高温增强改性电力用绝缘防护热缩管的性能研究

1引言

高压开关柜作为电力系统中重要的终端执行元件，其安全稳定性直接影响 电力系统能否稳定运行。但目前电力行业为追求低成本和高空间利用率，正不 断压缩高压开关柜的体积，导致高压开关柜普遍存在发热现象。而高压开关柜中还有大量通有大电流的不规则导体(母线)，加剧柜中温度变化，存在火灾隐患以及容易导致异常放电故障，因此，电力行业一般会选用大收缩倍率的 热缩管套在不规则导体上，降低不规则导体裸露引起局部放电或闪络的概率，起绝缘防护作用。对不规则导体穿套热收缩管时，要求热缩管成品内径尽可能大从而方便现场穿套，另外需对热缩管表面进行开孔处理，以便使用螺丝将不规则导体固定于高压开关柜上。在高压开关柜运行发热和热缩管表面开孔等因素影响下，会增加热缩管开裂失效的风险，引发安全隐患，同时目前市面上在售大部分绝缘防护热缩管或多或少存在耐高温差、抗撕裂能力弱或热收缩倍率小等问题，因此我们在常规热缩母排管产品的基础上进行改性研发，在增加热收缩倍率的前提下提高耐温能力和抗撕裂能力，从而为高温开关柜微型化提供安全保障。

本实验是在常规热缩母排管产品配方的基础上进行改性研究，通过热缩母 排产品的力学性能、电气性能、阻燃性能以及温升试验，探讨乙烯-辛烯嵌段共 聚物(OBC)对常规热缩母排管产品性能的影响。

2 实验部分

2.1 材料配方
按照表 1 进行共混改性。

2.2 样品制备
根据表 1 的 5 个配方进行混料造粒，使用双螺杆 35 型挤出机造粒，造粒温度为 150°C，造粒完成后的 5 种母粒分别使用 65 型单螺杆挤出机进行挤出，挤 出产品规格为 10kV Φ100，然后将管材进行辐照，辐照剂量为 90KGy，最后 在 140°C下扩张，获得 5 种配方的热缩母排管成品。

2.3 测试仪器及设备
◆老化箱：W/YF-LH-006，广州五所环境仪器有限公司;
◆电子万能材料试验机：A1-7000S，高铁检测仪器(东莞)有限公司;
◆电气强度测试仪：ZY6173-ZN，中诺(台湾)质检仪器设备有限公司;
◆灼热丝试验仪：OJN-9304，深圳市欧杰诺科技有限公司;
◆氧指数：GB/T 2406，昆山莫帝斯科燃烧技术仪器有限公司;
◆温升测试仪：母线温升试验设备。

2.4 性能测试
拉伸强度与断裂伸长率按 ASTM D638-2014 标准进行测试，测试速度 500mm/min。
在 158°C下老化 168h 后按照 ASTM D638-2014 标准进行拉伸强度与断裂伸 长率测试，拉伸速度 500mm/min。
撕裂强度按 GB/T 529-2008 标准，使用新月形裁刀进行制样，测试速度 500mm/min。
击穿强度按照 UL224 标准进行测试。 灼热丝试验按照 GB/T 5169.11-2006 进行测试。氧指数试验按照 GB/T 2406.2-2009 进行测试。

3 结果与讨论

3.1 力学性能
根据表 1 中的 5 个配方制备成热缩管，在 200°C下收缩 5min，随后在室温下测试力学性能，拉伸强度与断裂伸长率数据如图 2(a)所示。对比配方 1#和 2#，发现添加乙烯-辛烯嵌段共聚物(OBC)能够提高热缩管产品的拉伸强度和 断裂伸长率，同时随着OBC含量增加，力学性能得到进一步提高。产品力学性能与聚合物分子链结构和聚合物间的相容性紧密相关。OBC分子链上含有交替 排列的硬段与软段，具有结晶能力的硬段提高了最终产品的拉伸强度，同时在相容剂的作用下，OBC软段与 EVA 的相容性得到了提升，进而提高了最终产品的断裂伸长率。为了更好地模拟热缩母排管产品在真实使用过程中性能变化，测试了5个配方热缩母排管产品在不同温度下的力学性能与撕裂强度，如图 2(b)、(c)、(d)所示。发现热缩母排管的拉伸强度随拉伸温度的升高而明显下降，但随OBC含量的增加，拉伸强度变化率减少的趋势逐步下降，这是因为引入的OBC中具有结晶能力的硬段，提高了产品耐热性。另外，5 个配方的热缩母排管在常温下具有相近的撕裂强度且随着撕裂温度的增加而下降，OBC含量最高的配方 5#耐高温抗撕裂强度较其它 4 个配方强。

对比图 2(a)与图 3(a)可知，老化后产品拉伸强度和断裂伸长率都有一定程度的降低，但降低幅度具有逐渐变小的趋势，且拉伸强度与断裂伸长率的最小值是没有添加 OBC 的配方 1#，分别是 6.51MPa 和 210.8%，仍能满足 DL/T 1059-2007 电力设备母线用热缩管标准要求的拉伸强度≥6.4MPa 和断裂伸长率≥100%的力学性能指标。一般情况下，EVA 的老化机理是在热、氧等条件下发生脱羧反应产生乙酸，同时产生的乙酸又加速了降解反应的进行，加快老化进程导致力学性能下降，但由于体系中引入的 OBC 中含有结晶能力的硬段以及添加了适量的抗氧剂，这些都减缓了热氧产物的产生以及在材料中渗透和扩散，从而降低了材料的老化程度。因此引入 OBC 后，产品的老化力学性能均比不添加 OBC 的配方 1#高，且随着 OBC 含量的增加，老化后力学性能也逐渐提高。

3.2 电气性能
由表 2 可知，随着 OBC 含量的增加，对热缩管老化前后击穿强度的影响不大，仍能满足 DL/T 1059-2007 电力设备母线用热缩管标准要求。

3.3 阻燃性能
由于电力母线用热缩管产品用于高压开关柜中不规则导体的绝缘防护，需 满足 DL/T 1059-2007 中标准要求氧指数≥30，同时国标 GB/T 5169.11-2006 中 规定对使用时需连续负载而又无人照管的设备，需通过 850°C的灼热丝可燃性 测试。因此对 5 个热缩母排管配方进行灼热丝可燃性测试和氧指数测试，结果 如表 3 所示，在配方中引入 OBC 成分后，在同样的阻燃体系下，产品氧指数和灼热丝测试结果均没有明显变化且符合性能要求。

温升试验作为高压开关类国家标准(GB 3906-2006)规定的型式试验项目，主要目的是通过试验来验证开关柜等相关设备的载流能力，试验中对导电回路通过额定电流并持续一段时间，通过测定该阶段的温升(发热情况)得到 结论，并对开关柜的实际使用效果进行评测。标准 GB/T 11022-2011 条款对温升试验有明确的要求，即:“对于除辅助设备以外的部分的温升试验，开关设备和控制设备及其附件在所有重要方面都应该安装的和使用中的一样，包括开关设备和控制设备各部分在正常工作时的所有外罩，并应该防止来自外部的过度加热和冷却”。

此次温升试验，采用未添加 OBC 成分的配方1#和添加OBC成分后综合性能较优的配方5#样品进行对比。均在样品端口处割一个 10mm 长的裂口。在不规则导体上加载 3150A 电流时，发现随着不规则导体的温度随通电时间的延长而提高，温度最高温度基本维持在 120°C。未添加 OBC 成分的配方 1#热缩管在 4.5h 时出现开裂，而添加 OBC 成分的配方 5#的热缩管全程测试未出现开裂现象，通过温升试验。实际模拟及温度变化如图 4 所示。

4 结论

为了制备一种高温增强电力用绝缘防护的热缩管，本文在常规热缩母排管 产品配方的基础上引入了乙烯-辛烯嵌段共聚物(OBC)，使得最终产品的力学性能和耐高温撕裂性能均得到提高，同时不影响电气性能和阻燃性能，能通过氧指数和灼热丝可燃性测试。由于配方中引入的 OBC 分子链结构的特点，导致耐高温性能优于基体材料 EVA，使产品在温升试验中有很好的表现，即使是存在缺陷的情况下，也不会出现开裂现象。

来源：荣格-《国际塑料商情》


原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。