热塑性电力电缆绝缘材料:历史与发展

交联聚乙烯(XLPE)具有优异的机械、热力学及绝缘性能,被广泛用作电力电缆绝缘材料。然而,XLPE是热固性塑料,电缆退役后绝缘难以循环再利用。另外,XLPE生产过程产生的副产物也会影响电缆的性能,不利于工人的健康。以上因素都是推动发展热塑性电缆绝缘的动力。本文介绍了电力电缆对绝缘材料电气特性的基本要求,总结了低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及聚丙烯(PP)等有可能用作热塑性电缆绝缘的三类聚合物的结构与电气特性的关系。并重点综述了聚合技术、共聚技术、共混技术、添加剂、纳米添加、化学改性等在调控上述三类热塑性绝缘材料结构与性能方面的研究进展。最后,从电缆绝缘材料结构与性能关系、聚合物存在多样性结构以及聚合物合成新技术日新月异等方面,对未来热塑性电力电缆绝缘材料的发展进行了展望。分析认为:新型合成技术是实现高性能热塑性电力电缆绝缘材料的有力手段;复合、改性技术则是发展热塑性电力电缆绝缘材料的重要补充。     

聚丙烯材料在电力电缆应用中的研究进展

热塑性聚丙烯材料具有优异的电气性能和热性能，且生产过程无需交联和脱气，能耗低、可回收，与交联聚乙烯相比具有良好的环境友好性，是生产电力电缆的最佳材料之一。本文以聚丙烯材料为讨论对象，介绍了聚丙烯材料的基本结构和物理性质及其与电气性能的关系；着重论述了共聚改性、共混改性、化学改性和纳米颗粒改性等手段对聚丙烯材料结构、力学、热学和电气性能的影响；并对国内外聚丙烯电缆的研究进展和应用情况进行了综述；最后从聚丙烯材料的生产制备技术、结构与性能的关系以及改性手段等方面，对聚丙烯材料的未来发展进行了展望。     

中压聚丙烯和交联聚乙烯绝缘材料的结构与性能对比

热塑性聚丙烯材料具有优异的电气性能和热性能,用于生产电力电缆绝缘,其生产过程中无需交联和脱气,能耗低、可回收,与交联聚乙烯相比具有良好的环境友好性。本文以中压聚丙烯电缆和交联聚乙烯电缆绝缘为研究对象,通过差示扫描量热分析、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析方法对直接合成的聚丙烯和交联聚乙烯的结构进行研究对比,并对其力学性能、介电常数和介质损耗、电气强度等宏观性能进行测试。结果表明：直接合成的聚丙烯分子链上穿插了乙烯链段,导致聚丙烯材料的熔点降低,但仍远高于交联聚乙烯的熔点。乙烯链段会参与到聚丙烯的结晶过程中,但不会单独结晶。聚丙烯的断裂伸长率为712%,高于交联聚乙烯的564%,优异的力学性能更有利于电缆的运输和安装施工。90℃下聚丙烯的电气强度为91.5 kV/mm,是相同温度下交联聚乙烯电气强度的123%,并且聚丙烯的电气强度对温度具有更好的稳定性。综合力学性能和电气性能来看,直接合成的聚丙烯性能不逊色于交联聚乙烯,可作为中压电缆的绝缘材料。     

新型环保聚丙烯绝缘中压电力电缆的研究

电缆中常用的交联聚乙烯绝缘材料是热固性塑料,难以循环再利用,其交联和去应力时间、成本远高于热塑性材料。本工作研究的额定电压26/35kV环保型聚丙烯(PP)绝缘电力电缆,其生产工艺不同于普通交联聚乙烯绝缘电力电缆,通过选用热塑性改性新型环保PP作为中压电缆的绝缘材料,使用合理的生产工艺和产品结构设计,实现PP绝缘电力电缆的生产制造。该产品正常运行工作温度可达105℃,具有传输容量大、绿色环保、成本低等特点;其各项性能通过型式试验检测,而且可提高电缆的可靠运行。目前PP绝缘电力电缆在国内市场空白,该研究的应用和推广,对PP绝缘中压电力电缆的开发具有重要指导意义。     

不同改性聚丙烯电缆绝缘料热氧老化特性和选型

热塑性聚丙烯材料用于电力电缆绝缘时,生产过程中无需交联和脱气,工艺简单,能耗低,且具有优异的机械性能和电气性能。为此以不同改性聚丙烯材料和交联聚乙烯电缆绝缘材料为研究对象,通过差式扫描量热分析、力学拉伸性能试验、介电性能试验、击穿强度测试等方法,分析在不同热氧老化阶段的材料性能演变过程。结果发现,不同改性聚丙烯绝缘料的凝聚态结构略有差异,其中共聚改性聚丙烯中明显的相容性橡胶相结构,能够提供与传统交联聚乙烯的交联结构相似的材料性能。在热氧老化过程中,改性聚丙烯绝缘料的宏观特征与交联聚乙烯绝缘料的变化趋势相同,具备绝缘替代的能力。此外,改性聚丙烯材料橡胶相含量必须合理控制,以平衡材料的机械和老化性能。所得结果可以为聚丙烯绝缘电缆的推广应用和选型提供依据。     

环保型聚丙烯绝缘电力电缆国产化应用探讨

介绍了一种具有低成本、高性能的环保型聚丙烯绝缘电力电缆。重点介绍了聚丙烯材料的研究现状以及聚丙烯电缆的关键制造工艺,并对产品的相关重点性能进行了验证,可为环保型聚丙烯绝缘电力电缆的设计制造及应用提供参考。     

高碳黑含量聚丙烯电力电缆屏蔽材料

热塑性绝缘电缆代表着电力电缆的发展方向之一。近年来,热塑性电缆绝缘材料获得了重视。然而,与热塑性电缆绝缘材料配合使用的热塑性半导电屏蔽材料的研究仍然很少。考虑到现有热塑性电缆以聚丙烯基绝缘为主,研究了聚丙烯基热塑性半导电屏蔽材料的结构和性能。以聚丙烯和乙烯–辛烯共聚物弹性体的共混物为基体,以导电碳黑为填料,制备了碳黑质量分数为28.6%、31.0%、33.3%的复合材料。采用扫描电镜和透射电镜观察了碳黑在复合材料中的分散与分布;用平行板流变仪研究了不同碳黑含量下复合材料的熔融流变行为;获得了复合材料的电导率与温度的变化关系;探究了碳黑含量与分布对复合材料的动态力学、流变及导电等性能的影响。结果表明:较高碳黑含量下,复合体系的导电性能与碳黑颗粒在聚合物中的分布状态密切相关,与碳黑填充分数关系不密切;另外,可利用流变性能和动态力学参数来判断复合体系的碳黑网络结构。综合来看,含碳黑质量分数为31.0%时,半导电屏蔽材料具有较好的导电性和加工性能。     

不同改性技术路线的聚丙烯基高压直流电缆绝缘材料综合性能比较

聚丙烯(polypropylene,PP)是一种极具应用潜力的热塑性高压直流电缆绝缘材料,有望取代传统的交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘。目前,面向高压直流电缆绝缘应用的聚丙烯改性技术主要包括共聚/共混、纳米掺杂改性、接枝改性等。为对上述改性技术路线的性能水平进行综合评估,分别选择并制备共聚聚丙烯、纳米掺杂改性聚丙烯和接枝改性聚丙烯。对其热、机械、电气绝缘性能进行了测试,并与XLPE进行对比。测试与对比结果表明,相比传统XLPE材料,上述改性聚丙烯材料均具有较高的热稳定性与较为接近的机械性能,直流下的电气绝缘性能则得到显著提升。这其中以接枝改性聚丙烯表现最为优秀。PP的接枝改性技术显示出优秀的综合性能,并且适用于大规模工业化自主化生产,具有较高的应用潜力和发展价值。     

热塑性聚酰亚胺的研究及应用进展

聚酰亚胺(PI)作为一种特种工程塑料而被广泛应用,但由于PI的熔融性能较差,产业化发展受到了限制.通过对热固性PI进行改性开发出的热塑性聚酰亚胺(TPI),其熔融性能和加工性能相对热固性PI有了质的提升,能够应用于柔性覆铜板、3D打印等领域.本文概述了TPI的合成方法及热学、力学、加工性能,总结了TPI在柔性线路板及其他重要工业领域的应用,提出了TPI未来的研究方向.     

用聚丙烯扁丝代黄麻作电缆填充

我厂是生产塑料电线电缆为主的塑料制品厂。生产品种有各种电缆料和用于电缆填充的聚丙烯扁丝。本厂生产的塑力缆、塑控缆均用自产的聚丙烯扁丝作填充。经检验表明,产品质量符合要求。聚丙烯是热塑性塑料,它具有良好的综合性能:比重小,强度和韧性高,吸湿性小,耐     

依托市场不断开发新颖无卤阻燃电缆料

随着无卤阻燃电线电缆广泛应用各种场合,用户对无卤阻燃电缆料的性能和品种提出了更多、更新的要求,为了适应这种形势的需要,对热塑型和辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料进行多方面研究和开发,文中介绍了这方面的有关情况。     

碳黑/MXene热塑性电力电缆半导电屏蔽材料EI北大核心CSCD

热塑性聚丙烯系列聚合物具有绝缘性能优异、耐温性能好、无交联副产物以及可回收再利用等优点,是新兴绿色环保电力电缆绝缘材料。在高压电缆中,绝缘必须与半导电屏蔽配合良好,因此亟待开发基于热塑性聚丙烯的半导电屏蔽料。该文以聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物为基体,碳黑和MXene为导电填料,马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为改性剂,制备了导电填料添加质量分数为30.0%的半导电屏蔽料。研究表明,引入MXene能显著降低半导电屏蔽料的电阻率,MXene质量分数为1.0%时(碳黑为29.0%),屏蔽料的正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)强度为0.84,显著低于添加30.0%碳黑屏蔽料的PTC强度(1.49)。在添加29.0%碳黑和1.0%MXene的屏蔽料中引入1.0%PP-g-MAH可显著提高热稳定性,但电阻率和PTC强度(1.04)略高于MXene含量为1.0%时(碳黑为29.0%)的屏蔽料。另外,在碳黑屏蔽料电极中加入MXene可显著减少PP绝缘料中的空间电荷数量。该研究为开发热塑性高压电缆屏蔽料提供了实验参考。     

干式直流电容器聚丙烯薄膜绝缘性能及其改进方法研究进展

在超特高压直流输电换流阀厅中，干式金属化薄膜电容器承担阻尼缓冲、电压支撑和辅助换流等重要角色，其安全可靠性取决于电容器薄膜介质的绝缘性能。电压等级提升与设备小型化发展，对电容器绝缘性能提出了更严苛要求。该文基于运行工况下干式电容器用聚丙烯薄膜的微观和宏观性能演化规律，总结了微观结构、热场作用、复杂电场和机械应力对薄膜介质介电性能的影响规律，分析了聚丙烯薄膜绝缘老化乃至击穿失效机理。从物理共混、有机添加、灰分抑制、结晶设计、化学接枝及界面改性几方面归纳了薄膜绝缘改性的国内外研究现状，介绍了几种干式直流电容器用聚丙烯基材及薄膜介电性能的提升方法，为开发适用于超特高压直流运行工况的干式金属化聚丙烯薄膜电容器提供参考。     

替代高压电器设备用环氧树脂的热塑性材料特性研究

热塑性材料基于材料性能高、环保性好和成型工艺简单等优点,逐渐成为行业内积极研究用于取代环氧树脂的新型绝缘材料之一。目前国内外尚未针对应用于高压电器绝缘件制造的热塑性材料形成体系性的技术要求。文中选择了4种玻纤增强热塑性材料,从机械性能、电学性能和热学性能三方面与环氧树脂进行对比,同时研究玻纤在塑料注射成型中的取向和吸水性对材料性能的影响。结果表明,热塑性材料具有良好的机械、电学和热学性能,随着玻纤取向的增大,机械性能不断降低。为热塑性材料在高压电器设备中的应用提供技术基础。     

电力电缆及终端接头劣化修复技术研究进展

电力电缆因具有占地面积少、线路损耗小等优点而被广泛应用于电力传输领域，其绝缘性能对供电可靠性有着极其重要的影响。在电场、温度、应力等因素的作用下，电力电缆及终端接头不可避免地会出现绝缘缺陷，劣化修复技术主要是在缺陷出现后能够快速、准确地对绝缘缺陷进行修复的方法。对此，阐述了电力电缆及终端接头的劣化原因，介绍了温度、机械应力、施加电压、空间电荷注入、污秽积累等因素对电力电缆及终端接头劣化的影响机理及规律。总结了目前常见的电力电缆及终端接头的修复技术并说明了各自的应用范围和优缺点，并针对电缆劣化机理、劣化修复技术和终端接头修复技术等方面提出相关建议。     

电动汽车直流充电枪电力电缆材料性能测试与评价

随着新能源电动汽车的大范围推广及产业化应用,电动汽车直流充电枪电力电缆作为电动汽车充电桩的配套产品,对其各种性能的研究具有十分重要的意义。选取TPE(热塑性弹性体)和硅橡胶两种绝缘材料以及TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)、 TPE和硅橡胶三种护套材料进行机械性能的测试分析,并测试了70℃,168 h条件下空气老化前后三种护套的热失重曲线。结果显示,硅橡胶在老化前后性能变化比较明显,硅橡胶的抗氧化性能最好,TPU和TPE的抗撕强度均大于硅橡胶。     

环保型高压直流电缆绝缘材料研究进展

随着直流输电技术的发展,直流电缆输电方式在未来电能传输中将发挥重要作用,而直流电缆输电技术发展的关键在于电缆绝缘材料的突破。针对传统交联聚乙烯绝缘存在的不可回收再利用、工作温度有限和加工工艺复杂等缺点,开发环保型直流电缆绝缘材料显得尤为必要。为促进环保型直流电缆绝缘材料的研究和开发,对环保型直流电缆绝缘材料的发展现状和关键技术进行了系统评述。总结了目前常见的几种聚烯烃类环保型直流电缆绝缘材料的研究进展和聚烯烃材料的3种改性方法:共混改性、纳米改性和化学接枝改性,对比了环保型直流电缆绝缘材料和传统交联聚乙烯相比的优势。可以看出,以热塑性聚烯烃,特别是聚丙烯为基体的环保型直流电缆绝缘材料展现出了很好的应用前景,可以有效提高直流电缆的工作温度,简化加工工艺。环保型直流电缆绝缘材料开发过程中更应注重材料在高温下的性能,以发挥其优势从而提高直流电缆的运行温度,同时应该同步开展环保型直流电缆绝缘材料的老化研究。     

含本征型弹性体聚丙烯合金的力学与电气性能

在国家“碳达峰、碳中和”的战略背景下,发展环保型热塑性聚丙烯(PP)电缆绝缘材料已成为高压输电领域的重要趋势之一。为实现PP电缆绝缘材料的国产化,选用中石化自主生产的均聚PP和含本征型弹性体的PP合金为研究对象,系统研究了微观橡胶相、晶体结构与力学、电气性能的关系,并分析其应用于环保型热塑性电缆的潜力。结果表明,PP合金样品(4号)的橡胶相含量较多,尺寸较小,表现出良好的韧性和绝缘性能,但其弯曲模量和介电损耗是后续仍需解决的重要问题。接下来,结合化学共聚改性和物理共混改性,进一步优化橡胶相的含量和尺寸并减少催化剂残留,有望实现PP电缆绝缘材料的国产化应用。     

变频系统用电力电缆结构及相关性能要求

本文主要介绍了变频系统用电力电缆的结构,以及不同结构的电力电缆EMC评价,并对电缆的相关性能和使用材料以及电缆的屏蔽方式作了说明,同时对变频系统用电力电缆和相关电气设备的接线方式作了介绍,以期推动该电缆的技术和应用不断的发展。     

超高压电力电缆树枝放电抑制机理的探讨

介绍高压和超高压电力电缆绝缘介质中电树放电、水树放电引发的理论,以及目前国内外对电力电缆中树枝化放电的抑制方法。对相关产品标准中有关抑制树枝化措施的规定进行了理论探讨。采用超净化电缆料进行超净化、超光滑挤出层工艺加工是抑制树枝化的有效方法。电缆料中添加稳压剂能有效抑制电树,水树的引发。严格执行相关标准是抑制树枝化技术的关键。