小8.脫料1.調(diào)整收放線張力2.調(diào)整牽引同步3.檢查材料牌號及性能4.調(diào)節(jié)水泵底閥5.調(diào)節(jié)冷卻水進水量6.截去大外徑7.調(diào)整模具8.連續(xù)供料5絕緣氣孔1.絕緣料受潮2.氮氣壓力低3.頭班開車或重新開車取樣不正確；4.吸料管有粉末狀料進入。5.硫化參數(shù)設(shè)置不準確1.調(diào)換干燥絕緣料2.穩(wěn)定氮壓在6-10bar3.確保工藝條件穩(wěn)定后取樣；4.對吸料系統(tǒng)進行清理。5.調(diào)整參數(shù)6熱延伸反饋不合格1.硫化管溫度不到位2.頭班開車取樣不準3.氮氣壓力低。1.確保硫化管道溫度達工藝標(biāo)準2.在工藝條件穩(wěn)定后取樣3.穩(wěn)定氮氣壓力不小于工藝要求的6-10bar。7絕緣進水1.頭、末班車未將不合格線芯切去2.擦管3.接頭未處理好1.切去不合格部分2.調(diào)整中點控制器3.接頭規(guī)范8內(nèi)屏蔽脫節(jié)1.原材料混雜2.模具選用不當(dāng)3.原材料不合格4.絞線被污染5.塑化溫度不合適1.清理螺桿2.選用合適模具3.更換原材料4.清潔導(dǎo)體5.調(diào)整溫度9絕緣外徑波動1.不同廠家不同批號的絕緣料混用2.螺桿長期運行后溫度偏高3.料斗及吸料器空濾中吸附的絕緣料中析出物落入機筒1.使用同廠家同一絕緣料2.使用螺桿冷卻系統(tǒng)3.清理料斗及吸料器過濾

三、交聯(lián)工藝要求與質(zhì)量控制-51、交聯(lián)絕緣工藝的要求-51.1、無微孔絕緣，水含量最低。1.2、光滑的層間界面。1.3、電纜絕緣同心度。交聯(lián)生產(chǎn)線中保持電纜的同心度，可以采取以下措施：①在擠出過程中要充分混料，分料器料路要對稱，機頭溫度分布均勻。②高加熱區(qū)溫度分布均勻，電纜盡量置于管子的中心位置，電纜在交聯(lián)管中進行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)，保證熱傳導(dǎo)均勻。③通過電纜冷卻狀態(tài)的計算，保證經(jīng)過導(dǎo)輪的電纜溫度足夠低，避免在轉(zhuǎn)向?qū)л喩显斐勺冃巍?.4、絕緣雜質(zhì)的控制1.5、減少絕緣內(nèi)的機械應(yīng)力：①采用在線松馳裝置，是將冷卻后的電纜再加熱到一定溫度，以消除熱應(yīng)力，采用該裝置后，可改進高壓和超高壓電纜的質(zhì)量，使高壓電纜具有更高的擊穿電壓和較小的絕緣收縮。②改善交聯(lián)工藝：應(yīng)適當(dāng)降低絕緣表面交聯(lián)溫度，加長預(yù)冷管長度并采用計算機軟件控制生產(chǎn)速度，使絕緣緩慢地冷卻，使絕緣向?qū)w中心收縮，絕緣和導(dǎo)體間產(chǎn)生壓力，絕緣有壓緊導(dǎo)體的作用，并增加了絕緣與導(dǎo)體間產(chǎn)生位移摩擦力，如果預(yù)冷段過短，絕緣冷卻過快，電纜絕緣向絕緣中心收縮，絕緣和導(dǎo)體會產(chǎn)生應(yīng)力。1.6、除去絕緣中的氣體：屏蔽前停放一段時間，排出低分子氣體。2、擠出層均勻厚度的獲得高質(zhì)量的XLPE電纜要求具有均勻的各擠出層，保證它們厚度的均勻性是CCV生產(chǎn)線設(shè)計的重點任務(wù)，就原理而言，有兩個要求必須滿足：線速度一經(jīng)給定后不要變化，擠出機調(diào)好后，出膠量不要變化。線速度是由牽引直流電機轉(zhuǎn)速決定的，但網(wǎng)路電源電壓、頻率的波動，電機負荷的變動以及XLPE電纜線芯于流程中所受張力及阻力的變化，都會影響牽引電機轉(zhuǎn)數(shù)的變化，所以必須控制電機轉(zhuǎn)速，定后保持恒定。影響擠出量的因素就更多了，擠出機的拖動電機轉(zhuǎn)速變化，擠出機各部溫度的變化（要求保持給定值在±1℃范圍內(nèi)）擠出機進料粒子是否均勻等等都會影響出膠量。3、交聯(lián)電纜絕緣的均勻性有些工藝不完善的電纜會在很低的直流電壓下?lián)舸?，新安裝的電纜不能通過3U0/15min的直流竣工試驗，引起了很多學(xué)者和專家的興趣，就在90年代中期，提出了交聯(lián)絕緣熱機械應(yīng)力這一新問題，因交聯(lián)電纜絕緣的線脹系數(shù)很高，其數(shù)值高達330×101/℃，是銅導(dǎo)體的20倍，絕緣和導(dǎo)體盡然是兩種熱性不相容的材料，由于高壓電纜絕緣厚。干法交聯(lián)溫度高（其管壁溫度比蒸氣交聯(lián)高出約一倍），如生產(chǎn)上稍有疏忽，電纜絕緣中就形成熱應(yīng)力，電纜受到拉伸，彎曲等機械外力作用時，發(fā)生了因熱機械應(yīng)力引起的絕緣開裂，大大地降低絕緣品質(zhì)，絕緣裂縫處還容易吸受空間電荷，造成電場畸變，絕緣確實會在很低的直流電壓下?lián)舸岣呓宦?lián)工藝的穩(wěn)定性，改善絕緣熱應(yīng)力，是90年代中期科技含量很高的工藝措施。NOKIA公司首先提供了該項技術(shù)，商品名稱叫Relexation熱應(yīng)力退火裝置，在國內(nèi)已有幾家電纜企業(yè)在生產(chǎn)線上應(yīng)用了，在生產(chǎn)過程中采用交聯(lián)工藝計算軟件生產(chǎn)，使絕緣均勻地進行交聯(lián)和冷卻，是中低壓電纜減少熱應(yīng)力的關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)均已采用該項工藝計算機軟件。降低交聯(lián)電纜絕緣的熱機械應(yīng)力是提高產(chǎn)品質(zhì)量的主要措施，實質(zhì)上交聯(lián)度和熱應(yīng)力是相互影響不可分割的內(nèi)容，要提高交聯(lián)工藝的穩(wěn)定性，均勻交聯(lián)度，就不會形成較大的熱應(yīng)力。在中低壓電纜生產(chǎn)時，由于交聯(lián)管傳熱不一致，就要影響交聯(lián)度，但長期生產(chǎn)過程中，管壁上積累了一層污垢后，管壁傳熱就不均勻，應(yīng)定期將污垢清除，同時要充分利用交聯(lián)工藝計算機軟件生產(chǎn)電纜，建立一套合理的交聯(lián)工藝制度，不能隨便改動，還應(yīng)注意環(huán)境溫度的變化，冬天和夏天因室溫不同，交聯(lián)工藝也有區(qū)別，要用計算機計算并將其結(jié)果輸入并貯存在計算機內(nèi)，才能使生產(chǎn)工藝保持穩(wěn)定，目前在國內(nèi)外使用交聯(lián)度工藝計算機軟件已較普遍，生產(chǎn)工人或技術(shù)人員應(yīng)懂得這一專業(yè)知識，并學(xué)會操作計算和懂得簡單的英語，才能熟練操作和應(yīng)用。4、產(chǎn)生交聯(lián)質(zhì)量問題的因素4.1、導(dǎo)體不光滑又未很緊壓，或緊壓后留有邊翅，使半導(dǎo)電層刺破。4.2、內(nèi)半導(dǎo)電料因擠出溫度控制不好形成預(yù)交聯(lián)等焦燒粒子，或因塑化不好半導(dǎo)電層不能均勻地擠包在導(dǎo)體上，甚至出現(xiàn)脫包和露銅等現(xiàn)象。4.3、半導(dǎo)電料未按規(guī)定烘干和絕緣料受潮，使電纜絕緣內(nèi)殘留水分，形成不規(guī)則微孔。4.4、由于絕緣料中分子量變化較大，在更換電纜料牌號時，又未工藝試驗，使絕緣料塑化不好，形成夾層等塑化不透現(xiàn)象，日本公司均采用企業(yè)自行混料，如采用外購料時，也不能輕易改變供應(yīng)商。4.5、交聯(lián)工藝不穩(wěn)定，交聯(lián)度不均勻，絕緣冷卻過快或冷卻水溫不均勻，造成絕緣熱應(yīng)力，如局放不合格，將電纜放置數(shù)天后，局放有所好轉(zhuǎn)，這就是交聯(lián)工藝不好的證明，如絕緣中交聯(lián)劑析出，溫度又較高，絕緣在高溫下流趟，形成凹坑，使產(chǎn)品報廢。4.6、生產(chǎn)速度不穩(wěn)定，走線顫動，或由于電纜生產(chǎn)中規(guī)格變化較大電纜懸鏈常數(shù)變化較大，又未移動上牽引輪距離，內(nèi)半導(dǎo)電層擠出時，會在雙機頭處擦傷，造成局放不合格。4.7、銅帶繞包質(zhì)量不好或銅帶過硬壓傷了外半電層，造成局放不合格。

四、影響交聯(lián)的因素1、材料的活性：化學(xué)反應(yīng)的速度與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度成比例：V=K[m][n][m]反應(yīng)時m物質(zhì)的濃度[n]反應(yīng)時n