绝缘材料的性能分析

铝合金电缆的绝缘层材料应具有的主要性能有：

1）高的击穿强度。

2）低的介质损耗角正切。

3）相当高的绝缘电阻。

4）优良的耐树枝放电、局部放电性能。

5）具有一定的柔软性和机械强度。

6）绝缘性能长期稳定。

铝合金电缆绝缘材料主要有聚氯乙烯、交联聚乙烯、乙丙橡胶等，其中最常用的绝缘材料为交联聚乙烯。下面分别介绍几种主要电缆绝缘材料的性能。

1.聚氯乙烯绝缘材料的性能

聚氯乙烯塑料是在聚氯乙烯树脂中加入各种类型的增塑剂、稳定剂、抗氧剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂组成的混合物。由于聚氯乙烯塑料的机械性能优越，耐化学腐蚀和耐气候老化性较好，并且不延燃，有一定的电绝缘性能及良好的加工性能，成本较低，所以目前被广泛地用作电线电缆的绝缘料。

聚氯乙烯树脂是由氯乙烯聚合而成的线型热塑性高分子化合物，具有以下基本特性：

1）聚氯乙烯树脂是热塑性高分子材料，具有较好的可塑性和柔软性。

2）由于存在C-Cl极性键，绝缘性能比非极性材料（如聚乙烯等）稍差，不适用于高频和高压场合。同时，由于极性键的存在，分子间的作用力较大，机械强度较高。

3）由于氯原子的存在，树脂具有不延燃性和较好的耐化学腐蚀和耐气候性，树脂耐热性较低，耐寒性较差。

单纯的聚氯乙烯树脂不能直接用作绝缘，必须加入添加剂，主要的添加剂有：

1）增塑剂。由于C-Cl极性键的存在，分子之间引力很大，致使聚氯乙烯树脂塑性很差，所以要加入增塑剂，其作用是削弱聚氯乙烯分子之间的引力，从而增加聚氯乙烯分子链的移动性，使玻化温度、粘流温度降低，以获得弹性的聚氯乙烯塑料，并易于加工。

2）稳定剂。由于聚氯乙烯树脂在68℃时就开始分解并释放出氯化氢，另外，聚氯乙烯树脂在氧气、紫外线、光、热的作用下，聚氯乙烯会分解而被破坏。加稳定剂能够抑制聚氯乙烯树脂在加工和使用过程中由于热、光等作用而引起的降解和变色。

3）抗氧剂。为了防止塑料在加工过程中以及在长期使用过程中由于氧的作用而产生降解、交联，常在塑料中加入抗氧剂，这对于耐热聚氯乙烯塑料更具重要意义。抗氧剂在聚氯乙烯塑料中，基本上有双重作用，一是防止聚氯乙烯树脂的氧化裂解，二是保护增塑剂免受氧化。

4）填充剂。聚氯乙烯塑料中添加填充剂的目的：一是为了降低产品成本，起增量剂的作用；二是为了改善塑料的某些性能，如电气性能、老化性能、耐热变形性、耐光热稳定性、工艺性能等。但添加填充剂会导致塑料的机械性能（抗拉强度、断裂伸长率、柔软性能）和耐低温性能有不同程度的下降，这些均应在配方设计中加以考虑。

5）润滑剂。润滑剂是聚氯乙烯塑料中用量虽少但却不可缺少的一种添加剂。润滑剂可有效减少摩擦效应和塑料对加工设备金属表面的粘附性，以及树脂熔化过程中树脂粒子之间和熔化后树脂大分子之间摩擦生热效应。

除此之外，根据不同要求还要加上不同的添加剂，如着色剂、防虫剂等。在此不再一一赘述。

国家标准《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》（GB/T 8815—2008）中列入的聚氯乙烯电缆料各品种的型号及名称见表1-3-5，各品种的主要用途见表1-3-6，这些品种基本满足了我国现行国家及部委颁布的电线电缆标准中对聚氯乙烯电缆料的品种要求。

表1-3-5 聚氯乙烯电缆料各品种的型号及名称

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表1-3-6 聚氯乙烯电缆料各品种的主要用途

铝合金电缆采用的聚氯乙烯绝缘料为J-70，性能要求见表1-3-7。

表1-3-7 聚氯乙烯电缆料J-70的性能指标

（续）

2.交联聚乙烯绝缘材料的性能(www.xing528.com)

聚乙烯受到高能射线或交联剂的作用，在一定条件下能从线型分子结构转变成网状立体结构，同时由热塑性塑料转变成不溶不熔的热固性塑料。交联聚乙烯与热塑性聚乙烯相比，具有以下优点：

（1）耐热性能 网状立体结构的交联聚乙烯具有十分优异的耐热性能，在300℃以下不会分解及碳化，长期工作温度可达90℃，特殊配方的交联聚乙烯，长期工作温度可达125℃和150℃。交联聚乙烯绝缘的电缆，也提高了短路时的承受能力，其短路时承受温度可达250℃，因此同样绝缘厚度的电缆，交联聚乙烯绝缘电缆的载流量就大得多。

（2）绝缘性能 交联聚乙烯保持了聚乙烯原有的良好绝缘特性，且绝缘电阻进一步增大。其介质损耗角正切值很小，且受温度影响不大。

（3）机械特性 由于在大分子间建立了新的化学键，所以交联聚乙烯的硬度、刚度、耐磨性和抗冲击性均有提高，从而弥补了聚乙烯易受环境应力而龟裂的缺点。

（4）耐化学特性 交联聚乙烯具有较强的耐酸碱和耐油性，其燃烧产物主要为水和二氧化碳，对环境的危害较小，满足现代消防安全的要求。

以上众多优越性能使交联聚乙烯特别适合用作铝合金电缆的绝缘材料。

聚乙烯经交联形成交联聚乙烯的方法分为化学交联和物理交联两类，铝合金电缆交联的工艺方法主要采用化学交联，即硅烷交联和过氧化物交联两种。

（1）硅烷交联聚乙烯 制成硅烷交联聚乙烯主要有两个过程：接枝和交联。在接枝过程中，聚合物在游离引发剂及热解成的自由基作用下，失去叔碳原子上的H原子产生自由基，该自由基与乙烯基硅烷的—CH=CH₂基反应，生成含有三氧基硅酯基的接枝聚合物。在交联过程中，接枝聚合物首先在水的作用下发生水解生成硅醇，—OH与邻近的Si—O—H基团缩合形成Si—O—Si键，从而使聚合物大分子间产生交联。

硅烷交联生产分为一步法和二步法，两者的不同在于硅烷接枝过程在什么地方进行，接枝过程在电缆料生产商处进行的为二步法，接枝过程在电缆制造厂进行的为一步法。目前国内市场占有量最大的二步法硅烷交联聚乙烯绝缘料由所谓的A料和B料组成，A料为已接枝了硅烷的聚乙烯，B料为催化剂母料，其重量比一般为A∶B=95∶5，A料和B料由电缆料厂制成后售于电缆厂，电缆厂在使用前将A料和B料按比例混合后，在普通挤出机中即可挤制电缆绝缘线芯，而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联。

另一类二步法硅烷交联聚乙烯绝缘料，其A料的生产方式是在合成聚乙烯时引入乙烯基硅烷直接得到含有硅烷支链的聚乙烯，这种方法本质上是树脂的生产技术，须由大型石化企业来完成。

一步法也有两种类型，传统的一步法工艺是将各种原料按配方中的配比通过特制的精密计量系统投入专门设计的专用挤出机中一步完成接枝和挤制电缆绝缘线芯，在这一过程中，不需要造粒，也不需要电缆料厂的参与，而由电缆厂独自完成。此类一步法硅烷交联电缆的生产装置及配方技术大多为国外引进，价格昂贵。

另一类一步法硅烷交联聚乙烯绝缘料是由电缆料生产厂家生产的，是将所有原料按配方中的配比经一种特殊方法混合在一起，包装后出售，没有A料和B料之分，电缆厂可直接在挤出机中一步同时完成接枝和挤制电缆绝缘线芯。该方法的独到之处是无需昂贵的专用挤出机，在普通的PVC挤出机中即能完成硅烷接枝过程，且省去了二步法在挤出前A料和B料需混合的劳作。

（2）过氧化物交联聚乙烯 过氧化物交联聚乙烯是先用聚乙烯树脂配合适量的交联剂和抗氧剂，视需要加入填充剂和软化剂等组分，充分混合，制成可交联的聚乙烯混合物颗粒。然后用挤出机等设备将此混合物挤包在导体上，加工成型，再将包有可交联聚乙烯混合物的导体，通过一个有一定压力和温度的交联管道设备，使聚乙烯中的交联剂引发，分解成化学活性很高的游离基，夺取聚乙烯分子中的氢原子、使聚乙烯主链的某些碳原子转变为活性游离基，两个大分子链上的游离基相互结合，即产生交联，交联好的聚乙烯电缆尚需经过冷却，再卷绕收线。

在配制可交联聚乙烯电缆料的过程中，要严格控制温度，不能使交联剂先期分解而焦烧。若以过氧化二异丙苯（DCP）为交联剂时，整个配制过程温度不得超过135℃。

化学交联聚乙烯的交联剂一般是有机过氧化物。因为过氧化物的交联效果很好，可以不必添加助交联剂。常用的过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP），但也有采用2，5二甲基2，5一二（特丁过氧基）己烷、2，5二甲基2，5一二（特丁过氧基）己炔-3和α，α’双（特丁过氧基）二异丙苯。

以过氧化二异丙苯（DCP）为例，其与聚乙烯的交联反应如下：

1）DCP分解成游离基。

2）游离基转移生成枯基醇。

3）带有活性基聚乙烯分子之间交联。

4）枯基醇不稳定，在高温下分解为

交联剂的种类和用量对聚乙烯的物性和加工工艺影响很大，不同交联剂对聚乙烯的交联作用是不同的，DCP的交联速度要比过氧化己烷的快，但过氧化己烷的交联速度可通过提高温度来加快，也就是说，过氧化己烷的可交联料，加工温度可比DCP的可交联料高，所以工艺安全性较好。

3.乙丙橡胶绝缘材料的性能

乙丙橡胶是以乙烯、丙烯为主要单体的合成橡胶，根据分子链中单体组成的不同，有二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶之分，二元乙丙橡胶由于不含有双键而不能交联（硫化），机械强度不能提高，所以不宜用于制造电缆。电缆绝缘用的是三元乙丙橡胶，因其具有优异的综合性能，且原料来源丰富，制造工艺简单，价格便宜，比重小，制品的单位重量消耗少，所以被称为价廉物美的橡胶材料。

乙丙橡胶的性能：

1）具有优异的电性能，尤其是耐电晕性，耐游离放电的能力特别突出，即使受潮和温度的变化对电性能有某些影响，电性能也能保持相对稳定。

2）突出的耐老化性能，优异的耐臭氧、耐热老化性和耐气候性，长期使用工作温度为90℃，短时可达150℃。

3）较好的化学稳定性，对各种极性的化学药品和酸、碱有较大的抗耐性，长时间接触后性能非常稳定。

4）颜色稳定性良好，着色性较强。

5）乙丙橡胶的缺点有：硫化速度较慢，与不饱和度高的橡胶并用时，共硫化性不好；不耐油类和可燃烧；自粘和互粘性，加工工艺比较困难。