新型紫外光交联材料的探究

新型紫外光交联材料的探究

王新雨，仇鹏

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 青岛 266580

1.引言

近年来，我国直流高压电缆制造技术在稳步革新，对电压等级进行不断的突破，但是工业生产中电缆材料的性能革新和突破仍是目前的关键问题之一^[1]。紫外光交联法作为新兴起的XLPE绝缘电力电缆制造工艺^[2]，通常采用高强度紫外光源对熔融透明态的聚乙烯进行辐照并使其交联^[3]。本文以LLDPE为基础树脂，以BP为光引发剂，分别采用TMPTMA（三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯）和TAIC（三烯丙基异氰脲酸酯）为交联助剂制备了紫外光交联聚乙烯试样，探究新型紫外光交联材料直流电性能的变化。

2. 试样制备

2.1 实验材料

选用的实验材料为：LLDPE型号为7042，作为紫外光交联聚乙烯料的基础树脂；TMPTMA为广州三旺化工材料有限公司生产；TAIC为杭州众化科技有限公司生产；抗氧剂1010为东莞市山一塑化公司产品。

2.2 制备方式

称取适量的LLDPE加入温度为160℃、转速为40rpm的转矩流变仪中混炼，3min后加入2wt%BP、0.3wt%抗氧剂1010和1wt%不同的交联助剂再混炼3min，用平板硫化仪压制成样，通过紫外光辐照，最终经过水冷机冷却成型。

3试验表征

3.1 红外光谱试验

已知酯基内C=O的伸缩振动吸收峰的波数在1770-1720cm^-1范围内^[4]，紫外光交联后的试样的曲线均存在波数为1735cm^-1的特征吸收峰，而对于不含辅助交联剂的LLDPE和BP混合物，没有出现该特征峰，故表明，故已成功制备紫外光交联试样。

3.2 空间电荷试验

图1为加压过程的电荷分布，紫外光交联试样极化后的空间电荷密度均明显少于LLDPE。LLDPE在阴极有大量的同极性空间电荷的注入，最大处峰值约为4C/m³，阳极有同极性电荷注入，约为3C/m³；XLPE-TAIC试样阴极有大量的同极性空间电荷的注入，约为3.5C/m³，阳极有极少量同极性电荷注入；XLPE-TMPTMA试样极化后，阴极有少量异极性电荷，峰值约为1.5C/m³，在阳极有极少量的正极性电荷。

a）LLDPE b) XLPE-TAIC c) XLPE-TMPTMA

图1 极化过程空间电荷分布

图2为试样去极化过程的曲线。LLDPE在短路过程中, 在阴极有大量同号电荷，在阳极有大量异极性电荷，空间电荷密度峰值分别达到14C/m³和4C/m³；XLPE-TAIC短路过程中阴极有大量同极性电荷，阳极有少量同极性电荷，空间电荷密度峰值分别为9.5C/m³和3C/m³；XLPE-TMPTMA在阴极和阳极的空间电荷密度峰值分别为8C/m³和4C/m³，30min后分别降为3.3C/m³和1.7C/m³。

1. LLDPE b) XLPE-TAIC c) XLPE-TMPTMA

图2 试样去极化过程空间电荷分布

综上，3种紫外光交联试样对抑制空间电荷注入的能力均比LLDPE增强很多，在极化过程中，紫外光交联试样的空间电荷密度明显少于LLDPE；短路过程中，紫外光交联试样的剩余电荷明显减少，抑制空间电荷注入能力最强的是XLPE-TMPTMA。

4.结论

本文研究中采用TMPTMA、TAIC交联助剂制备了紫外光交联聚乙烯试样，通过红外光谱测试可知，交联助剂已成功连接到聚乙烯分子之间，表明已成功制备紫外光交联试样；通过空间电荷实验测试表明：紫外光交联试样的极化过程中几乎没有空间电荷积累，电场畸变程度明显降低，短路消散速率快，整体表现均优于LLDPE，其中XLPE-TMPTMA更优异，其短路30分钟后在阴极和阳极的空间电荷密度峰值分别为3.3C/m³和1.7C/m³。

参考文献

1. 王志宏, 段亚楠. 直流输电技术综述[J]. 科技信息, 2012, (18): 128-130.

2. Yan Q, Xu W. Photoinitiated crosslinking of low density polyethylene I: Reaction and kinetics[J]. Polymer Engineering and Science, 1991, 31(22):1561–1566．

3. 屠德民, 刘文斌, 庄国平, 等. 空间电荷自身反电场的介质击穿理论及电荷发射屏的研究[J]. 西安交通大学学报, 1987, 21(增刊1): 1-11.

4. 付雨微, 王暄, 吴强华, 等. 新型UV XLPE电缆绝缘材料的交联及电学特性[J]. 电工技术学报, 2018, 33(23):178-186.