硅烷交联电缆
发布时间：
2022-11-26
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1960年，英国Dow-Coning公司提出了一种硅烷交联法，也称为温水交联法，或Sioplas法，即硅烷接枝交联工艺。该工艺分为接枝和挤出两个步骤：第一步，绝缘材料厂将硅烷交联剂和基材在挤出机上进行接枝和挤出造粒，所得材料称为A料；同时提供催化剂和色母料，称为B料。第二步，电缆厂按95:5的比例混合A料和B料，在普通挤出机上挤压到电缆导体上，然后放入70℃～90℃的温水中交联，也可在蒸汽室中交联。该工艺投资成本低，可用普通挤出机加工，材料价格适中，应用广泛。
然而，该方法也存在以下缺点：（1）接枝聚乙烯易与空气中的水分提前交联，缩短了储存时间，一般储存期为半年。（2）接枝聚乙烯与催化剂母料混合物的储存期一般不超过3小时，因此需要边混合边挤出。（3）由于两步法易导致杂质通过多次混合而混入，因此只能用于制造10kV及以下电缆绝缘。
为了克服Sioplas法的局限性，1977年，英国BICC公司和瑞士Maillefer公司合作，在Dow Corning公司发明的两步法基础上，发明了一种一步法硅烷交联工艺，也称为Monosil法。该方法同时计量混合聚乙烯粘合剂、抗氧化剂和液态硅烷，即接枝反应和催化剂添加过程合二为一，采用长径比为30:1的挤出机将绝缘层挤压到电缆导体上，即一步完成绝缘层的接枝和挤出，故称为一步法。该方法具有最低的材料成本，杂质污染的机会减少，材料的储存期可以大大延长。但该工艺技术难度大，设备投资比两步法大，需要配备液态硅烷供给系统。
八十年代，日本Diamond Cloning公司在两步法和一步法的优点基础上，开发了共聚法。共聚法也使用硅烷共聚单体——乙烯基三甲氧基硅烷，但工艺不同。它不是将有机硅烷接枝到聚合物链上，而是在聚合过程中引入可水解硅烷，通过在高压釜反应器中乙烯和硅烷共聚单体的共聚反应，生产易于加工的硅烷共聚物，该工艺的关键在于共聚单体必须含有能与乙烯反应生成聚合物链的不饱和基团。乙烯硅烷共聚物的结构与Sioplas接枝化合物相同。
由于硅烷共聚物在反应器中制造，保证了其高洁净度，也避免了接枝过程中过氧化物残留的污染。硅烷共聚物的主要优点是，由于硅烷共聚单体在聚合反应中一次性投入，实现了交联网络的规则分布，因此所需的硅烷量低于硅烷接枝化合物所需的硅烷含量。由于共聚法的先进独特的工艺，制备的硅烷交联聚乙烯材料具有以下优点：
（1）储存稳定性好，储存时间一般可超过一年，而接枝产品只有六个月。
（2）采用共聚法加工交联聚乙烯时，混合的游离物和杂质很少，提高了电缆的绝缘性能和机械性能。
（3）在普通挤出机上加工时，产气少，成型加工稳定性好。
后来，又相继开发出固相一步法和固化硅烷法。固相一步法是通过白炭黑等载体将硅烷渗透到PE基材中。固化硅烷法是改进硅烷的供给方式，将液态硅烷吸附在多孔聚丙烯塑料或PE塑料中形成固化硅烷。两者均为一步法的衍生。近年来，市场上又衍生出一种由50%共聚物和50%粘合剂组成的共混物，在我国也得到广泛应用。
目前，硅烷交联工艺生产方法共有七种，其中三种为衍生方法。在这七种方法中，除了Monosil法一步法设备投资大、共聚物材料价格高外，其余均可用原有设备生产；它具有生产工艺简单、产量高、生产成本低的优点。
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