交联聚乙烯电缆加工设计(论文)(共19页)

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文杂化材料结课论文- PAGE II -I摘 要交联聚乙烯是电缆(dinln)的绝缘层常采用(ciyng)交联材料，而交联绝缘(juyun)电线电缆具有优异的电气性能，良好的运行安全性能和热过载机械性能，以及安装运行维修简便等优点。本文主要是简单介绍交联聚乙烯电缆的特点和一些简单的加工工艺。PAGE II- -目 录摘要(zhiyo)I TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc392508957 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc392508957 h 1 HYPERLINK l _Toc392508958 1.1 交联聚乙烯电缆(di

2、nln)介绍 PAGEREF _Toc392508958 h 1 HYPERLINK l _Toc392508959 1.1.1 交联聚乙烯电缆(dinln)的结构 PAGEREF _Toc392508959 h 1 HYPERLINK l _Toc392508960 1.1.2 交联聚乙烯电缆的特点 PAGEREF _Toc392508960 h 3 HYPERLINK l _Toc392508961 1.2 交联聚乙烯电缆的应用 PAGEREF _Toc392508961 h 3 HYPERLINK l _Toc392508962 第2章 交联聚乙烯电缆 PAGEREF _Toc39250

3、8962 h 4 HYPERLINK l _Toc392508963 2.1 金属导体的选择 PAGEREF _Toc392508963 h 4 HYPERLINK l _Toc392508964 2.2 交联聚乙烯的制备 PAGEREF _Toc392508964 h 5 HYPERLINK l _Toc392508965 2.2.1 干法化学交联 PAGEREF _Toc392508965 h 5 HYPERLINK l _Toc392508966 2.2.2 温水交联 PAGEREF _Toc392508966 h 5 HYPERLINK l _Toc392508967 2.3 成缆 P

4、AGEREF _Toc392508967 h 5 HYPERLINK l _Toc392508968 第3章 加工工艺设计 PAGEREF _Toc392508968 h 7 HYPERLINK l _Toc392508969 3.1 加工流程 PAGEREF _Toc392508969 h 7 HYPERLINK l _Toc392508970 3.2 工艺流程说明 PAGEREF _Toc392508970 h 8 HYPERLINK l _Toc392508971 3.3 主要设备参数及性能 PAGEREF _Toc392508971 h 9 HYPERLINK l _Toc392508

5、972 3.3.1 行走式主动放线架（两台） PAGEREF _Toc392508972 h 10 HYPERLINK l _Toc392508973 3.3.2 储线器 PAGEREF _Toc392508973 h 10 HYPERLINK l _Toc392508974 3.3.3 包带牵引机 PAGEREF _Toc392508974 h 10 HYPERLINK l _Toc392508975 3.3.4 三层共挤机头 PAGEREF _Toc392508975 h 10 HYPERLINK l _Toc392508976 3.3.5 上封闭器 PAGEREF _Toc3925089

6、76 h 11 HYPERLINK l _Toc392508977 3.3.6 悬垂控制器 PAGEREF _Toc392508977 h 11 HYPERLINK l _Toc392508978 3.3.7 隔离段 PAGEREF _Toc392508978 h 11 HYPERLINK l _Toc392508979 3.3.8 冷却段 PAGEREF _Toc392508979 h 11 HYPERLINK l _Toc392508980 3.3.9 下封闭器 PAGEREF _Toc392508980 h 12 HYPERLINK l _Toc392508981 3.3.10 履带牵引

7、机 PAGEREF _Toc392508981 h 12 HYPERLINK l _Toc392508982 3.3.11 张力调节器 PAGEREF _Toc392508982 h 12 HYPERLINK l _Toc392508983 3.3.12 收排线架 PAGEREF _Toc392508983 h 12 HYPERLINK l _Toc392508984 3.4 交联聚乙烯配方 PAGEREF _Toc392508984 h 12 HYPERLINK l _Toc392508985 总 结 PAGEREF _Toc392508985 h 15 HYPERLINK l _Toc39

8、2508986 参考文献 PAGEREF _Toc392508986 h 16千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- PAGE 10 - PAGE 17 -绪 论交联聚乙烯电缆(dinln)介绍(jisho)交联聚乙烯电缆(dinln)是指电缆的绝缘层采用交联聚乙烯作为绝缘材料的一类电缆，适用于工频交流电压500KV及以下的输配电线路中。交联聚乙烯电缆的结构导体用金属材料交联电缆导体使用的导体材料，首先必须具有良好的导电性能；第二，有良好的机械强度；第三，具有一定的防腐蚀能力；第四，

9、在冷热状态下都具有良好的工艺性能；第五，在资源上能保证供应。铜、铝等金属是常用的导体材料，铜的导电性能好，铝的导电性能和机械物理性能虽然不如铜，但其具有资源丰富，重量轻等特点，也已成为应用较广的导体材料。交联聚乙烯绝缘材料交联聚乙烯绝缘材料应具备下列的主要性能： 1、高的击穿场强（脉冲、工频、操作波）； 2、低的介质损耗角正切(tg)； 3、相当高的绝缘电阻； 4、优良的耐树枝（移滑）放电、局部放电性能； 5、具有一定的柔软性和机械强度； 6、绝缘性能长期稳定等。 交联聚乙烯绝缘料是由聚乙烯加入其他添加剂组成的。不同的交联方法，加入交联聚乙烯绝缘混合料中的添加剂也不同，但都是将聚乙烯分子结构从

10、线型变成立体网状型，从而大大地提高了聚乙烯耐热和机械性能。交联聚乙烯电缆(dinln)的结构交联聚乙烯电缆和大家熟悉的油浸纸统包电缆的区别除了相间主绝缘是交联聚乙烯塑料以及线芯形状是圆形之外，还有两层半导体胶涂层。在芯线的外表面涂有第一层半导体胶，它可以(ky)克服电晕及游离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。在相间绝缘外表面涂有第二层半导体胶，同时挤包了一层0.1mm厚的薄铜带，它们组成了良好的相间屏蔽层，它保护着电缆，使之几乎不能发生相间故障，如图1-1和图1-2所示。图1-1交联聚乙烯电缆(dinln)断面构造示意图1.绝缘层；2-线芯；3-半导体胶层；4-铜带屏蔽层；5-填料；6-塑

11、料内衬；7-铠装层；8-塑料外护层图1-2交联聚乙烯电缆结构示意图交联聚乙烯电缆(dinln)的特点由于(yuy)交联聚乙烯为体型大分子,故为不熔不溶物,耐热性明显提高。 交联度低,软化(runhu)点变化不大;交联度高,维卡耐热温度可提高30 40 ;交联聚乙烯的长期使用温度为95 100 。交联聚乙烯结晶区减少,密度均匀,使其电绝缘性基本无变化,所以仍属好的绝缘材料,并且绝缘性在较高温度和苛刻的化学介质中仍能保持高值,常用于电缆护套层。由于分子链间架起化学链桥,物理力学性能提高,特别是硬度、刚度、耐磨性、耐蠕变性和耐尺寸稳定性;同时因为交联部分的分子链虽受限制,但还可在原位置附近作轻微振动

12、以消耗冲击能,故冲击强度也提高。交联聚乙烯电缆的应用Cable Compound为过氧化物可交联无卤阻燃聚乙烯电缆料，可适用于电线护套和电线电缆穿线管，应用于公共场所建筑物、电梯间、民用住宅、车船的电线护套和电线电缆穿线管。交联聚乙烯电缆(dinln)金属导体(dot)的选择交联电缆导体使用的导体材料，首先必须具有良好的导电性能；第二，有良好的机械强度；第三，具有一定的防腐蚀能力；第四，在冷热状态下都具有良好的工艺性能；第五(d w)，在资源上能保证供应。铜、铝等金属是常用的导体材料，铜的导电性能好，铝的导电性能和机械物理性能虽然不如铜，但其具有资源丰富，重量轻等特点，也已成为应用较广的导体材

13、料。作为导体使用的铜、铝一般都用电解法制成，纯度很好，铝导体的纯度应在99.5%以上，铜导体的纯度应在99.9%以上。钒、钛、锰等是电解铝中影响导电性能较大的杂质。砷、铁、锑、锌等则是电解铜中影响导电性能较大的杂质。标准中规定有这些含量的限量。电解铜中含氧量在0.001%以下称为“无氧铜”。铜的主要特点：1、导电性好，仅次于银而居第二，如以铜的电导率为100%，银的电导率则为108.5%。 2、导热性好，仅次于银和金而居第三位，导热系数为银的73%。 3、塑性好，热加工时，首次压力加工量可达30%40%。 4、耐腐蚀性好，它与盐酸或稀硫酸作用甚微，铜在干燥的空气中具有较好的耐腐蚀性，但在潮湿空

14、气中表面易生成有毒的铜绿。 5、机械性能好，有较高的炕拉和伸长率。 6、易焊接。铝的主要特点：1、导电性能好。仅次于银、铜、金。而位于第四位，按相同体积比较，约为铜的60%65%。 2、导热性能良好(lingho)。 3、比重(bzhng)小，约为铜的1/3。 4、耐腐蚀性良好。铝在空气中与氧反应，很快生成一层致密的氧化铝膜，它能防止(fngzh)内层铝进一步氧化。 5、塑性好，可用压力加工方法制成各种形状的产品。 6、资源丰富，价格便宜，但是铝的缺点是机械性能较差。交联聚乙烯的制备干法化学交联采用加入过氧化合物交联剂的聚乙烯绝缘材料，通过三层共挤完成导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层的挤出后，连

15、续均匀地通过充满高温、高压氮气的密封交联管完成交联过程。传热媒体为氮气（惰性气体），交联聚乙烯电气性能优良、生产范围可达500KV级。温水交联采用加入硅烷交联剂的聚乙烯绝缘材料，通过1+2的挤出方式完成异体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层的挤出后，将已冷却装盘的绝缘线芯浸入85-95热水中进行水解交联，由于湿法交联会影响绝缘层中的含水量。一般最高电压等级仅达10KV。成缆目前常用的成缆方法为三层共挤法，指的是线芯屏蔽，绝缘屏蔽和交联聚乙烯通过挤出机同时挤出成型。这种成缆方法对机组精度要求极高，对操作人员要求大，但是由于挤出的电缆材料表面光滑，缺陷少，没有凹凸面，贴合紧密，韧性高等优点，仍作为最常用的

16、成缆方法。另一种方法是双层挤出机的绝缘与外屏蔽用同一个机头挤出，又称1+2挤出，如不采用双层共挤出，在电缆挤包绝缘层时，由于绝缘表面温度很高，无法(wf)进入外半导电屏蔽挤出机，如采用双机头，绝缘层和外半导电层就可同时挤出了，挤出层间接触紧密，且消除了绝缘和外屏蔽间的气隙，提高电缆的性能。挤出机与挤塑工艺学中的挤出机操作基本相同，不同的是挤包的材料是教练(jiolin)型材料，对挤出机的温度控制要求特别严格，应按工艺要求调节好，挤出机的关键部分是螺杆，清理螺杆一定要小心，不要损坏光洁度。加工(ji gng)工艺设计加工(ji gng)流程一般的电缆(dinln)加工流程为：拉丝绞丝绝缘火花成缆

17、（钢带）护套耐压试验成品包装拉丝一般进过来的铜杆都是7.00-8.00mm，拉丝机有连拉连退火一次成型的拉丝机，也有光拉丝的拉丝机然后再单独退火，现在拉丝机基本都是一次成型的。2.绞丝将拉好丝的线盘上到绞笼上，一般绞笼分四节，分别为8+12+16+25，有的过紧压模（圆形），有的就是压型模(扇形，瓦型）3.绝缘交联聚乙烯本色是乳白色，加上色母可调配颜色。此处为质量控制点。4.火花 为防止出绝缘时有破口，故在此设有火花机以检查线缆的质量问题。如有破口可发现及时修补。5.成缆 将出好的绝缘线芯绞合到一起，圆形绝缘线芯不用考虑转型，只需将几根绝缘线芯留有的空隙填平，使绞合的半成品圆整。压型绝缘线芯要

18、考虑转型问题，必须使绞合出来的线芯按规定形状合到一起，使其圆整。不带凯外层只需包裹一层PP带即可。如需缠钢带需缠一层塑带再缠钢带，可一道工序做完。6.护套 将聚氯乙烯护套料填入料斗，经机身机头加温成合适温度挤出，将出好的成品降温喷字，上轴。7.耐压试验 低压耐压试验都是用3.5KV的电压，打压5分钟。8.成品包装 将打好压的成品两头没护套的锯掉，封头，然后将头绑好，封上包装布，将耐压试验合格证订到轴侧。工艺流程(n y li chn)说明 如图3-1，一楼放有两台放线架（放线架有主动放线和被动放线）。二台纺线架主要是节省换线盘的时间，达到连续生产的目的。导体线芯通过转向(zhunxing)轮及

19、夹线器进入二楼的储线器。储线器正常(zhngchng)时储线120m，当放线架停机换线盘时，夹线器把入储线器进线端线芯夹住，这时储线器可继续维持放线，供生产线连续生产。当放线架又正常放线时，夹线器松开，由于储线器张力大于放线张力，储线器可自动储线，一直到储满为止。导体线芯从储线器最后一个轮出来，又经过转向轮进入包带牵引，包带牵引轮外部有两层胶带，把导体线芯压住，通过张力调节器调节气缸内的压力大小使两层皮带加紧(jijn)力发生变化，保证有足够的牵引力，用两层胶带夹线能避免线芯外表面被碰伤，确保电缆的质量，到剔除上牵引机进入三层共挤机头。导体通过三层共挤挤头时，由65挤出机先挤导体屏蔽(pngb

20、)层，再由150塑料挤出机挤绝缘层，90塑料挤出机挤绝缘外屏蔽层，实现三层一次完成挤包过程。导体从机头出来后，直接进入上封闭器，再进入加热段，加热段由六节管组成，分六个温度控制区，根据生产工艺要求，调节各区的温度，使电缆(dinln)绝缘层加热充分交联，确保电缆的绝缘质量。加热段中间为悬垂控制器，悬垂控制其主要是通过本生的电信号来调节履牵引机速度，使之与包带牵引机同步，保证电缆悬浮在管路中间，在每进入冷却段前方纺织机包电缆拖管划伤。电缆线从加热段出来后进入隔离段，隔离段上游及电器控制的放气阀。每小时放3立方米氮气，目的是把混入但其中的混合器水蒸气定时排放出去，防止突然冷却产生水树和由于电缆绝缘

21、层骤冷而产生的热应力，确保电缆质量及使用寿命。电缆出隔离段然后进入冷却段，电缆与水交换热量，达到冷却的目的的，再通过下封闭器，进入履带牵引机，通过调节气压胶带的气缸力的大小，是履带牵引机的牵引力发生变化，通过悬垂控制器给的信号，调节直流电机转数，从而使履带牵引机的速度与包带牵引机同步。由下牵引机出来(ch li)进入到了张力调节器，张力调节器是调节收线快慢的机构。最后收线，线盘缠满线后，割断(gdun)电缆，全线生产即结束。主要设备(shbi)参数及性能行走式主动放线架（两台）行走式主动放线架是比较先进的放线设备，整机有两个带滚轮的底梁，两个立柱，升降卷绕机构，滑动式收缩横梁，线桥，电气控制系

22、统组成。行走式放线架，采用国际先进的欧式590+系列四象限直流变速装置，作为放线的速度控制核心器件。储线器本设备为连续硫化线的一个单机，用于在放线架换线盘时能够继续供给生产线。本设备为卧式移动型储线器，由直流伺服电机减速器带动，实现储线、吐线动作。储线器由定轮、动轮、限位器、控制箱等部件组成。移动轮在导轨上面滚动。在导轨两端设有限位器及行走开关限制移动轮的储线位置。储线器的储线长度为120m，适用于电缆截面为150500的连续硫化线上。储线器正常工作时，定轮与动轮相距一定距离有效储线120m。当放线架停车换线盘时，夹线器将储线器入口的线芯夹住，此时动轮向定轮移动，储线器上的线被逐渐放出，维持继

23、续生产。当换盘，接头完毕后，夹线器打开，由储线器控制放线加快放线速度，再次储满线。包带牵引机本设备主要用于将导体线芯或电缆从低处向上牵引到一定高度，同时也承担硫化管中的电缆位置，包带牵引机速度为本线基准线速，履带牵引机应与它同步。保证电缆在硫化管内连续硫化与冷却，达到连续上产的目的。三层共挤机头该机头为油加热自然冷却式。机头有机头体、分胶体、模芯、模涛、导胶管、连接法兰、加热瓦等组成。三台挤出机分别通过各自的导胶管、分胶体及模芯、模套实现(shxin)各层的挤包过程。分为65塑料挤出机、150塑料挤出机、90塑料挤出机。上封闭器上封闭器适用于氮气交联机组交联管路上端密封的设备，它与下封闭器一起

24、(yq)，使整个管路形成一个封闭系统，使电缆在管路内实现连续交联和冷却。悬垂(xun chu)控制器悬垂控制器分接触式悬垂控制器和非接触式悬垂控制器，本设计采用非接触式悬垂控制器。悬垂控制器为非接触式，安装于加热段中部，用于测量悬链生产线的硫化管中电缆的精确位置。电缆的位置在接收器和外部显示器中显示。显示方式为百分比：自管道中心位置到靠近管壁。输出模拟信号控制收线。管子的内径与生产线的直径相符。悬垂控制器是用感应测量系统工作。信号发生器把电流输入到环形变压器的线圈（初级线圈）。变压钱庄在测量装置的一端。通过在生产线冷却段朝向地面一侧的接地与另一侧挤出机头之前的裸导体接地之间的绝缘电容，穿过环形

25、变压器，形成回路。隔离(gl)段隔离(gl)段长12.1m，其中包括一节胖管，二节2194管，工作(gngzu)压力：1.01.6MPa，中间有定时排氮孔，每小时排氮约3。冷却段由八节管组成，包括下封闭器，最后一节管设有进水口。管最低处设有排水口，总长为50.5m下封闭器下封闭器由气缸、密封箱、封闭总成、管、导轨等组成。下封闭器的作用是防止硫化管中的压力沿着电缆边缘排出，封闭垫有胶垫和钢垫，通过两端压紧螺栓使胶垫收紧，可达到最佳密封状态。履带牵引机设备的上下两排压紧气缸推动履带对电缆施加压力，从而拖动电缆向前平稳运行，既不损伤电缆表面，又不能引起电缆变形，使电缆行业理想的牵引设备。张力调节器张

26、力调节器由支架、齿轮、齿轮轴、电位器、摆杆、滑轮等组成。使用时，滚轮压在电缆线上，电缆线松开时，摆杆头向下，摆杆带动齿轮旋转使电位器电阻增大，给收排线电机信号，收线加速，反之收线变慢。张力调节器是控制收线速度快慢地装置。收排线架本设备主要用于氮气交联机组(jz)线缆卷绕成盘时用，其速度上分高低两档，每档卷绕速度都根据卷绕线径及卷绕半径采用直流调速系统无机调速，完成卷绕和排线的功能。交联聚乙烯配方(pi fng)A 料为已接枝了硅烷的聚乙烯,B 料为催化剂母料,其重量(zhngling)比一般为AB = 955 ,A 料和B 料由电缆料厂制成后售于电缆厂,电缆厂在使用前将A 料和B 料按比例混合

27、后,在普通挤出机中即可挤制电缆绝缘线芯,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联。硅烷交联聚乙烯电缆料的配方一般由基材树脂、引发剂、硅烷、抗氧剂、阻聚剂、催化剂等组成。 (1) 基材树脂一般是熔体指数(MI) 为2 的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂,但近来随合成树脂技术的发展及成本压力,线性低密度聚乙烯(LLDPE) 也用作或部分用作该材料的基材树脂。不同的树脂往往由于其大分子内部结构的差异,对其接枝交联产生很大影响,所以使用不同的基材树脂或不同生产厂的同一种类型的树脂,其配方也将随之而修正。 (2) 引发剂常用的为过氧化二异丙苯(DCP) ,关键是把握量的问题,过少导致硅烷接枝不够;过多引起聚乙烯交联,从而使其流动性降低,挤出的绝缘线芯表面粗糙,挤制困难。由于引发剂的加入量很小,又很敏感,所以怎样分散均匀也很重要,一般将其溶入硅烷一起加入。 (3) 硅烷一般采用乙烯基不饱和硅烷,包括乙烯基三甲氧基硅烷(A2171) 和乙烯基三乙氧基硅烷(A2151) ,由于A2171 的水解速率快,所以选用A2171者较多。同样,硅烷也有一个加入(jir)量的问题,目前各电缆料生产厂都力