1、聚丙烯电缆材料技术的应用与思考赵 洪 杨佳明 赵新东 杨旭 王凯哈尔滨理工大学先进电缆技术研究中心CONTENTS目 录聚丙烯电缆材料的基本特性1聚丙烯电缆材料关键问题与应对2聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3总结4聚丙烯电缆材料的基本特性工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室 均聚聚丙烯(PP-H)共聚聚丙烯等规均聚聚丙烯间规均聚聚丙烯无规均聚聚丙烯等规均聚聚丙烯硬度过高,无法作为电缆绝缘使用。丙烯乙烯无规共聚聚丙烯(PP-R)PP-B(抗冲聚丙烯IPC)均聚聚丙烯共聚聚丙烯模量 硬度透光性好优点缺点拉伸强度 熔融温度在均聚聚丙烯分子链中引入“缺陷”，降低规整度，
2、增加柔顺性组成不均匀 性能不均一在等规聚丙烯基体中引入橡胶相作为增韧单元结构特点耐热温度下降不明显结构形态复杂存在相态结构与界面问题共聚模量 硬度1抗冲聚丙烯(IPC)工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室 抗冲聚丙烯形态与形成机理聚丙烯电缆材料的基本特性1 抗冲共聚聚丙烯是一种典型的具有多相特征的通过聚合反应器制备的聚丙烯合金。是以丙烯均聚物为基体,乙烯-丙烯无规共聚物或乙烯-丙烯多嵌段共聚物为分散相。工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室Xc=50.8%Xc=46.3%PP-HPP-B1熔融峰变宽结晶度高熔融温度高仅有PP相，球晶
3、尺寸较大含有PP相和橡胶相（少）聚丙烯电缆材料的基本特性1PP-B2含有PP相和橡胶相（多）熔融峰位降低Xc=24.8%148均聚PP抗冲共聚型PP结晶度逐渐降低熔融温度逐渐降低模量逐渐降低屈服强度逐渐降低常温模量1900MPa常温模量1150MPa常温模量580MPa屈服强度34MPa屈服强度17.6MPa屈服强度13MPa工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室溶液法浆液法(淤浆法)本体法(液相法)气相法本体气相法工艺高温溶液工艺常规催化剂浆液法高效催化剂浆液法间歇式聚合工艺连续式聚合工艺气相搅拌床工艺气相流化床工艺Spheripol 工艺Basell 公司Hy
4、pol 工艺三井油化Bostar 工艺Borealis 油化工艺特点丙烯于惰性溶剂环境下聚合丙烯与惰性溶剂在立式搅拌釜内聚合液相丙烯反应不需溶剂丙烯直接气相聚合生成固相的聚合物产品结合本体法与气相法优点产品等规聚丙烯特种BOPP薄膜、高相对分子质量吹塑膜及高强度管材高等规度均聚丙烯无规共聚聚丙烯等规聚丙烯抗冲共聚聚丙烯无规共聚聚丙烯抗冲聚丙烯无规共聚聚丙烯优势与劣势流程复杂，成本高，需脱灰，目前基本不使用反应温度大幅降低，改进后的淤浆法使用第二代催化剂，省去催化剂脱灰与脱除无规物步骤催化剂可均匀分散，聚合速率快，产物等规指数可达96%反应器聚合条件独立可控，可定制PP产品软硬反应器聚合条件独立
5、可控，可定制PP产品软硬聚丙烯工业合成工艺及其特点仅用于合成PP-H可合成PP-H、PP-R、PPB合成PP-H,PP-R聚丙烯电缆材料的基本特性1工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室 工艺汇总聚丙烯电缆材料的基本特性1催化系统均聚及无规共聚PP抗冲共聚PP去气失活干燥工艺与制造商助剂与造粒UnipolDow 抚顺石化Z-N气相流化床气相流化床NovelenBASF 台塑（宁波）Z-N立式搅拌床立式搅拌床InnoveneHorizoneBP燕山石化广州石化Z-N水平搅拌床水平搅拌床SpheripolBasell ExxonMobil上海石化 茂名石化环管反应器2
6、气相流化床HypolMitsui Chemicals广州石化Z-NBorstarZ-N环管反应器2气相流化床（带刮板）BorealisZ-N环管反应器气相流化床3工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室 聚烯烃弹性体和塑性体聚丙烯电缆材料的基本特性1聚烯烃弹性体和塑性体本质上是乙烯或丙烯与-烯烃【丁烯（4C）、己烯（6C）或辛烯（8C）】在茂金属催化剂作用下合成的无规共聚物。典型弹性体POE共聚单体含量高于20%典型塑性体POP共聚单体含量少于20%。乙烯/1-丁烯（4C）乙烯/1-己烯（6C）乙烯/1-辛烯（8C）1-己烯（6C）和1-辛烯（8C）做为共聚单体，在
7、诸多性能上较1-丁烯（4C）有优势供应商商品名共聚单体产品类型密度g/cm3模量MPa融点陶氏化学Engage乙烯/辛烯、丁烯POE0.857-0.8977.9-59.233-78Affinity乙烯/辛烯POP0.870-0.88545-7855-95Versify丙烯/乙烯POP(丙烯基)0.863-0.89142-10555-107三井化学Tafmer乙烯/辛烯、丁烯POE/POP0.862-0.905/50-94LG化学Lucene乙烯/辛烯POE0.865-0.87014-3036-73SK化学Solumer乙烯/辛烯POE/POP0.857-0.88545-30040-74聚烯烃弹
8、性体主要依赖进口，价格目前仍在1.6万元/吨以上，产品密度越低，烯烃用量越多，价格越高。模量越低，熔融温度越低，与PP相容性越好，价格越高聚丙烯电缆材料的基本特性哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学1 聚丙烯电缆绝缘料组成 材料的耐热与软化矛盾突出，理想的PP电缆绝缘料应具有高耐热性和低弯曲模量。以均聚PP和共聚PP为耐热骨架，以弹性体或高橡胶含量聚丙烯为软化组分，是常见的改性方法。1高弹聚丙烯2均聚或共聚PP高弹聚丙烯3均聚或共聚PP弹性体4均聚或共聚PPPEPP电缆材料物性分布常见配方历史上电缆工作者一直努力用 PP制造电缆绝缘，从市话电缆绝缘到PPLP高压绝缘这次突破是弹性体材料和共聚类高弹聚丙
9、烯的胜利（HPTE high perfomance themo elastics)共聚改性共混改性聚丙烯电缆材料的基本特性哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学1 聚丙烯电缆绝缘共混料结构均聚PP共聚PP2共聚PP1/POE共聚PP1/POP共聚PP1共聚PP2共聚PP3PP/弹性体1PP/弹性体2PP/弹性体3乙烯-丙烯共聚物中共聚的乙烯相呈现橡胶态，起增柔功能。从左到右，乙烯相增加。弹性体材料与PP共混，也是呈岛相存在，起到增韧功能，弹性体的种类和极性基团含量会影响其分散性。乙烯相弹性体 共聚改性和共混改性聚丙烯中，橡胶相和弹性体相分散在等规聚丙烯的基体，形成所谓的“海岛”结构。CONTENTS目
10、录聚丙烯电缆材料的基本特性1聚丙烯电缆材料关键问题与应对2聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3总结4聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题1：短路故障耐受能力 电-热-流-固多物理场耦合技术，可用于分析不同特性聚丙烯材料在不同条件下的短路耐受特性。不同温度与频率下粘度特性计及潜热、熔程、过冷度的相变仿真聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题1：短路故障耐受能力短路冲击下温度场铝导体铝导体截面截面400mm400mm2 2绝缘厚度绝缘厚度10.5mm10.5mm铜导体铜导体截面截面1600mm1600mm2 2绝缘厚度绝缘厚度16.0mm16.0m
11、m土壤直埋土壤直埋，1 1m m深深，自然对流自然对流短路条件：短路条件：250250，5 5s s 铝导体时铝导体时，240240s s时刻时刻，导体和绝导体和绝缘的温度均低于缘的温度均低于160160，10001000s s时时，导体和绝缘温度低于导体和绝缘温度低于110110；铜导体时铜导体时，200200s s时刻时刻，导体高于导体高于200200，绝缘有绝缘有4 4mmmm以上高于以上高于160160，10001000s s时时，导体和部分绝缘仍高于导体和部分绝缘仍高于160160。以以145145为固为固-流相变温度温度流相变温度温度达到达到145145，不一定意味着熔融不一定意味
12、着熔融，熔融需要吸收足够的潜热熔融需要吸收足够的潜热，实际的实际的熔融厚度可能会小于以上数值熔融厚度可能会小于以上数值。聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学260kA 5s60kA 5s20kA 0.4s20kA 0.4s 短路电流大小与持续时间影响绝缘结构形变，250的短路温度需要短路电流达到60kA并持续5s。在现有继电保护水平下，短路电流不会超过20kA，持续时间小于0.4s，绝缘结构是稳定的。60kA 5s60kA 5s20kA 0.4s20kA 0.4s热冲击后绝缘结构温度场演变热冲击后绝缘结构形变 问题1：短路故障耐受能力导体：1600mm2导体：1600mm2
13、聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 耐热性评价方法热延伸法 耐热变形温度越高，热冲击下材料变形越小，理想的评价方法是动态热机械谱。工程上采用热延伸测试方法，以永久变形率为约束条件，用最高耐热变形温度评价材料耐热性。聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 耐热性评价方法高温压力法 最新欧标及国内团标均采用高温压力试验（GB/T2951.31）评价聚丙烯绝缘的耐热性。高温压力试验刀口厚度：0.7mm条件：130，6h压力系数：0.7最大压痕深度：10%聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题2：应力发白 应力发白是材料内部微裂纹破
14、坏的表象，敷设使用中产生会降低电缆耐电强度与使用寿命。附件安装时，应力发白会导致本体绝缘出现缺陷，导致故障发生。聚丙烯电缆绝缘的应力发白现象聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题2：应力发白 采用DMA分析PP料常温弯曲模量，应对标XLPE（260MPa），获得的欧洲PP电缆绝缘320MPa水平，建议不高于400MPa。工程上可采用邵氏硬度D/15评价，邵氏D建议在42以下，一定不高于50。邵氏硬度测试弯曲模量测试聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 聚丙烯材料的邵氏硬度D一旦大于50，材料在弯折后会发生明显的应力发白现象。将10mm直径碳素笔杆
15、包绕1mm厚度PP试片，外层最大应变20%，中层10%，这种情况下可以看清笔杆字样，可以作为应力发白的粗浅测试。随着硬度降低，应力发白现象得到极大改善。应力发白特性XLPE 硬度41PP电缆料 硬度65PP电缆料 硬度48PP电缆料 硬度40弯折前弯折后弯折前弯折后弯折前弯折后弯折前弯折后LDPE 硬度42弯折前弯折后PP电缆料 硬度55弯折前弯折后 问题2：应力发白10mm试片包绕碳素笔杆外侧应变外侧应变=20%聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题2：应力发白（耐低温特性）聚丙烯共混料中软化组分的玻璃化转变温度是其耐低温性能优劣的关键。当调控聚丙烯共混料的常温模量
16、至400MPa以下后，低温性能通常都较为优异。弹性体的玻璃化转变约-40聚丙烯的玻璃化转变约5三种材料常温模量400MPa-40冲击脆化：0/30-25拉伸：200%聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学250/min冷却5/min冷却结晶结构动态力学温谱DC击穿强度 问题3：冷却工艺敏感性 聚丙烯电缆的冷却工艺对制品最终的性能有重大影响。聚丙烯的结晶动力学与温度的关系密切，当以较慢的速度冷却时，材料的结晶度增加，弯曲模量增加十分明显，击穿强度也会下降。聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 聚丙烯材料的结晶动力学与温度密切相关，快冷与慢冷对材料应力应变特
17、性的影响最为显著。快冷可获得更高的抗张强度和断裂伸长率，老化后性能表现也更好。190，压制成型快冷：经循环水浴快速冷却降至室温时间约3分钟慢冷：放置于室温中自然冷却降至室温时间约2小时快冷材料有屈服峰慢冷材料无屈服峰10天135老化后，屈服峰消失快冷条件下，材料的抗张强度和断裂伸长率都较慢冷时高。热老化试验导致的抗张强度及断裂伸长率下降，更像是退火引起的。问题3：冷却工艺敏感性聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题3：冷却工艺敏感性 分别采用快冷和慢冷工艺制造了聚丙烯电缆缆芯。切片后，材料的透明度及应力应变特性差异明显。快冷工艺慢冷工艺聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔
18、滨理工大学哈尔滨理工大学2 通过调控聚丙烯共混物组分，可以降低聚丙烯材料对冷却速率的敏感程度。避免了为实现快速冷却不得不对原有电缆生产系统做大幅改造，从而降低了电缆制造难度。材料老化前强度MPa老化前断伸%老化后强度MPa老化后断伸%强度变化率%断伸变化率%优化前（快）19.061817.0472-10.5-23.6优化前（慢）14.532512.2290-15.8-10.8优化后（快）20.062021.5600+7.5-3.2优化后（慢）17.558017.8590+1.7+1.7老化前老化后 问题3：冷却工艺敏感性聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题3：冷却工
19、艺敏感性 专用耐高温螺杆，压缩比为交联聚乙烯设备的二分之一。交联管道内通过双路氮气循环冷却，保证管道内温度低于50。麦拉斐尔PP电缆设备设备构造聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题4：粘度调控材料熔指材料12.2材料21.9材料31.5材料41.2材料51.7材料60.4PP熔指测试结果单位：g/10min试验条件：230，2.16kg 熔指大于1.5时，对于大厚度绝缘偏心度几乎无法控制，用于共混改性组分时，需严控熔指。与LDPE相比，目前材料粘度不足，在材料设计上应采用共聚型PP，尽量避免使用均聚型PP。低剪切速率下，高粘度流变谱与熔指PPLDPE聚丙烯电缆材料关
20、键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题4：粘度调控增粘调控方面，在共聚聚丙烯（IPC）绝缘的多相结构中引入了多重长链支化（LCB）结构，或通过助交联剂通过自由基反应形成微交联结构，均可大幅增加聚丙烯材料的粘度。两种方式存在的问题问题1：不可避免引入凝胶问题2：离模膨胀严重。Z-N直接聚合形成H结构采用助交联剂形成微交联结构聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 问题4：粘度调控关键性能项目组熔指（230，2.16kg，g/10min）0.7邵氏硬度(D:15)47.0抗张强度(MPa)28.3断裂伸长率(%)520耐热延伸温度(0.2MPa，形变30%，)168粘
21、度（200，0.05rad/s，Pa s）131000加工温度（）190常温介损（50Hz）0.000290介损（50Hz）0.0003 采用高熔体粘度弹性体共混改性，极大的增加了聚丙烯电缆料的零切粘度，可显著改善聚丙烯电缆制造时的偏心问题。该方式不会导致明显的离模膨胀，具有较好的工艺性。哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 问题5：屏蔽料炭黑分散与表面光滑度 其基体树脂仍是聚丙烯和弹性体的共混物。炭黑往往选择性分散在弹性体相中，导致整体的分布极不均匀。进口屏蔽料中，炭黑的分散性明显优于其他几个国产屏蔽料。进口案例1案例2案例3聚丙烯电缆材料关键问题与应对2聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈
22、尔滨理工大学2屏蔽料-优化前极性的炭黑颗粒常团聚在弹性体相中，导致机械性能极性的炭黑颗粒常团聚在弹性体相中，导致机械性能下降明显，出现凸起导致场强畸变。下降明显，出现凸起导致场强畸变。炭黑大量团聚于弹性体相中炭黑大量团聚于弹性体相中空间电荷注入增多空间电荷注入增多屏蔽料-优化后增强其与炭黑的相容性，驱动炭黑均匀分布，抑制场增强其与炭黑的相容性，驱动炭黑均匀分布，抑制场强畸变。强畸变。炭黑团聚现象显著改善炭黑团聚现象显著改善空间电荷明显抑制空间电荷明显抑制 问题5：屏蔽料炭黑分散与表面光滑度 炭黑的分散性决定了屏蔽/绝缘界面的电场分布均匀性，影响着树枝老化及直流电性能，影响绝缘可靠性。聚丙烯电缆
23、材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2介观尺度下屏蔽料表面结构与势场 问题5：屏蔽料炭黑分散与表面光滑度 表面电势分布的均匀程度和炭黑的分布特性有极强的关联性。聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 聚丙烯屏蔽料中炭黑的选择性分散现象不能当成优点。炭黑均匀分散，尽管电阻率略有增加，但优化了界面电场，提升了机械性能。问题5：屏蔽料炭黑分散与表面光滑度哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 基于高分子材料低温挤出流延技术，和电子摄像光学检测技术（机器视觉技术），配备高速视觉相机及特殊的LED扫描光源，实时检测凸起尺寸信息。聚丙烯电缆材料关键问题与应对2 问题5：屏蔽料炭黑分散与
24、表面光滑度本团队开发产品哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学聚丙烯电缆材料关键问题与应对2 问题5：屏蔽料炭黑分散与表面光滑度哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学聚丙烯电缆材料关键问题与应对2 问题6：可剥离外屏蔽 基于共混改性技术，实现了聚丙烯屏蔽料的可剥离，老化前后剥离力均在合理范围。虽然材料的耐热性下降，但对于中性点非有效接地的中压系统，仍是可靠的。老化条件：135，168h试片宽度：2cm关键性能项目组邵氏硬度(D:15)59.0抗张强度(MPa)14.95断裂伸长率(%)443老化后抗张强度（MPa）14.80老化后断裂伸长率(%)323耐热延伸温度(0.2MPa，形变10%，)125常温电阻率（c
25、m）6.8190电阻率（cm）9.00聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 选用的POE与POP对共混料的损耗因数和介电强度影响很大。高温介损高是由于催化剂残留金属离子造成的，通过优选材料，可以做到损耗因数满足要求。部分POP共混PP后高温介损过高介损依赖所选弹性体牌号 问题7：介损与介电强度本团队开发的电缆料及电缆制品损耗因数不大于千分之1数据来自国缆检测中心型式试验报告数据来自国缆检测中心型式试验报告聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 0.1mm试片的常温短时介电强度在120kV/mm左右，90下PP共混料中的部分弹性体组分呈熔融态，电寿命预期
26、不会特别好。问题7：介损与介电强度模量下降聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 水树枝的引发和生长条件：水（极化电荷和脉动力的载体），赋予微水珠脉动力的发散电场和特殊超分子结构聚合物电缆绝缘中的水树枝引发机理 问题8：抗水树PE、PP及PP共混料SEMLDPEPPPP/弹性体弹性体1PP/弹性体弹性体2聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 聚丙烯电缆料的抗水树特性与材料的软硬和结构有关，虽整体优于XLPE，但仍需调控。材料的抗水树性能尤为重要，未来的海缆还可省却阻水层。较硬的PP和较软的弹性体均不长水树。共混型的PP电缆料长水树，但总是优于XLPE。
27、抗水树性能仍需调控。1赵洪,等.SEBS/PP复合材料抗水树枝性能研究J.电工技术学报,2019,34(24):5252-5261.问题8：抗水树聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 聚丙烯材料抗水树能力与共混材料中各组分的硬度和结构有关。弹性体的用量过高，会导致聚丙烯材料水树枝生长加剧。邵氏硬度邵氏硬度D41邵氏硬度邵氏硬度D39邵氏硬度邵氏硬度D44弹性体用量增加，材料变软，抗水树性能变差，材料硬度应控制在合理范围（邵氏硬度D41，常温弯曲模量320MPa）。聚丙烯不长水树，配成的电缆料会长水树，大体与硬度有关，但树枝化对材料损伤轻于XLPE.问题8：抗水树聚丙烯电缆
28、材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 无论是共聚改性还是共混改性聚丙烯，普遍空间电荷多，电导率温度敏感性高。降低电导率温度敏感性，抑制空间电荷是聚丙烯料改性优化的首要目标。问题9：直流电性能40kV/mm 80常规的交流PP料电导率温度敏感性高空间电荷特性差1280工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室聚丙烯电缆材料关键问题与应对问题9-直流电性能改性的基本思路2某厂商常温某厂商80项目组常温项目组80共混可大幅降低聚丙烯熔指的弹性体材料；弹性体材料最好具有空间电荷抑制特性，至少不增加空间电荷，尽量不用POE；控制弹性体材料填量，保证足够的耐热性和电性
29、能；综合调控各项性能，以降低熔指，提升直流电性能为首要目标，适当放宽对硬度的要求；材料成本暂不考虑。工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室聚丙烯电缆材料关键问题与应对电导特性25653材料材料1材料材料2材料材料3材料材料4材料5172项目组1、项目组材料具有优异的电导率温度关系，电导率随温度变化很小。2、项目组材料的电导率更低，在温度场及电场变化的暂态过程中，由于电荷的迁移率足够低，电荷的复合率变低。问题9-直流电性能工程电介质及其应用教育部重点实验室工程电介质及其应用教育部重点实验室聚丙烯电缆材料关键问题与应对性能对比2关键性能材料3材料
30、4材料5项目组熔指（230，2.16kg，g/10min）1.51.20.40.7邵氏硬度(D:15)54.045.542.047.0抗张强度(MPa)23.923.442.228.3断裂伸长率(%)750744614520耐热延伸温度(0.2MPa，形变30%，)8粘度（200，0.05rad/s，Pa s）28000132000加工温度（）090/30（20kV/mm）2常温空间电荷（40kV/mm，3600s）极少极少略多极少80空间电荷（40kV/mm，3600s）极多极多多略多常温介损（50Hz）
31、0.710-40.710-41.010-41.210-490介损（50Hz）3.110-41.510-42.310-42.610-4问题9-直流电性能聚丙烯电缆材料关键问题与应对哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学2 相比XLPE，聚丙烯共混料的导热性变差，越软会越差。虽然聚丙烯电缆绝缘层热阻变大，但其占总热阻份额有限，实际载流量不会明显降低。使用温度超过100，要考虑导体氧化情况（表面氧化加速）。铜导体截面铜导体截面300mm300mm2 2绝缘厚度绝缘厚度4.5mm4.5mm铜导体截面铜导体截面1600mm1600mm2 2绝缘厚度绝缘厚度16mm16mm-4%-1.8%PP共混物XLPE导体温度
32、：导体温度：9090相比相比XLPE，PP电缆载流量几乎相同电缆载流量几乎相同导热特性相比相比XLPE，PP共混料的共混料的热导率降低热导率降低载流量对比 问题10：导热性和载流量CONTENTS目 录聚丙烯电缆材料的基本特性1聚丙烯电缆材料关键问题与应对2聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3总结4哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 低压聚丙烯电缆聚丙烯电缆材料的产业化应用探索31、石化企业2、材料厂商聚丙烯弹性体助剂3、电缆厂1、石化企业2、电缆厂（现场混配技术）弹性体助剂聚丙烯传统生产流程新的生产流程配方强度MPa断伸%热延伸邵氏硬度D通用25.679014344高柔软22.583014041柔软高
33、耐热30.086015045低成本2465014148 低压电缆料可采用现场混配技术，降低成本。团队已开发若干具有不同特性的低压配方。哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 低压聚丙烯电缆聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3一区一区二区二区三区三区四区四区五区五区法兰法兰机颈机颈模头模头500.9mm厚度，生产速度55m/min；1.7mm厚度，生产速度25m/min。目前已生产并交付了数百km的PP低压电缆。团队应用开发配方，与制造企业合作，目前已生产交付数百公里的PP低压电缆。哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 中压聚丙烯电缆（10kV）本团队成果完成了聚丙烯电缆绝
34、缘料和屏蔽料产业化制造，材料通过上缆所型式试验，成功用于电缆试制。在汉缆完成了聚丙烯电缆生产线改造与10kV聚丙烯电缆试制，电缆通过型式试验。本团队研制的聚丙烯电缆为国内首条在高寒地区敷设挂网运行的聚丙烯电缆，目前已投运三年。聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 中压聚丙烯电缆（10kV）未来方向聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3水平线PP电缆制造分段冷却水槽挤出机三层共挤机头牵引放线架收线架牵引与悬链线相比，水平线可大幅降低设备成本、场地空间和能耗关键点1、收放线必须稳定，关键位置应配有辅助装置，保证导体对中以及缆芯外径规整。2、水槽总长度不可低于35米并应分段水冷，第
35、一段水槽需控制水温不超过40，保证缆芯可快速冷却。3、绝缘料可采用现场混配技术，但应做好洁净度控制，挤出机机头滤网目数应适当增加。哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 中压聚丙烯电缆（35kV）冷却工艺聚丙烯电缆材料的产业化应用探索335kV悬链线总长度为115米，其中硫化管内为36米，水冷端为79米，聚丙烯电缆生产速度为1.5m/min，因此电缆在进入水冷前，在硫化管中的时间约为24分钟，这一时间窗口内对缆芯的冷却尤为关键。表中可以看出，常规聚丙烯材料，如不做冷却工艺设置，慢冷后材料机械性能差。哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 中压聚丙烯电缆（35kV）冷却工艺聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3解决方案工
36、艺方法优点存在问题1提升冷却水位至交联管道冷却效率高，迅速成型改造难度大、缆芯受浮力作用发生振荡2打开硫化管道上封闭，空气降温方法简单电缆质量下降3硫化管道加压冷氮气循环可实现快速冷却，改造难度小成本较高4使用对冷却速率不敏感的电缆料，生产时硫化管道仅给压力生产线不做改动，节能料的成本过高5采用水平线缆芯挤出后直接进水槽，冷却效率最高产线稳定性控制难 哈理工开发对冷却速率不敏感的聚丙烯电缆料，对悬链线无需做改动，无需氮气冷却即可实现电缆制造。哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 本团队-35kV聚丙烯电缆制造与企业合作，设计了35kV聚丙烯电缆生产工艺，完成了电缆制造。开发了无需氮气或空气冷却的聚丙烯
37、电缆，简化了聚丙烯电缆制造工艺。制造的35kV聚丙烯电缆获得了上缆所型式试验报告，即将在新能源电站挂网运行。聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 中压聚丙烯电缆（35kV）水平线聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3项目团队在水平线上调试了35kV中压聚丙烯电缆的生产制造工艺（不含外屏）。导体外径：23.7mm；内屏蔽厚度：0.8；绝缘厚度：10.5；水槽长度：30米；生产线速度：2.3m/min。发现的问题：1、10.5mm的绝缘厚度下，水槽长度30米严重不足，冷却方式仍需改进；2、牵引能力需增强，必须增加定径组件；3、机头模具与挤出工艺参数间的配合仍需摸索。哈尔滨理工大学
38、哈尔滨理工大学 高压聚丙烯电缆聚丙烯电缆材料的产业化应用探索3 在企业应用悬链线完成了110kV聚丙烯电缆的试制工作。试制的110kV聚丙烯电缆通过了上缆所的型式试验检测。高压聚丙烯电缆绝缘材料性能调控的关键是绝缘材料增粘及半导电屏蔽材料炭黑分布优化。总结哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学41）与国外材料相比，国内开发的聚丙烯电缆绝缘材料普遍弯曲模量偏大，由此引发的应力发白问题应引起重视。2）降低模量必然导致高温时材料击穿强度的降低，必然导致材料成本的增加，极可能导致耐热性降低，柔软性与电气性能和经济性间的矛盾异常突出。3）国内共聚改性PP与国外先进产品有差距，在耐热性与柔软性的协同方面，仍有巨大提
39、升空间。4）高性能共混PP所采用的高端弹性体材料依赖进口，这一被动局面暂时无法扭转。5）国内市场对价格异常敏感，聚丙烯电缆的大范围推广应用必须要解决聚丙烯材料成本与终端价格过高的问题。1、性能调控“四角”关系柔软及机械性能经济性耐热性电气性能共聚改性型PP共混改性型PP总结哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学42、高压交流及高压直流PP料面临的难点材料增粘1）为降低大厚度绝缘电缆制品的偏心度，提升电缆耐短路性能，绝缘材料的熔指应足够低，零切粘度足够大。Z-N体系下，聚丙烯长直链的特性极难改变，增加支化度和分子量虽可提升粘度，但往往加剧材料的口模膨胀行为。2）高压聚丙烯半导电屏蔽材料中炭黑的选择性分散问
40、题必须解决，通过合理的改性技术增加炭黑在聚丙烯相中的分散性，提升半导电屏蔽料光滑度，减少突起缺陷，方可均化界面电场，提升绝缘系统可靠性。3）聚丙烯材料直流电性能普遍较差，不可只归因于界面问题，聚丙烯及弹性体材料中因催化剂残留产生的灰分问题应引起重视。超光滑屏蔽直流电性能增加支化度提升耐短路性能，改善大厚度挤塑时的偏心问题改善炭黑选择性分散提升半导电屏蔽料光滑度，减少突起缺陷，均化界面电场降低灰分残留抑制空间电荷和电导率温度敏感性总结哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学41）低压聚丙烯电缆方面，应在基本满足综合性能的基础上，尽量降低材料成本，重点关注材料的加工性能，保证材料的加工速度与硅烷和紫外光交联材料基本一致。2）10kV电压等级聚丙烯电缆可采用水平线完成缆芯制造，大幅降低场地空间，提升生产效率。35kV电压等级暂时仍推荐悬链线来制造，可采用对冷却速率不敏感的聚丙烯绝缘料，简化电缆制造时的冷却工艺。3）用户、制造企业、原材料供应商及检测机构需协同配合，制定规范，找到性能与成本之间的平衡点。3、中低压聚丙烯电缆的产业化路径低压电缆10kV优化性能与成本关系降低材料成本保证加工速度采用水平线工艺，节能高效快速水冷，提升制品性能亟待探明成本与性能间的最佳平衡点感谢关注！哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学
sgpjbg002
工作日 9:30 - 18:00
会员动态：
报告分类
新质生产力
ChatGPT
新能源汽车
大模型
Sora
机器人
微短剧
芯片
薪酬
白皮书
低空经济
数据要素
创新药
人工智能
AI产业
信息科技
互联网
消费经济
汽车交通
电商零售
传媒娱乐
医药健康
投资金融
能源环境
地产建筑
传统产业
英文报告
其它
扫码登录
手机快捷登录
账号登录
