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2011/07/25
作者：李八男
一、交联线缆
1、交联线缆概念
交联线缆通常是指绝缘层采用交联材料的线缆。把线型高分子转变为体型（三维网状结构）高分子的过程称为交联。使得绝缘材料的长期允许工作温度由70℃提高到90℃（或更高），短路允许温度由140℃提高到250℃（或更高），在保持其原有优良电气性能的前提下，大大地提高了实际使用性能。
2、交联工艺方法
目前电缆行业生产交联电缆的工艺方法分为三类：
第一类 过氧化物化学交联；
第二类 硅烷化学交联；
第三类 辐照交联。
3、交联材料
最常用的材料为交联聚乙烯（XLPE）。聚氯乙烯（PVC）只能通过添加足量的辐照交联助剂（俗称敏化剂，目前多用不饱和酯类化合物）的办法，经辐照促其交联。
（1）过氧化物化学交联聚乙烯
过氧化物交联聚乙烯是先用聚乙烯树脂配合适量的交联剂和抗氧剂，根据需要有时还加入填充剂的软化剂等组份，充分混合，制成可交联的聚乙烯混合物颗粒。然后用挤出机等设备将此混合物挤包在导体上，加工成型，再将包有可交联聚乙烯混合物的线芯，通过一个有一定压力和一定温度的交联管道设备，使聚乙烯中的交联剂引发，分解成化学活性很高的游离基，夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链的某些碳原子转变为活性游离基，二个大分子链上的游离基相互结合，即产生交联，交联好的聚乙烯绝缘线芯尚需经过冷却，再卷绕收线。以过氧化二异丙苯（DCP）为例，其与聚乙烯的交联反应如下： 
（2）硅烷交联聚乙烯
硅烷交联聚乙烯也是一种化学交联聚乙烯。其主要机理是先将有机硅氧烷和聚乙烯在特定条件下，如在机械力、有机过氧化物和温度的作用下，使聚乙烯生成具有烷氧甲硅基交联活性点的接枝共聚物，然后在催化剂（常用二月桂酸二丁基锡）和水的存在下，缩聚交联，生成交联聚乙烯。反应方程式如下：
（3）辐照交联聚乙烯
辐照交联聚乙烯是利用高能射线，如γ射线、α射线、电子射线等能量，使聚乙烯大分子中的碳原子激发成活性而进行交联的。电线电缆常用的高能射线为电子加速器产生的电子射线。因该交联是依靠物理能量进行的，故属物理交联。
聚乙烯经高能射线辐照后，可以产生下列变化：
a、放出氢气和低级烷烃气体，如甲烷、乙烷、丙烷等。
b、聚乙烯大分子与大分子间生成—C—C—键，即生成支链或产生交联。
c、在主链上产生>C=C<双键。
d、结晶度降低。
e、空气存在时，聚乙烯表面发生氧化作用。
f、当辐照量甚高时，聚乙烯将有些变色，颜色随剂量加大而变深。
辐照交联聚乙烯除具有化学交联聚乙烯的一般特性外，还有下列特点：
a、电性能基本上与未交联的一样。
b、交联度不能太高，一般在60%～70%左右。
c、因辐射源能量的关系，主要用于绝缘厚度不太厚的电线电缆或薄膜。
（4）辐照交联聚氯乙烯（XLPVC）
有报道称：在电线电缆行业中，用的各类包覆材料中塑料点85%（其中聚氯乙烯占60%），橡胶占11%，热塑性弹性体占4%。因此聚氯乙烯（PVC）是电线电缆行业中使用率最高的一种高分子材料，PVC电缆料具有良好的电气绝缘性能，有一定的机械强度、阻燃、廉价和来源广泛等特点。然而由于PVC本身结构上的缺点，不能满足一些特殊场合的应用。近年来，在北美、日本、欧洲等一些先进国家辐照交联聚氯乙烯（XLPVC）绝缘线缆的用量越来越大，在辐照交联特种线缆产品中占的比例也逐步增大。
（5）辐照交联聚烯烃
辐照交联聚烯烃的机械物理性能与交联聚乙烯基本相同，但一般要求是阻燃或无卤低烟阻燃的。
4、交联线缆的标准和型号
（1）电力电缆：
额定电压1kV到35kV交联聚乙烯电力电缆执行标准GB/T12706。
（2）架空绝缘电缆：
额定电压1kV及以下架空绝缘电缆执行标准GB/T12527；
额定电压10kV、35kV架空绝缘电缆执行标准GB/T14049；
（3）固定布线用电线电缆：
额定电压450/750V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线电缆执行标准GB/T10438，导体最高工作温度为90℃和105℃。型号见表1。
额定电压450/750V及以下交联聚烯烃绝缘电线和电缆执行标准GB/T10491，导体最高工作温度为105℃、125℃和150℃。型号见表2（只列举了导体工作温度为105℃的型号，125℃和150℃的相似）。
二、生态线缆
有关生态线缆本人已在《生态线缆—线缆行业崭新的理念》一文中做了介绍，这里再将其要点作一归纳，以便与交联线缆比较。
1、生态线缆的定义
生态线缆是指具有资源节约和安全性能的环保型线缆。以减少人类对生物圈破坏为目的，提高环境保护功能，对环境无危害的线缆。
2、生态线缆的特点
（1）环保性
生态线缆是一种环保型线缆。产品在生产制造、使用及后续处理过程中不产生环境激素物质。环保性能应高于RoHS要求。
（2）节约资源性
生态线缆具有以维护生态平衡为目的，节约资源的性能。
——在保证产品性能的前提下，采用紧凑结构，有效降低产品结构尺寸和重量，节约资源。此项的节约应包括产品出厂后的运输费用和产品安装、敷设的人力物力。
——产品有较长的使用寿命，这也是节约资源的另一表现。
——生态线缆采用耐热绝缘材料和薄壁绝缘结构使导体外的包覆物的热阻较小，产品的载流量较一般的线缆高，做到了高效节能节材。
（3）安全性
生态线缆的安全性包括生态线缆必须的无卤低烟阻燃和产烟毒性安全特性及耐火线缆的耐火特性。
三、交联线缆与生态线缆的比较
1、绝缘机械物理性能
各种绝缘材料的机械物理性能见表3。
2、绝缘标称厚度
额定电压450/750V绝缘电线电缆各种绝缘材料和结构的绝缘标称厚度见表4。
3、参考载流量
影响线缆载流量的因素很多，在同样的导体和同等的敷设条件下，线缆的载流量决定于导体的最高工作温度和包覆层的热阻，而包覆层的热阻是与包覆层的厚度及热阻系数相关的。在导体的最高工作温度和包覆层的热阻这两个影响因素中，一般导体的最高工作温度起重要作用。参考载流量见表5。
四、小结
1、可交联材料受到高能射线或交联剂的作用，在一定条件下能从线型分子结构转变成体型三维结构，同时由热塑性塑料转变成不溶不熔的热固性塑料。提高了耐热变形性，改善了高温下的力学性能，改进了耐环境应力龟裂与耐热老化的性能，增强了耐化学稳定性和耐溶剂性，减少了冷流性，基本保持了原来的电气性能。所以可使电缆的长期工作温度和短路时的短时承受温度有所提高，因此同样绝缘厚度的电缆，交联材料绝缘载流量就大得多。经改性可制得阻燃、耐高温、耐电晕、耐漏电痕迹等品种。
生态线缆遵循环保、安全、节约资源的原则，以尊重自然，善待环境，尊重生命，确保安全为理念，以较少的材料消耗打造环保、安全、高效的线缆产品。因此，交联线缆与生态线缆在追求的方向和目的不尽相同。
2、生态线缆用普通的挤塑机就可以生产，交联线缆（除硅烷交联）的生产设备较复杂。
3、可交联材料往往需加入交联剂，材料的成本较高。
4、交联线缆虽然标准规定的机械强度并不高，但实测值（特别是辐照交联）往往较高。交联线缆的使用寿命较高，辐照交联线缆可达四十年，甚至可达六十～一百年。
5、近年来兴起的紫外线辐照交联技术在设备投资和生产成本上有较大幅度的改善，但其应用范围和产品的性能有待继续探索。
1、交联线缆概念
交联线缆通常是指绝缘层采用交联材料的线缆。把线型高分子转变为体型（三维网状结构）高分子的过程称为交联。使得绝缘材料的长期允许工作温度由70℃提高到90℃（或更高），短路允许温度由140℃提高到250℃（或更高），在保持其原有优良电气性能的前提下，大大地提高了实际使用性能。
2、交联工艺方法
目前电缆行业生产交联电缆的工艺方法分为三类：
第一类 过氧化物化学交联；
第二类 硅烷化学交联；
第三类 辐照交联。
3、交联材料
最常用的材料为交联聚乙烯（XLPE）。聚氯乙烯（PVC）只能通过添加足量的辐照交联助剂（俗称敏化剂，目前多用不饱和酯类化合物）的办法，经辐照促其交联。
（1）过氧化物化学交联聚乙烯
过氧化物交联聚乙烯是先用聚乙烯树脂配合适量的交联剂和抗氧剂，根据需要有时还加入填充剂的软化剂等组份，充分混合，制成可交联的聚乙烯混合物颗粒。然后用挤出机等设备将此混合物挤包在导体上，加工成型，再将包有可交联聚乙烯混合物的线芯，通过一个有一定压力和一定温度的交联管道设备，使聚乙烯中的交联剂引发，分解成化学活性很高的游离基，夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链的某些碳原子转变为活性游离基，二个大分子链上的游离基相互结合，即产生交联，交联好的聚乙烯绝缘线芯尚需经过冷却，再卷绕收线。以过氧化二异丙苯（DCP）为例，其与聚乙烯的交联反应如下：
硅烷交联聚乙烯也是一种化学交联聚乙烯。其主要机理是先将有机硅氧烷和聚乙烯在特定条件下，如在机械力、有机过氧化物和温度的作用下，使聚乙烯生成具有烷氧甲硅基交联活性点的接枝共聚物，然后在催化剂（常用二月桂酸二丁基锡）和水的存在下，缩聚交联，生成交联聚乙烯。反应方程式如下：
辐照交联聚乙烯是利用高能射线，如γ射线、α射线、电子射线等能量，使聚乙烯大分子中的碳原子激发成活性而进行交联的。电线电缆常用的高能射线为电子加速器产生的电子射线。因该交联是依靠物理能量进行的，故属物理交联。
聚乙烯经高能射线辐照后，可以产生下列变化：
a、放出氢气和低级烷烃气体，如甲烷、乙烷、丙烷等。
b、聚乙烯大分子与大分子间生成—C—C—键，即生成支链或产生交联。
c、在主链上产生>C=C<双键。
d、结晶度降低。
e、空气存在时，聚乙烯表面发生氧化作用。
f、当辐照量甚高时，聚乙烯将有些变色，颜色随剂量加大而变深。
辐照交联聚乙烯除具有化学交联聚乙烯的一般特性外，还有下列特点：
a、电性能基本上与未交联的一样。
b、交联度不能太高，一般在60%～70%左右。
c、因辐射源能量的关系，主要用于绝缘厚度不太厚的电线电缆或薄膜。
（4）辐照交联聚氯乙烯（XLPVC）
有报道称：在电线电缆行业中，用的各类包覆材料中塑料点85%（其中聚氯乙烯占60%），橡胶占11%，热塑性弹性体占4%。因此聚氯乙烯（PVC）是电线电缆行业中使用率最高的一种高分子材料，PVC电缆料具有良好的电气绝缘性能，有一定的机械强度、阻燃、廉价和来源广泛等特点。然而由于PVC本身结构上的缺点，不能满足一些特殊场合的应用。近年来，在北美、日本、欧洲等一些先进国家辐照交联聚氯乙烯（XLPVC）绝缘线缆的用量越来越大，在辐照交联特种线缆产品中占的比例也逐步增大。
（5）辐照交联聚烯烃
辐照交联聚烯烃的机械物理性能与交联聚乙烯基本相同，但一般要求是阻燃或无卤低烟阻燃的。
4、交联线缆的标准和型号
（1）电力电缆：
额定电压1kV到35kV交联聚乙烯电力电缆执行标准GB/T12706。
（2）架空绝缘电缆：
额定电压1kV及以下架空绝缘电缆执行标准GB/T12527；
额定电压10kV、35kV架空绝缘电缆执行标准GB/T14049；
（3）固定布线用电线电缆：
额定电压450/750V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线电缆执行标准GB/T10438，导体最高工作温度为90℃和105℃。型号见表1。
表1 额定电压450/750V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线型号和名称
| 型号 | 名称 |
| BVJ-90 | 铜芯导体工作温度90℃交联聚氯乙烯绝缘电线电缆 |
| RVJVJ-90 | 铜芯导体工作温度90℃交联聚氯乙烯绝缘和护套软电缆 |
| BVJVJ-90 | 铜芯导体工作温度90℃交联聚氯乙烯绝缘和护套电缆 |
| BVJVJB-90 | 铜芯导体工作温度90℃交联聚氯乙烯绝缘和护套扁电缆 |
| BVJ-105 | 铜芯导体工作温度105℃交联聚氯乙烯绝缘电线电缆 |
| RVJVJ-105 | 铜芯导体工作温度105℃交联聚氯乙烯绝缘和护套软电缆 |
| RVJ-105 | 铜芯导体工作温度105℃交联聚氯乙烯绝缘软线 |
表2 额定电压450/750V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线型号和名称
| 型号 | 名称 |
| Z-BYJ-105 | 耐热105℃阻燃交联聚烯烃绝缘电缆 |
| WDZ-BYJ-105 | 耐热105℃无卤低烟阻燃交联聚烯烃绝缘电缆 |
| Z-RYJ-105 | 耐热105℃阻燃交联聚烯烃绝缘软电缆 |
| WDZ-RYJ-105 | 耐热105℃无卤低烟阻燃交联聚烯烃绝缘软电缆 |
| Z-BYJYJ-105 | 耐热105℃阻燃交联聚烯烃绝缘和护套电缆 |
| WDZ-BYJYJ-105 | 耐热105℃无卤低烟阻燃交联聚烯烃绝缘和护套电缆 |
| Z-RYJYJ-105 | 耐热105℃阻燃交联聚烯烃绝缘和护套软和电缆 |
| WDZ-RYJYJ-105 | 耐热105℃无卤低烟阻燃交联聚烯烃绝缘和护套软电缆 |
二、生态线缆
有关生态线缆本人已在《生态线缆—线缆行业崭新的理念》一文中做了介绍，这里再将其要点作一归纳，以便与交联线缆比较。
1、生态线缆的定义
生态线缆是指具有资源节约和安全性能的环保型线缆。以减少人类对生物圈破坏为目的，提高环境保护功能，对环境无危害的线缆。
2、生态线缆的特点
（1）环保性
生态线缆是一种环保型线缆。产品在生产制造、使用及后续处理过程中不产生环境激素物质。环保性能应高于RoHS要求。
（2）节约资源性
生态线缆具有以维护生态平衡为目的，节约资源的性能。
——在保证产品性能的前提下，采用紧凑结构，有效降低产品结构尺寸和重量，节约资源。此项的节约应包括产品出厂后的运输费用和产品安装、敷设的人力物力。
——产品有较长的使用寿命，这也是节约资源的另一表现。
——生态线缆采用耐热绝缘材料和薄壁绝缘结构使导体外的包覆物的热阻较小，产品的载流量较一般的线缆高，做到了高效节能节材。
（3）安全性
生态线缆的安全性包括生态线缆必须的无卤低烟阻燃和产烟毒性安全特性及耐火线缆的耐火特性。
三、交联线缆与生态线缆的比较
1、绝缘机械物理性能
各种绝缘材料的机械物理性能见表3。
表3 绝缘材料物理性能比较表
| 项目 | 老化前 | 老化试验 | |||||||
| 抗张强度 MPa | 断裂伸长率 % | 老化条件 | 抗张强度 MPa | 断裂伸长率 % | 抗张强度变化率 % |
断裂伸长率变化率 % |
|||
| 辐照交联聚烯烃 | 比利时Kablewerk Eupen公司标准 | ≥12.5 | ≥150 | 7d，135℃ | ≥12.5 | ≥150 | |||
| 江苏江扬公司实测数据 | 13.6 | 350 | 10d，135℃ | 13.9 | 270 | ||||
| 125℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃 | VDE | ≥5.0 | ≥125 | 7d，135℃ | ±30 | ±30 | |||
| IEC | ≥9.0 | ≥125 | ±30 | ±30 | |||||
| DFDA-1472NT | 12.4 | 200 | 7d，158℃ | -25 | -25 | ||||
| 上海至正 | 企标 | ≥9.0 | ≥125 | ±30 | ±30 | ||||
| 实测 | 11.3 | 258 | -1 | -18 | |||||
| 交联聚烯烃 | JB/T 10491 | XPO/105Z | ≥12.5 | ≥200 | 7d，135℃ | ±25 | ±25 | ||
| XPO/105W | ≥9.0 | ≥120 | ±30 | ±30 | |||||
| XPO/125Z | ≥12.5 | ≥200 | 7d，158℃ | ±25 | ±25 | ||||
| XPO/125W | ≥9.0 | ≥120 | ±30 | ±30 | |||||
| XPO/150Z | ≥12.5 | ≥200 | 7d，180℃ | ±25 | ±25 | ||||
| XPO/150W | ≥9.0 | ≥120 | ±30 | ±30 | |||||
| 交联聚乙烯 | GB/T 12706 |
XLPE | ≥12.5 | ≥200 | 7d，135℃ | -- | -- | ±25 | ±25 |
| 辐照交联聚乙烯绝缘料 | QB/T 2462 |
JFYT-10 | ≥14.5 | ≥400 | 7d，135℃ | ±20 | ±20 | ||
| JFYT-1 | ≥14.0 | ≥300 | ±20 | ±20 | |||||
| FYT-10 | ≥14.5 | ≥420 | ±20 | ±20 | |||||
| FYT-1 | ≥14.0 | ≥400 | ±20 | ±20 | |||||
| 辐照交联聚氯乙烯绝缘料 | 半硬 | UL1581 | ≥10.3 | ≥150 | 7d，100℃ | -- | -- | -30 | -30 |
| 实测 | 20.6 | 250 | 22.0 | 230 | +8 | -8 | |||
| 弹性 | IEC60245 | ≥10.0 | ≥150 | 10.0 | 150 | ±25 | ±20 | ||
| 实测 | 14.0 | 250 | 12.6 | 250 | +15 | -11 | |||
| 辐照交联聚氯乙烯 | JB/T 10438 | XLPVC/XP90 | ≥12.5 | ≥150 | 10d，135℃ | ≥12.5 | ≥150 | ±20 | ±20 |
| XLPVC/XP105 | |||||||||
| 聚烯烃加尼龙 | 企标 | 生态线缆 | ≥15.0 | ≥150 | 10d，135℃ | ≥15.0 | ≥150 | ±25 | ±25 |
额定电压450/750V绝缘电线电缆各种绝缘材料和结构的绝缘标称厚度见表4。
表4 绝缘和护层的标称厚度
| 标准号 | 电缆名称 | 导体最高工作温度 | 导体标称截面mm2 | ||||||||
| 0.75 | 1 | 1.5 | 2.5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 平均 | |||
| GB 5023 | 聚氯乙烯绝缘电缆 | 70℃ | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | 0.80 |
| JB/T 10438 | 交联聚氯乙烯绝缘电缆 | 90、105℃ | 0.7 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | |||
| JB/T 10491 | 交联聚烯烃绝缘电缆 | 105、125、150℃ | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | 0.80 |
| 企标 | 辐照交联聚烯烃绝缘电缆 | 105℃ | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 0.9 | 0.9 | 0.6625 |
| 企标 | 90℃生态电缆 | 绝缘 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.7 | 0.8 | 0.50 |
| 尼龙护层 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.15 | 0.15 | 0.1275 | ||
| 合计 | 0.52 | 0.52 | 0.52 | 0.52 | 0.52 | 0.62 | 0.85 | 0.95 | 0.6275 | ||
影响线缆载流量的因素很多，在同样的导体和同等的敷设条件下，线缆的载流量决定于导体的最高工作温度和包覆层的热阻，而包覆层的热阻是与包覆层的厚度及热阻系数相关的。在导体的最高工作温度和包覆层的热阻这两个影响因素中，一般导体的最高工作温度起重要作用。参考载流量见表5。
表5 辐照交联聚烯烯烃线与生态线及聚氯乙烯线参考载流量比较表
| 标称截面 mm2 |
导体种类 | 参考载流量A | ||
| 105℃辐照交联聚烯烃线缆 | 90℃生态线缆 | 70℃聚氯乙烯线缆 | ||
| 0.75 | 1 | 21 | 18 | 15 |
| 1 | 1 | 25 | 22 | 18 |
| 1 | 2 | 25 | 22 | 18 |
| 1.5 | 1 | 32 | 28 | 23 |
| 1.5 | 2 | 32 | 28 | 23 |
| 2.5 | 1 | 44 | 38 | 31 |
| 2.5 | 2 | 44 | 38 | 31 |
| 4 | 1 | 59 | 52 | 42 |
| 4 | 2 | 59 | 52 | 42 |
| 6 | 1 | 75 | 66 | 54 |
| 6 | 2 | 75 | 66 | 54 |
| 10 | 2 | 104 | 92 | 78 |
| 16 | 2 | 135 | 122 | 105 |
四、小结
1、可交联材料受到高能射线或交联剂的作用，在一定条件下能从线型分子结构转变成体型三维结构，同时由热塑性塑料转变成不溶不熔的热固性塑料。提高了耐热变形性，改善了高温下的力学性能，改进了耐环境应力龟裂与耐热老化的性能，增强了耐化学稳定性和耐溶剂性，减少了冷流性，基本保持了原来的电气性能。所以可使电缆的长期工作温度和短路时的短时承受温度有所提高，因此同样绝缘厚度的电缆，交联材料绝缘载流量就大得多。经改性可制得阻燃、耐高温、耐电晕、耐漏电痕迹等品种。
生态线缆遵循环保、安全、节约资源的原则，以尊重自然，善待环境，尊重生命，确保安全为理念，以较少的材料消耗打造环保、安全、高效的线缆产品。因此，交联线缆与生态线缆在追求的方向和目的不尽相同。
2、生态线缆用普通的挤塑机就可以生产，交联线缆（除硅烷交联）的生产设备较复杂。
3、可交联材料往往需加入交联剂，材料的成本较高。
4、交联线缆虽然标准规定的机械强度并不高，但实测值（特别是辐照交联）往往较高。交联线缆的使用寿命较高，辐照交联线缆可达四十年，甚至可达六十～一百年。
5、近年来兴起的紫外线辐照交联技术在设备投资和生产成本上有较大幅度的改善，但其应用范围和产品的性能有待继续探索。
