紫外光交聯(lián)法在聚乙烯絕緣電纜的應(yīng)有技術(shù)

交聯(lián)聚乙烯材料廣泛應(yīng)用于電線電纜、熱收縮材料、熱水管和泡沫材料等領(lǐng)域。通常工業(yè)上采用的聚乙烯交聯(lián)方法主要有高能輻射交聯(lián)(γ射線、電子束、中子束等)和化學(xué)交聯(lián)(過氧化物法和硅烷法)。高能輻射交聯(lián)的主要缺點(diǎn)是投資巨大、工藝控制復(fù)雜，且需龐大的專用廠房。紫外光交聯(lián)法則工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少;易于操作，維護(hù)方便;能源利用率高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染;運(yùn)轉(zhuǎn)成本低，安全防護(hù)要求不苛刻;光輻射損傷小，機(jī)械性能和電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。但由于紫外光本身的穿透能力差和聚乙烯的光引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)速度低兩大主要障礙，數(shù)十年來(lái)這種交聯(lián)法一直不能在工業(yè)應(yīng)用上獲得太大進(jìn)展。
在國(guó)家自然科學(xué)基金連續(xù)資助下，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)瞿保鈞教授的研究組將聚乙烯本體光交聯(lián)基礎(chǔ)研究成果運(yùn)用到聚乙烯絕緣電纜材料的加工技術(shù)中。他們與焦作鐵路電纜工廠密切結(jié)合，開發(fā)一項(xiàng)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際領(lǐng)先水平的技術(shù)創(chuàng)新成果，從而為我國(guó)電線電纜行業(yè)的交聯(lián)技術(shù)改造和產(chǎn)品升級(jí)換代開拓了一條新途徑，可望產(chǎn)生較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。
自1988年起，在國(guó)家自然科學(xué)基金兩個(gè)面上項(xiàng)目資助下，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)瞿保鈞教授主持的研究組對(duì)紫外光交聯(lián)技術(shù)進(jìn)行了大量、系統(tǒng)的研究，獲得了一系列具有創(chuàng)新性基礎(chǔ)研究成果，并經(jīng)過必要的應(yīng)用性試制工作，解決了聚乙烯本體光交聯(lián)法在電纜工業(yè)中的應(yīng)用障礙。其主要成果的創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1.對(duì)聚乙烯光引發(fā)交聯(lián)機(jī)理有新的認(rèn)識(shí)。首次在高溫條件下檢測(cè)和鑒定了聚乙烯光引發(fā)交聯(lián)產(chǎn)生的大分子自由基中間體，為發(fā)展光引發(fā)交聯(lián)理論和闡明光引發(fā)劑奪氫機(jī)理提供了有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為篩選聚乙烯強(qiáng)化交聯(lián)的光引發(fā)體系提供了理論指導(dǎo)。
2.發(fā)現(xiàn)了聚乙烯光引發(fā)交聯(lián)點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)，并定量測(cè)定了光引發(fā)交聯(lián)點(diǎn)H-和Y-兩種類型微觀結(jié)構(gòu)的數(shù)目，為闡明光交聯(lián)點(diǎn)的化學(xué)本質(zhì)和形成機(jī)理作出了重要貢獻(xiàn)，從而受到了國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)。
3. 聚乙烯本體光引發(fā)交聯(lián)研究取得新突破，使原先的光引發(fā)速率和交聯(lián)厚度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。在適當(dāng)?shù)臈l件下，僅用10秒甚至更短時(shí)間的紫外光輻照，就可使3mm厚聚乙烯樣品發(fā)生均勻交聯(lián)，達(dá)到實(shí)際工業(yè)應(yīng)用所需的70%以上的交聯(lián)度，為光交聯(lián)聚乙烯新材料和新技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
在取得上述重要理論成果的基礎(chǔ)上，1997年該研究組又獲得國(guó)家自然科學(xué)基金較大強(qiáng)度助，研究開發(fā)出了光交聯(lián)聚乙烯電線電纜工業(yè)實(shí)用的新技術(shù)，并通過產(chǎn)學(xué)研合作，設(shè)計(jì)和研制了工業(yè)應(yīng)用光交聯(lián)電纜設(shè)備，完善了一整套光交聯(lián)電纜新工藝流程，從而在國(guó)際上率先建立了首條光交聯(lián)聚乙烯電纜生產(chǎn)線。同時(shí)，與之協(xié)作的鐵道部所屬企業(yè)，得到了鐵道部“九五”技改項(xiàng)目的支持，成功地研制并批量生產(chǎn)了光交聯(lián)電纜新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了光交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜新技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上的重大突破。該項(xiàng)成果通過了中國(guó)科學(xué)院、鐵道部聯(lián)合主持的光交聯(lián)電纜新技術(shù)新產(chǎn)品鑒定會(huì)，受到國(guó)內(nèi)專家高度評(píng)價(jià)：“紫外光輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜新技術(shù)是一項(xiàng)我國(guó)自主開發(fā)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要技術(shù)創(chuàng)新成果，為交聯(lián)電纜生產(chǎn)開拓了一個(gè)新途徑，處于國(guó)際領(lǐng)先水平”。期間，這項(xiàng)新技術(shù)先后申請(qǐng)了四項(xiàng)專利，其中光交聯(lián)設(shè)備已獲二項(xiàng)實(shí)用新形專利。紫外光輻照方法生產(chǎn)的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)良的電氣性能和物理化學(xué)性能。經(jīng)國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和電力工業(yè)部電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心試驗(yàn)，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過了國(guó)家規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。熱老化性能尤為優(yōu)良，導(dǎo)體長(zhǎng)期額定工作溫度可達(dá)120℃以上。采用紫外光輻照方法生產(chǎn)的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜還具有優(yōu)良的性能價(jià)格比和很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，其制造成本比傳統(tǒng)的交聯(lián)方法低三分之一。