阻燃聚乙烯电缆护套料电性能探讨论文_李影,张宗军,焦宏所,常军,杨光辉,马龙

(特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司 山东新泰 271219)

摘要:本文探讨了有卤和无卤体系阻燃聚乙烯护套料受温度和浸水影响后,随着时间的增加,与有卤体系阻燃聚乙烯护套相比,无卤体系阻燃聚乙烯护套料样片变形严重,体积电阻率下降较快,导致成品的阻燃聚乙烯护套绝缘性能下降。

关键词:阻燃聚乙烯;体积电阻率;绝缘性能

Discussion on insulation performance of flame retardant polyethylene cable sheath

LI YING, ZHANG Zong-jun, JIAO Hong-suo, CHANG JUN,YANG Guang-hui, MA LONG

(TBEA Shandong Luneng Taishan Cable Co., Ltd. Xintai,Shandong271219,China)

Abstract: In this paper, the flame retardant polyethylene sheathing material with halogen and halogen-free system is affected by temperature and water immersion. With the increase of time, the flame-retardant polyethylene sheath material sample of halogen-free system is seriously deformed and the volume resistivity is decreased faster, resulting in a decrease in the insulation properties of the finished flame retardant polyethylene sheath.

Key words: flame retardant polyethylene, volume resistivity, insulation performance

1 引言

随着国家对产品质量提高,尤其是对电力设备质量要求不容许有半点瑕疵,对于高压电缆的质量要求也逐渐提高。对高压电缆电性能要求合格的同时,阻燃性能也务必要确保合格。根据电力客户的要求,高压阻燃聚乙烯电缆在敷设前、后,绝缘电阻不能下降一个数量级,以确保电缆运行过程中的电性能稳定性,对阻燃聚乙烯护套料的体积电阻率的稳定性也提出了新的要求。

高压电缆从电缆设计的原材料选型开始,由于阻燃聚氯乙烯电缆料环保性、机械性能、电性能相比阻燃PE电缆料要差的很多,一般客户从招标开始就要求用阻燃聚乙烯护套料。所以,阻燃聚乙烯护套料的使用量逐年增加,但是由于聚乙烯本身的阻燃性能差,要达到阻燃性好,需要加入大量的阻燃剂。阻燃剂按化学结构分为无机阻燃剂和有机阻燃剂;按起作用的元素可分为无卤阻燃剂、卤素阻燃剂和金属阻燃剂。无卤阻燃剂主要是氢氧化镁和氢氧化铝等,有卤阻燃剂主要是三氧化二锑和溴化物等。随着阻燃剂的加入,聚乙烯护套料的体积电阻率就受到了影响,随着阻燃剂加入量的增加,体积电阻率随之下降。但是根据阻燃体系的不同,体积电阻率下降的幅度下降的也是不一样的[1]。

根据国家环保要求,目前电缆料生产厂家所采用的阻燃体系主要是无卤阻燃剂,考虑到性价比主要是添加氢氧化铝。金属氢氧化物具有无毒、抑烟、稳定性好、高温下不产生有毒有腐蚀性气体、价廉等优点,在聚乙烯的阻燃中占有重要地位。但是必须大量添加才能使聚乙烯具有良好阻燃性,这样所得材料的力学性能、加工性等大大降低,尤其是在高温、高湿度的环境下,电性能下降的特别快。这主要是因为金属氢氧化物表面有大量亲水基团(羟基)显极性,容易吸附水分,导致电性能大大降低,从而使材料失去了使用价值,因而效果不理想[2]。卤素阻燃剂虽然环保性存在不足,但是电性能相比无卤阻燃剂要稳定些。而且随着浸水温度的升高,阻燃剂吸水性略有增强,电性能下降不明显。本文探讨了在不同的水温下,温度、时间对阻燃PE护套料体积电阻率的影响。

2 实验部分

2.1试验材料

有卤阻燃PE护套料(氧指数≥28)标样为样品1,主要是以三氧化二锑和溴化物为主。无卤阻燃PE护套料(氧指数≥28)标样为样品2,主要是以氢氧化铝为主。

样品1成份信息如下:

样品2成份信息如下:

2.2主要设备及仪器

元素分析仪,型号:EDX-GP;生产厂家:日本岛津。

高绝缘电阻测量仪,型号:ZC-90G;生产厂家:上海太欧电子有限公司(原远中电子仪器厂)

平板硫化机,型号:XLB-D/Q 400×400×2Z、XLB-350×350×2;生产厂家上海齐才液压机械有限公司

2.3试样制备

将电缆料颗粒,放到双辊筒开放式开炼机上175℃,混炼15min,然后将混炼好的混合物在平板硫化机上175℃下压至5~10 min。试片厚度按测量体积电阻率标准要求,选取模板进行压制。

2.4实验检测

用测厚仪测量试片的厚度后,将试片分别浸在20℃和80℃水中,间隔一个月测量一次体积电阻率。试样的体积电阻率使用高绝缘电阻测量仪,根据GB/T 8815-2008标准进行测试。

3 结果与讨论

3.1温度对阻燃PE护套料体积电阻率影响

相同时间下,随着温度的升高,样品1和样品2的体积电阻率均有所下降,但是样品2下降的更为严重。具体如图1所示。

图1 样品1体积电阻率1014,样品2的体积电阻率1012

从上图可知,20℃时样品2的体积电阻率与样品1的相比,小了两个数量级;随着水温的升高,体积电阻率均呈现下降的趋势,但是样品2下降的幅度远大于样品1,说明无卤阻燃体系与有卤阻燃体系相比,更易吸收水分,水温的升高对无卤阻燃体系PE护套料的破坏程度更大。

3.2时间对阻燃PE护套料体积电阻率影响

相同温度下,样品1和2置于80℃水中,检测体积电阻率随时间的变化情况,具体如图2所示。

图2 样品1体积电阻率1014,样品2的体积电阻率1012

从上图可以看出,在80℃浸水实验条件下,随着时间的增长,体积电阻率数值逐渐下降。尤其是样品2在80℃浸水120天时,体积电阻率下降了5个数量级,无法满足产品质量需求。样品1体积电阻率有下降趋势,但是不明显,数量级没有发生变化。进一步证实,无卤阻燃PE护套料由于阻燃剂金属氢氧化物表面有大量亲水基团(羟基)显极性,容易吸附水分,与有卤阻燃PE护套料相比,随着温度的升高,吸水性增强,电性能下降加快,易导致成品护套的泄露电流大,绝缘电阻小。

3.3样品1和样品2浸水后照片

左边为80℃浸水240小时后样品1照片,样片表面没有异常。右边为80℃浸水240小时后样品2照片,表面出现明显的凹凸不平,还有气泡出现,表明护套料宏观和微观结构已经发生变化,导致电性能下降。

图3a 样品1 图3b样品2

图3 80℃浸水240小时后样品1和样品2照片

4 结论

本文通过对有卤和无卤体系阻燃PE护套料体积电阻率的探讨,得出无卤阻燃PE护套料受温度和浸水影响后,随着时间的增加,金属氢氧化物表面的大量亲水基团(羟基)极性增加,吸水能力增强,样片的变形较为严重,体积电阻率下降较快,容易导致成品护套的泄露电流大,绝缘电阻小。根据国家对环保和高压电缆性能的要求,建议高压电缆制造厂根据高压电缆的施工场所,选用适合的阻燃聚乙烯护套料。如果施工场所比较潮湿,建议有卤阻燃剂和无卤阻燃剂混合的阻燃体系聚乙烯护套料,确保满足环保要求的同时,保证高压电缆的产品质量。如果施工场所比较干燥,建议选择环保的无卤阻燃体系的聚乙烯护套料,就可以满足环保和高压电缆质量要求。如果施工场所比较潮湿,而且施工场所远离公共场所,对电缆的阻燃性能要求相当高,建议使用有卤阻燃体系聚乙烯护套料。

5 参考文献

[1] 王志伟,张永强,李葵英,于荣金.聚乙烯阻燃光缆护套料的制备工艺研究[J].光电子.激光, 2017(18): 1082-1084.

[2] 王选伦,冯建民,杨鸣波*,尹波,龚关.马来酸酐接枝聚乙烯对无卤阻燃 PE-HD 护套料的改性研究[J].中国塑料,2004,6(18):24-27.

论文作者:李影,张宗军,焦宏所,常军,杨光辉,马龙

论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期

论文发表时间:2019/9/17

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阻燃聚乙烯电缆护套料电性能探讨论文_李影,张宗军,焦宏所,常军,杨光辉,马龙
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