紫外光交聯(lián)法在聚乙烯絕緣電纜的應有技術

交聯(lián)聚乙烯材料廣泛應用于電線電纜、熱收縮材料、熱水管和泡沫材料等領域。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)和化學交聯(lián)(過氧化物法和硅烷法)。高能輻射交聯(lián)的主要缺點是投資巨大、工藝控制復雜，且需龐大的專用廠房。紫外光交聯(lián)法則工藝設備簡單，投資少;易于操作，維護方便;能源利用率高，對環(huán)境無污染;運轉成本低，安全防護要求不苛刻;光輻射損傷小，機械性能和電性能優(yōu)良等優(yōu)點。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)反應速度低兩大主要障礙，數(shù)十年來這種交聯(lián)法一直不能在工業(yè)應用上獲得太大進展。
在國家自然科學基金連續(xù)資助下，中國科學技術大學瞿保鈞教授的研究組將聚乙烯本體光交聯(lián)基礎研究成果運用到聚乙烯絕緣電纜材料的加工技術中。他們與焦作鐵路電纜工廠密切結合，開發(fā)一項具有我國自主知識產權和國際領先水平的技術創(chuàng)新成果，從而為我國電線電纜行業(yè)的交聯(lián)技術改造和產品升級換代開拓了一條新途徑，可望產生較大的社會、經濟效益。
自1988年起，在國家自然科學基金兩個面上項目資助下，中國科學技術大學瞿保鈞教授主持的研究組對紫外光交聯(lián)技術進行了大量、系統(tǒng)的研究，獲得了一系列具有創(chuàng)新性基礎研究成果，并經過必要的應用性試制工作，解決了聚乙烯本體光交聯(lián)法在電纜工業(yè)中的應用障礙。其主要成果的創(chuàng)新點如下：
1.對聚乙烯光引發(fā)交聯(lián)機理有新的認識。首次在高溫條件下檢測和鑒定了聚乙烯光引發(fā)交聯(lián)產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)劑奪氫機理提供了有力的實驗證據(jù)，為篩選聚乙烯強化交聯(lián)的光引發(fā)體系提供了理論指導。
2.發(fā)現(xiàn)了聚乙烯光引發(fā)交聯(lián)點的微觀結構，并定量測定了光引發(fā)交聯(lián)點H-和Y-兩種類型微觀結構的數(shù)目，為闡明光交聯(lián)點的化學本質和形成機理作出了重要貢獻，從而受到了國際同行的高度評價。
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)厚度提高了一個數(shù)量級以上。在適當?shù)臈l件下，僅用10秒甚至更短時間的紫外光輻照，就可使3mm厚聚乙烯樣品發(fā)生均勻交聯(lián)，達到實際工業(yè)應用所需的70%以上的交聯(lián)度，為光交聯(lián)聚乙烯新材料和新技術在工業(yè)上應用奠定了基礎。
在取得上述重要理論成果的基礎上，1997年該研究組又獲得國家自然科學基金較大強度助，研究開發(fā)出了光交聯(lián)聚乙烯電線電纜工業(yè)實用的新技術，并通過產學研合作，設計和研制了工業(yè)應用光交聯(lián)電纜設備，完善了一整套光交聯(lián)電纜新工藝流程，從而在國際上率先建立了首條光交聯(lián)聚乙烯電纜生產線。同時，與之協(xié)作的鐵道部所屬企業(yè)，得到了鐵道部“九五”技改項目的支持，成功地研制并批量生產了光交聯(lián)電纜新產品，實現(xiàn)了光交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜新技術在工業(yè)應用上的重大突破。該項成果通過了中國科學院、鐵道部聯(lián)合主持的光交聯(lián)電纜新技術新產品鑒定會，受到國內專家高度評價：“紫外光輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜新技術是一項我國自主開發(fā)，具有自主知識產權的重要技術創(chuàng)新成果，為交聯(lián)電纜生產開拓了一個新途徑，處于國際領先水平”。期間，這項新技術先后申請了四項專利，其中光交聯(lián)設備已獲二項實用新形專利。紫外光輻照方法生產的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)良的電氣性能和物理化學性能。經國家電線電纜質量監(jiān)督檢驗中心和電力工業(yè)部電氣設備質量檢驗測試中心試驗，其各項技術指標均達到或超過了國家規(guī)定的技術標準。熱老化性能尤為優(yōu)良，導體長期額定工作溫度可達120℃以上。采用紫外光輻照方法生產的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜還具有優(yōu)良的性能價格比和很強的市場競爭力，其制造成本比傳統(tǒng)的交聯(lián)方法低三分之一。