绝缘性塑料在电缆中的应用研究

方永

摘要：绝缘性塑料是电缆的重要组成部分，随着我国工业化、城市化的不断加深，各类电力需求不断产生，我国的电力事业也以较高速度地发展，因此使用具有环保效应的新材料、新工艺，开发新一代的输电用电缆，提高供电质量和可靠性，这对国民经济和工业进步具有重大的意义。文章概述绝缘性塑料的特点和应用领域，综述聚乙烯类塑料、聚氯乙烯塑料、氟类塑料、聚酰胺塑料、聚氨酯塑料等在电缆领域的研究成果，指出未来需要深入探究绝缘性塑料老化性能的影响因素，为电缆材料应用提供参考。对绝缘性塑料的改性剂、加工工艺的研究还需要进一步加强，以制造性能更优的绝缘性塑料。

关键词：绝缘性能；聚乙烯类塑料；聚氯乙烯类塑料；氟类塑料；电缆

1引言

目前，电缆绝缘系统存在如下的缺点：（1）绝缘结构中电场分布较复杂，电场分布的不均匀性增加了加工工艺的难度及质量的不稳定性；（2）绝缘结构使用油纸绝缘的工作场强低、绝缘厚度大，电缆单位容量的重量、体积大，生产速度慢；（3）从业人员的生产环境差，有害物质及有毒气体多；（4）电缆运行中的可靠性低，维护复杂且维护成本高；（5）电缆的绝缘油有燃烧、爆炸的危险，不利于用在人口稠密的城市和对环境敏感的地区；（6）某些绝缘材料，对生态环境有很大破坏作用。在重视环保、追求可持续发展的当今世界，必将遭到淘汰的命运[1]。

2绝缘性塑料在电缆中的应用

2.1聚乙烯类塑料

聚乙烯具有易于加工成型、密度低、良好的电绝缘性能等优势，在电气、电子领域广泛应用。但聚乙烯存在耐环境应力不强的问题，限制聚乙烯的进一步应用。通过改性或发生交联反应，能够提升聚乙烯的力学性能。目前，国内外关于绝缘性聚乙烯类塑料的研究主要集中于聚乙烯塑料的性能、生产工艺、改性条件等方面。对用于电缆领域的聚乙烯塑料的性能进行研究，相关学者探究不同高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)，在加入过氧化二异丙苯(DCP)一定含量下，对电缆用聚乙烯复合材料性能的影响。结果表明：LLDPE、DCP的添加量不同，对聚乙烯复合材料的力学性能影响较大。当DCP的添加量为0.5%，聚乙烯复合材料的最大拉伸强度为20.5MPa，热分解温度升至445℃，环境应力开裂时间为600h，耐老化性能也得到了明显的提升。实际上，加入DCP并交联后的聚乙烯，其分子是一种网状结构，保持了良好的绝缘电阻，介质损耗也小于油纸绝缘。[2]

结果表明：长支链含量和结晶性能影响LDPE的电性能，结晶度和熔融温度越高，LDPE的体积电阻率越高。电缆用聚乙烯塑料的工艺条件也影响聚乙烯塑料的性能。部分学者针对高压电缆用绝缘交联聚乙烯的吸法工艺的影响因素进行研究，并测定交联聚乙烯绝缘电缆的负荷热延伸性能、电气强度[3]。

2.2聚氯乙烯塑料

聚氯乙烯具有良好的耐用性、电绝缘性能、力学性能和防潮性能，在高压电缆和低压电缆等领域广泛运用。为提升电线电缆用聚氯乙烯的阻燃性能和耐腐蚀性能，一些研究人员等利用有机硅树脂改性聚氯乙烯塑料，改性的聚氯乙烯复合材料的极限氧指数最高为27.3%，明显高于纯聚氯乙烯塑料。同时，聚氯乙烯复合材料经过耐老化实验后，阻燃性能和力学性能较稳定。为提升聚氯乙烯电缆的阻燃性能，采用磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)阻燃增塑剂、TCPP/纳米三氧化二锑(Sb2O3)复合阻燃剂，对聚氯乙烯进行改性[4]。

结果表明：TCPP的添加量为10份时，聚氯乙烯复合材料的极限氧指数从25.6%提升至26.7%，纳米Sb2O3的加入降低聚氯乙烯的力学性能和体积电阻率，但能够明显提升聚氯乙烯的阻燃性能。研究人员采用磷酸甲苯二苯酯(CDP)为阻燃剂，以提升电缆用聚氯乙烯材料的阻燃性和抗老化性。

2.3氟类塑料

氟类塑料具有良好的耐热性能、阻燃性能和电化学性能，被广泛用于电缆绝缘保护套。目前电缆用氟塑料种类主要包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等。聚四氟乙烯由于电化学性能优异，能够在高频率和超高频率下使用，也是射频同轴电缆常用的材料。另外，有关研究对同轴射频电缆用低密度（微孔）聚四氟乙烯的电化学性能进行测定。

结果表明：聚四氟乙烯材料的电阻率是1017Ω·m，相对介电常数是2.05，同时具有较好的柔韧性、屏蔽性能，运用于低损耗同轴射频电缆具有良好的前景。在此基础上，对低损耗纵孔聚四氟乙烯绝缘同轴电缆的应用条件进行优化。当绝缘电缆的外径为3mm，内导体外径为1.05mm，纵孔数量为4~5时，制备的聚四氟乙烯塑料具有较宽的使用温度范围、良好的屏蔽性能、高频下损耗低等优势。聚全氟乙丙烯具有良好的化学稳定性和可加工性能，适用于多种应用环境。

2.4其他类塑料

除了上述的几种塑料材料，聚氨酯塑料、聚酰胺塑料、聚砜塑料、聚苯醚塑料在电气电缆领域中有所运用。我国相关研究人员以聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯为改性剂对聚氨酯高压电缆接头材料进行改性。结果表明：通过质量分数为20%的阻燃剂TCPP、异丙苯基苯基磷酸酯(IPP)或磷酸三乙酯(TEP)，制备的复合聚氨酯材料的阻燃等级均达到FV-0级，且体积电阻率大于1×10

10Ω·cm，符合行业标准。

氮化硼改性能够提高涂层的阻燃性能，能够降低涂层的热释放速率、总生烟量、质量热损失速率。添加氮化硼改性剂还能够提高涂料的力学性能，在阻燃剂添加量为30%、氮化硼改性剂的添加量为15%时，丙烯酸系聚合物涂料的拉伸强度可以达到9.72MPa，而氮化硼改性的聚氨酯涂料的拉伸强度达到11.77MPa。研究表明经过改性的聚氨酯材料的综合性能明显提升。

采用聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)对聚酰胺塑料材料进行改性，并测定复合聚酰胺塑料的力学性能、电气绝缘性能和阻燃性能。结果表明：PPO、PPS改性的复合聚酰胺塑料的阻燃等级分别为UL-94的HB、UL-94的V-2，且电阻率达到电气行业通用标准，体积电阻率大于1×1015Ω·m。经过改性的聚酰胺塑料综合性能明显提升，在高压电缆领域的应用价值略有提升。

聚砜绝缘塑料在特种射频同轴电缆中有较广泛的应用，可以通过对聚砜挤塑工艺参数进行研究，制备高绝缘电阻、高耐压性能射频同轴电缆。结果表明：较佳的工艺条件为螺杆转速控制在15~20r/min，生产线速度控制在50~80m/min范围内，偏心度应控制在10%以内。

3结论

聚乙烯类塑料、聚氯乙烯塑料、氟类塑料、聚酰胺塑料、聚氨酯塑料等具有良好的电绝缘性能，通过适当的改性能够进一步提升材料的耐用性能、绝缘性能和抗热老化性能等。目前，高分子聚合物在电力行业中的应用越来越广泛，国内的材料研发技术已在多个领域超越了在几个主要的工业大国，如美国、日本、德国、意大利和法国。在电缆材料应用方面，随着我国基建力度的不断加大，各类电缆材料也伴随着各类电缆应运而生，这与我国化学及电气工程师以及研究人员的共同努力是分不开的。

参考文献

[1] 张文龙.电子线用无卤阻燃辐照交联聚烯烃电缆料[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2017.

[2] 王春江.电线电缆手册1（第二版增订本）[M].机械出版社

[3]张政,贺元骅,伍毅,等.典型航空电缆材料的火灾危险性分析[J].塑料科技,2019,47(11):128-133.

[4]温慧慧,张进.变频电机电线电缆用热塑性塑脂的研究进展[J].合成树脂及塑料,2016,33(2):92-95.