紫外光交联聚乙烯中高压电缆制造技术及材料性能研究

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1、工学博士学位论文紫外光交联聚乙烯中高压电缆制造技术及材料性能研究陈俊岐哈尔滨理工大学2018年6月国内图书分类号:TM215工学博士学位论文紫外光交联聚乙烯中高压电缆制造技术及材料性能研究博士研究生：陈俊岐导师：赵洪申请学位级别：工学博士学科、专业：高电压与绝缘技术所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TM215DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringResearchonMV/HVcablemanufacturingtechnologyandmaterialprope

2、rtiesofUV-photoinitiatedcrosslinkingpolyethyleneCandidate：ChenJunqiSupervisor：ZhaoHongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：HighVoltageandInsulationDateofOralExamination：June,2018University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《紫外光交联聚乙烯中高压电缆

3、制造技术及材料性能研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学博士学位论文使用授权书《紫外光交联聚乙烯中高压电缆制造技术及材料性能研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意

4、学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密，在年解密后适用授权书。不保密√。(请在以上相应方框内打√)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日紫外光交联聚乙烯中高压电缆制造技术及材料性能研究摘要紫外光交联聚乙烯技术是指采用高强度紫外光源对熔融透明态的聚乙烯材料进行辐照并使其交联的一种电缆制造工艺。相比于传统的过氧化物交联法，紫外光交联法具有交联速度快、节能环保以及材料非热敏性等优点，目前已成功应用于低压电力电缆制造领域。本文在863前沿探索项目支持下，

5、对用于生产中、高压电力电缆的紫外光交联技术以及紫外光交联聚乙烯的相关材料性能开展了研究。根据中、高压电力电缆绝缘结构特点，设计了一种可实现绝缘层紫外光交联、屏蔽层过氧化物交联的联合交联工艺。提出了先共同挤出导体屏蔽和绝缘，待绝缘经紫外光辐照交联后，再挤出绝缘屏蔽的“2+1”挤出加工模式。根据大厚度绝缘充分交联所需的紫外辐照剂量以及防止材料高温快速热老化等要求，提出了紫外汞灯和紫外LED联合应用的辐照系统。设计了联合交联工艺的具体加工流程，并在测量绝缘和屏蔽材料热物性参数的基础上，通过仿真软件计算了电缆在加工过程中的温度场分布。仿真结果表明，绝缘和屏蔽在加工过程中能够保持在合理的温度范围

6、内，均可以实现充分交联。针对传统汞弧灯光源光强快速衰减的问题，根据大厚度绝缘的辐照度需求，研制了长寿命、高稳定性的微波无极紫外固化灯。结合椭圆聚焦和微波谐振特性，应用几何光学与电磁学的联合仿真分析，重点解决了微波谐振腔在结构设计上的难点。实验结果表明，研制的微波无极紫外固化灯样机具有合理的紫外发射光谱和辐照度分布，并且比传统汞弧灯具有更高的辐照交联效率，更适合作为联合交联工艺中的紫外汞灯光源。研究了紫外光交联聚乙烯和传统过氧化物交联聚乙烯在结晶特性、机械物理性能以及作为中压电力电缆应用、与机械物理性能密切相关的抗水树性能上的差异。研究结果表明，采用线性低密度聚乙烯作为基础树脂是紫外光交

7、联聚乙烯具有较高的结晶度、熔融温度以及机械强度的主要原因。通过对材料的应变硬化能力的分析，证实了材料片晶间的连接分子链能够有效阻碍水分子在电场力作用下向材料中的渗入，并且交联键和线性低密度聚乙烯密集分布的短支I链能够显著增加片晶间的连接分子链密度，解释了交联度越高、水树枝越短以及紫外光交联聚乙烯在抗水树性能上优于过氧化物交联聚乙烯等现象。另外，通过动态热机械分析证实了交联键的存在使得材料的β松弛变强，能够缓冲电场力作用下微水珠对材料无定形相的冲