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紫外光交联法在聚乙烯绝缘电缆的应有技术

交联聚乙烯材料广泛应用于电线电缆、热收缩材料、热水管和泡沫材料等领域。通常工业上采用的聚乙烯交联方法主要有高能辐射交联(γ射线、电子束、中子束等)和化学交联(过氧化物法和硅烷法)。高能辐射交联的主要缺点是投资巨大、工艺控制复杂,且需庞大的专用厂房。紫外光交联法则工艺设备简单,投资少;易于操作,维护方便;能源利用率高,对环境无污染;运转成本低,安全防护要求不苛刻;光辐射损伤小,机械性能和电性能优良等优点。但由于紫外光本身的穿透能力差和聚乙烯的光引发交联反应速度低两大主要障碍,数十年来这种交联法一直不能在工业应用上获得太大进展。

在国家自然科学基金连续资助下,中国科学技术大学瞿保钧教授的研究组将聚乙烯本体光交联基础研究成果运用到聚乙烯绝缘电缆材料的加工技术中。他们与焦作铁路电缆工厂密切结合,开发一项具有我国自主知识产权和国际领先水平的技术创新成果,从而为我国电线电缆行业的交联技术改造和产品升级换代开拓了一条新途径,可望产生较大的社会、经济效益。

  自1988年起,在国家自然科学基金两个面上项目资助下,中国科学技术大学瞿保钧教授主持的研究组对紫外光交联技术进行了大量、系统的研究,获得了一系列具有创新性基础研究成果,并经过必要的应用性试制工作,解决了聚乙烯本体光交联法在电缆工业中的应用障碍。其主要成果的创新点如下:

  1. 对聚乙烯光引发交联机理有新的认识。首次在高温条件下检测和鉴定了聚乙烯光引发交联产生的大分子自由基中间体,为发展光引发交联理论和阐明光引发剂夺氢机理提供了有力的实验证据,为筛选聚乙烯强化交联的光引发体系提供了理论指导。

  2. 发现了聚乙烯光引发交联点的微观结构,并定量测定了光引发交联点H-和Y-两种类型微观结构的数目,为阐明光交联点的化学本质和形成机理作出了重要贡献,从而受到了国际同行的高度评价。

3. 聚乙烯本体光引发交联研究取得新突破,使原先的光引发速率和交联厚度提高了一个数量级以上。在适当的条件下,仅用10秒甚至更短时间的紫外光辐照,就可使3mm厚聚乙烯样品发生均匀交联,达到实际工业应用所需的70%以上的交联度,为光交联聚乙烯新材料和新技术在工业上应用奠定了基础。

  在取得上述重要理论成果的基础上,1997年该研究组又获得国家自然科学基金较大强度助,研究开发出了光交联聚乙烯电线电缆工业实用的新技术,并通过产学研合作,设计和研制了工业应用光交联电缆设备,完善了一整套光交联电缆新工艺流程,从而在国际上率先建立了首条光交联聚乙烯电缆生产线。同时,与之协作的铁道部所属企业,得到了铁道部“九五”技改项目的支持,成功地研制并批量生产了光交联电缆新产品,实现了光交联聚乙烯绝缘电缆新技术在工业应用上的重大突破。该项成果通过了中国科学院、铁道部联合主持的光交联电缆新技术新产品鉴定会,受到国内专家高度评价:“紫外光辐照交联聚乙烯绝缘电缆新技术是一项我国自主开发,具有自主知识产权的重要技术创新成果,为交联电缆生产开拓了一个新途径,处于国际领先水平”。期间,这项新技术先后申请了四项专利,其中光交联设备已获二项实用新形专利。紫外光辐照方法生产的交联聚乙烯绝缘电缆具有优良的电气性能和物理化学性能。经国家电线电缆质量监督检验中心和电力工业部电气设备质量检验测试中心试验,其各项技术指标均达到或超过了国家规定的技术标准。热老化性能尤为优良,导体长期额定工作温度可达120℃以上。采用紫外光辐照方法生产的交联聚乙烯绝缘电缆还具有优良的性能价格比和很强的市场竞争力,其制造成本比传统的交联方法低三分之一。

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