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交联工艺对交联聚乙烯绝缘特性的影响
交联工艺对交联聚乙烯绝缘特性的影响
引言
作为电力传输和分配系统中的重要组件，电缆性能和质量直接影响到电网的稳定运行和安全性。而交联聚乙烯作为一种优质电缆绝缘材料，由于具有高强度、低介电损耗、耐电弧击穿、耐热等优良性能，越来越多地被应用于电力系统中。交联是提高聚乙烯电缆绝缘能力的重要方法之一。本文旨在探索不同交联工艺对交联聚乙烯绝缘特性的影响。
一、交联聚乙烯的性质
聚乙烯(PE)是一种由C2单元聚合而成的聚合物。作为电缆绝缘材料，聚乙烯具有一些优异的特性，例如抗老化性、斯蒂克斯耐压试验合格性、电气性能等。交联聚乙烯(XLPE)是通过将未交联聚乙烯与交联剂混合，并通过加热或辐射交联形成的材料。与未交联聚乙烯相比，交联聚乙烯的性能提升得多。
PE的介电常数、介电损耗因子和热膨胀系数与温度成正比，而阻燃性能、断裂强度、热稳定性、氧气指数和长期稳定性等特性则随温度升高而下降。XLPE绝缘电缆在电场中表现出卓越的性能，其介电强度高，介电损耗指数低，且对氧化还原作用不敏感，因此适用于在高压电缆和绕组中广泛应用的绝缘材料。
二、交联工艺
XLPE的交联可使用化学交联和物理交联这两种方式。化学交联通常使用过氧化物作为交联剂并加热或辐射处理，从而形成交联结构。物理交联（热交联）通常是通过加热或熔融聚乙烯制成的原料，使其交联或形成分子交错网络而产生的反应。
化学交联能够使PE的分子受到纵向连锁反应的影响，因此交联聚乙烯的链节结构更加均匀，特别是已经固态化的XLPE聚合物熔固中。化学交联的优点是在加工过程中能够产生更好的力学性能、热学性能和电学特性。化学交联需要先使聚合物和交联剂混合，并在高温下进行交联反应。
物理交联是通过加热方式进行处理的。物理交联基本上是表明XLPE可以通过加热形成更强的分子间的连接。物理交联是由于在越来越高的PE分子结晶度之间形成的交错连接。由于分子的熔融状态更容易形成这种交错连接，因此要创造一个加热流程，从而在加工XLPE前将其熔化。
三、交联工艺对交联聚乙烯绝缘特性的影响
1.介电性能
介电常数和介电损耗是衡量XLPE特性的重要参数。交联剂添加量的数量和类型会影响XLPE的介电性能。交联剂的含量过多会导致分子结构紧密，交联链接点太多，从而导致聚合物的分子间距减小并造成介电常数和介电损耗的增加，影响XLPE的整体性能。研究表明，在最适宜的条件下交联聚乙烯的介电强度将比未交联聚乙烯提高近十倍以上，介电常数和损耗角在一定范围内的弱点也得到了优化。
2.热稳定性
PE在受热时会分解和老化。交联能够在高温下增加聚合物的稳定性和抗氧化性。交联结构能够提高聚合物的热稳定性和热老化性能，并能显著减少聚合物的分解温度。研究显示，物理交联和化学交联的耐热性能有所不同，物理交联的XLPE材料需要更高的温度才能开始热分解，较之化学交联的XLPE材料明显更为耐高温。
3.机械性能
机械强度和耐热能力是衡量XLPE绝缘特性的重要参数。交联聚乙烯具有优异的机械性能，耐磨耐损伤，抗剥离性强，可配置为适合不同环境下的电力线航道和实际使用情况。而热性能优越的交联聚乙烯，其机械强度、耐热性能更优，能达到对多种外部情况环境下的抵御能力。
4.燃烧性能
燃烧性能对电力系统的安全性具有重要影响。传统的XLPE在燃烧时会形成大量的有毒气体和烟雾。为了满足电力设备的安全性要求，改善交联聚乙烯的燃烧性能十分必要。研究显示，在恰当的交联条件下，可以提高XLPE的阻燃性能，减少火灾造成的损失。研究表明，植入卤素等特殊剂量、微量的辅助材料，可以极大地提高交联聚乙烯的阻燃性能。
结论
交联是提高聚乙烯电缆绝缘能力的重要方法之一。通过物理交联或化学交联，可以显著提高交联聚乙烯的机械强度、热稳定性、燃烧性能和介电性能，为电力系统和电力设备提供更可靠的保障。在实际工程应用中，应根据不同的应用场景和要求，选择合适的交联方式和交联工艺，从而得到最佳的XLPE绝缘性能。