阻燃聚乙烯电缆护套料电性能探讨

阻燃聚乙烯电缆护套料电性能探讨

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

Discussiononinsulationperformanceofflameretardantpolyethylenecablesheath

LIYING,ZHANGZong-jun,JIAOHong-suo,CHANGJUN,YANGGuang-hui,MALONG

(TBEAShandongLunengTaishanCableCo.,Ltd.Xintai,Shandong271219,China)

Abstract:Inthispaper,theflameretardantpolyethylenesheathingmaterialwithhalogenandhalogen-freesystemisaffectedbytemperatureandwaterimmersion.Withtheincreaseoftime,theflame-retardantpolyethylenesheathmaterialsampleofhalogen-freesystemisseriouslydeformedandthevolumeresistivityisdecreasedfaster,resultinginadecreaseintheinsulationpropertiesofthefinishedflameretardantpolyethylenesheath.

Keywords:flameretardantpolyethylene,volumeresistivity,insulationperformance

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/Q400×400×2Z、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5～10min。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/T8815-2008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380℃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.