术称为水蒸气交联法

聚乙烯的分子结构是线型大分子结构，常温下为固态，当温度升高到软化点时，分子间可以产生相对位移，所以它的使用温度受到了限制。为了提高聚乙烯的耐温等级，把线型聚乙烯分子，通过一定的方法使其变成网状立体空间结构，这个过程称为交联。

交联聚乙烯的制造方法及其产品适宜的电压等级见表1-5-4。不同交联方法制成的交联聚乙烯的内部缺陷对比见表1-5-5。

表1-5-4　交联聚乙烯的制造方法

表1-5-5　干、湿交联法缺陷对比表

1.几种常用的交联方法

（1）射线交联。射线交联又称辐照交联。它是利用电子加速器产生高能电子束来照射线性聚合物分子，在其分子链上打开若干游离基团（称为接点），把两个或多个线型分子交叉联接起来，形成网状立体分子结构。

辐照交联具有下列主要优点。

1）生产速度快，占用空间小。

2）可以加工多种材料，几乎覆盖所有聚合物。

3）产品具有更好的耐热、耐磨性和较高的电气性能，可阻燃。

4）生产电耗低。

由于电子束的穿透深度与厚度有限，目前一般生产绝缘厚度较薄的低压（1kV等级）电缆或特种电线，有时也用于6 kV等级电缆的生产，但由于绝缘厚度增大，需要在绝缘材料中加入敏化剂。为防止电子束外溢，必须加固隔离加速器室。因为电缆需要四周均匀辐照，所以常采用∞形路程往返照射。

（2）硅烷交联。硅烷交联又可简称为温水交联，属于化学交联的一种，其原理是把有机硅化合物（如乙烯基三甲氧基硅烷）接枝到聚乙烯主链上，在过氧化物（DCP）的触发下，加上硅烷水解，就能产生交联。由于硅原子上有三个烷氧基，所以可以形成三维立体交叉连接。

二步法硅烷交联工艺设备投资成本低，可用普通挤出机进行加工，材料价格适中，因此得到广泛的应用。但二步法也有缺点，即材料储存时间短，现场混料易造成材料污染等。

一步法硅烷交联工艺是将绝缘层的接枝和挤出合并为一个步骤来完成。即接枝是在挤出机内完成的，要求采用螺杆长径比为30∶1。与二步法相比，一步法硅烷交联材料成本低，杂质的污染机会少，材料储存时间长；但一步法工艺技术较难，设备投资大。

交联是在适当的温度和大气压力下，在温水或水蒸气中完成的。由于温水交联温度比聚乙烯的熔融温度低得多，所以绝缘体中的残留水分较少。交联的速度取决于水的渗透速度，而水的渗透速度又决定于温度。在不同温度的水中，不同厚度的硅烷接枝聚乙烯所需的交联时间见表1-5-6。

表1-5-6　不同厚度的硅烷接枝聚乙烯所需的交联时间　单位：h

（3）长承线模交联（MDCV）。长承线模交联法采用水平式交联管，交联管紧贴挤塑机机头安装，总长度为50～60m，挤出模长达20m。挤出绝缘线芯时，向管内充填硅油或其他润滑油，使聚乙烯在模子内完成交联。

这种卧式长承线模交联生产线，设备投资少，占地面积小，能稳定地生产大截面电缆，生产速度与CCV交联机组相当，产品质量明显提高，电缆的交流击穿场强比蒸汽交联电缆高60%～70%，呈被认为是生产高压交联电缆的理想设备。但是，每一规格的电缆在生产时要调换长承线模很不方便，因此没能推广。

（4）红外线交联（RCP）。红外线交联又称热辐射交联，之后逐步演变成电热干式交联工艺，即CCV悬链式交联工艺。这是目前国内外最为普及的交联方法。其主要原理是在聚乙烯中混入过氧化物（一般为DCP），在高温下DCP分解形成活性游离基，夺取聚乙烯分子链上的H原子，从而使聚乙烯交联。

RCP交联方式需要在高温和高压氮气下进行。高温是为了促使DCP分解起交联反应，高压氮气是为了防止在交联体中形成大的气泡和过高的水分。交联反应在很长的管道内进行，管道可分为加热段（交联区）、预冷段、冷却段（水或氮气）三部分组成，管道内的氮气压力为0.8～1.5MPa，压力愈高则绝缘体内的微孔愈小。氮气应进行循环处理或排放，以保持清洁程度。

RCP生产方式，其管道一般呈悬链线状态，这主要是考虑电缆的自重。由于中高压电缆的绝缘层较厚，为了不致受重力的影响而产生较大的偏心，通常采用的措施是提高悬链线上端倾斜角，直至将悬链线改制成立式生产线。

RCP交联生产线能够生产220kV等级的交联电缆。这种方法生产效率高，最适宜生产中压电缆，而对于110kV及以上的高压电缆，容易产生绝缘偏心，而且绝缘的微观结构不如硅油交联和长承线模交联法的好。

（5）硅油交联（FZCV）。硅油交联法是为了克服绝缘自重造成的偏心，在管道内充以硅油，以增加浮力，而且硅油不与交联绝缘产生溶胀作用，整个管道内应由硅油加热和冷却，分区循环。

硅油交联生产线比RCP交联生产线短，一般不足100m，用充满加热区高温高压的硅油来实现交联，交联过的电缆通过同一密封器分离成高低温两部分，在冷却区加压冷却，整个压力相同，硅油循环处理使用，出口处用硅油冷冻固化，为了提高热效率，加热和冷却分两个循环区。

硅油交联可以实现大截面超高压电缆的生产，我国已成功地研制出了500kV级的交联电力电缆。硅油交联的用料配方不变，交联原理同RCP。但硅油的价格较高，生产中存在硅油渗漏和处理等问题。

（6）熔融盐交联（PLCV）。熔融盐交联类似于硅油交联（FZCV），只是用熔盐代替硅油，以减少生产过程中绝缘受重力的影响。熔盐价格比硅油便宜，但性能不如硅油好，因此这种方法仅用于生产中、低压电力电缆。

熔融盐交联生产方式的交联管是密封的，并加0.3～0.4MPa的压力，熔盐温度为200～250℃，冷却段也采用加压方式，熔盐段长度约40m，冷却段长度约20m，悬链度可大为降低，甚至可做成直线式。

熔盐是由53%的硝酸钾、40%的亚硝酸钠和7%的硝酸钠组成的无机盐混合物，这种混合物在145～150℃时熔化，直到540℃时性能仍然稳定。熔盐的传热性好，所以生产速度快。产品质量好，生产成本低，耗电量仅为蒸汽连续硫化的15%左右。该工艺多被应用于橡套生产线。

（7）蒸汽交联（SCP）。蒸汽交联制造技术是以橡皮连续硫化技术为背景演化而来的一种最古老的交联方法。该方法是以压力1.5～2.0MPa，温度180～200℃的过热水蒸气为加热和加压媒介，使聚乙烯实现交联。由于聚乙烯的交联过程是在过热水蒸气中完成的，所以这种交联技术属于湿法交联。

在湿法交联中，由于水蒸气在交联管内直接与熔融状态的聚乙烯接触，水分会向绝缘内渗透与扩散。在电缆冷却过程中，绝缘内部的水蒸气达到饱和状态而形成微孔，进而引发树枝放电，这是蒸汽交联方法的致命弱点。因此，现在很少使用湿法交联工艺。

2.挤出方式

交联聚乙烯电力电缆的内半导电屏蔽层、绝缘层和外半导电屏蔽层，分别由三台挤塑机挤出，挤出方式有以下几种。

（1）1+1+1方式。即三层均分别单独挤出。

（2）1+2方式。即内半导电屏蔽层单独挤出，绝缘层和外半导电屏蔽层同时挤出。

（3）0+3方式。即三层同时挤出。

采用多层同时挤出的优点是一次成型，层间结合良好，无污染，但缺点是偏心不易调整。因此也有用无偏心模具，一种规格一副专用模具。采用分层挤出时，偏心容易校正，但表面容易污染，层间结合不紧密。(www.xing528.com)

3.加热方式

加热方式有由交联管直接加热和用加热电缆加热两种。直接加热法利用短路变压器加大电流来加热，要求交联管壁厚不超过3mm，否则电阻太小加热效率低，但管壁过薄，影响机械强度。采用加热电缆时，电缆做成铜管状，里边放电热丝，用氧化镁绝缘，电缆弯成U形，紧贴于交联管外壁，其热效率较好。

交联管壁的最高温度为380～400℃，加热的要求是在10min内把交联管从室温加热到300℃，所以瞬时加热功率较大，一般高温区为20W/m，低温区为10W/m。为了防止交联管的散热损耗，均应安装良好的保温材料，一般交联管的表面温度应在40℃以下。

4.配模

挤出机的模具是由模芯和模套组成，根据模芯和模套的相对位置不同，也可分为挤压式、半挤压式和挤管式三种。由于交联电缆的绝缘品质要求较高，所以应尽可能采用挤压式模具挤制。1+2或0+3挤出方式的机头与模具比较复杂，但其基本原理相同。

模具孔径尺寸的选择大致如下。

模芯

φ1=d+δ1

模套

φ2=d+2t+δ2

式中　φ1——模芯孔径，mm；

φ2——模套孔径，mm；

d——导体直径，mm；

t——绝缘厚度，mm；

δ1——模芯间隙裕度，一般为0.5～1.0mm；

δ2——模套间隙裕度，一般为1.0～2.0mm。

5.交联温度与速度

交联温度和速度是工艺中两个重要的参数，在保证产品具有优良的机械性能和电气性能的前提下，力求提高生产速度。正确的工艺温度和速度，可以通过试验来确定。

在选择最快生产速度（即最大硫化速度）时，应权衡绝缘层表面温度及其在这个温度下交联的时间所带来的利弊，即对机械性能和电气性能的影响。对于交联聚乙烯绝缘，如果硫化时间不超过0.5min，则绝缘层温度可以保持在400℃；如果硫化时间为15min，则绝缘层温度可以保持在350℃。

虽然交联聚乙烯绝缘在350～400℃时仍很稳定，但实验和试验表明，在高温和长时间下交联，会对交联绝缘体的性能带来一系列的不利影响。在高温下的交联必须特别慎重，特别是绝缘层厚度大的产品，一般应采用较低温度和较长时间的交联，以确保绝缘性能的稳定性，决不能盲目地追求高速度。

6.交联的基本要求

（1）绝缘无微孔，水分含量低。采用全干式交联和冷却工艺系统，使得绝缘层中的水分含量和微孔降至最低。全干式交联生产线可以采用氮气冷却也可以采用水冷却，水冷却多用于中压电缆的生产系统。全干式交联工艺技术可以应用于悬链式和立式生产线中。

（2）层间界面光滑。电缆绝缘层和内、外半导电层交界面应连续、光滑。尤其在高压和超高压电缆中，任何半导电屏蔽层上的凹凸缺陷，都会导致局部的电场集中，从而加速绝缘老化。因此，在高压和超高压电缆生产中，应选用超光滑的半导电材料。

（3）绝缘同心度高。绝缘的同心度是指导体相对于绝缘层的同轴对称性。由于圆形导体电缆的电场分布为同轴圆柱体电场，所以绝缘层的同轴对称性（即同心度）就显得十分重要。绝缘同心度取决于挤出、交联和冷却各个工艺过程，但无论多么完善的工艺，都无法实现绝对的同心，尤其是悬链式交联生产线。

悬链式交联生产线主要是由于绝缘的重力下垂而导致绝缘的圆整度不够理想，绝缘的下垂程度取决于绝缘硬度（与材料、温度和交联相关），直径比（挤出外径/导体直径），导体的旋转速度。

在交联生产线中，保持电缆同心度可以采取以下措施。

1）分料器料路对称，机头温度分布均匀。

2）交联管高温区温度分布均匀，电缆尽量置于交联管道中心位置。

3）电缆在交联管道中适当旋转。

4）充分冷却，确保电缆经过转向导轮时不会造成变形。

（4）绝缘杂质含量少。高压和超高压电缆对杂质控制的要求相当严格，必须采用超净绝缘料，全封闭式材料净化处理系统，和超净料的自动落料装置。在挤出时使用高效过滤网，可以过滤掉大于30μm的杂质。

先进的交联设备，在绝缘机头处安装了杂质检测装置，对绝缘层材料进行连续扫描，将绝缘层内的杂质大小、数量、位置和距离全部记录下来，便于质量控制与分析。

（5）绝缘内部机械应力小。减小绝缘内部机械应力的措施有以下两种。

1）采用在线松弛装置。将冷却后的绝缘再加热到一定的温度，以消除热应力。采用该装置后，可使高压电缆和超高压电缆的击穿电压提高，减小绝缘的收缩量，改善电缆的质量。

2）改善交联工艺。适当降低绝缘表面交联温度，加长预冷管长度，稳定生产速度，使绝缘缓慢冷却，并向导体中心收缩，产生绝缘与导体间的压力和绝缘与导体间位移的摩擦力。如果预冷段过短，绝缘冷却过快，电缆绝缘向绝缘中心收缩，使绝缘与导体间产生应力。

（6）除净绝缘层中的气体。电缆绝缘在交联反应过程中，会产生一些低分子气体，在流入下道工序之前，应除净气体，否则会引起胀气现象。绝缘线芯的除气处理，对于35kV及以下的较薄绝缘层，在常温下放置几天即可，对于110kV及以上的较厚绝缘层，常温下气体的逸出与挥发速度很慢，应在绝缘线芯下线后送入烘房，以提高除气的速度与效果，从而缩短生产周期，提高生产效率。