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    技術文章

    船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向


    隨著世界電纜業的發展,相應于以上電纜的各種電纜料的需求也在不斷增長。

    船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向電線電纜用熱塑性樹脂主要有聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、氟樹脂、氯化聚醚和聚酰胺等,其中應用較廣泛的是PE、PVC和PP,本文綜述了這3種電纜料的國內外開發現狀及發展趨勢。

    船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向1 世界電纜料的開發現狀及發展趨勢

    近年來,世界電纜產品呈持續增長狀態,發展*快的是美洲。北美國家電纜產品產量約為世界總產量的26%。世界電纜生產總量中的*大份額是低壓電 纜和電力行業用電線,約占總量的36%。隨后分別是高壓電纜,約占總量的28%;繞包線約占總量的20%;戶外敷設用銅芯通信電纜,約占總量的9%;計算 機用電纜以及其他類型的建筑物內部的通信電纜,約占總量的7%。從電纜生產的產值來看,光纖光纜以及計算機用電纜,約占總量的25.4%,其中光纖光纜約 占總量的8.9% 。

    從增長幅度來看,增長幅度*快的是光纖光纜:據Cahners In—Star集團的調研報告,光纖光纜前景十分看好,在2005年之前,將以23%的年均增長率增長.僅次于光纖光纜的是計算機電纜以及戶內敷設用通信 電纜,電力電纜保持著小幅穩步增長的態勢。世界電線電纜產量統計見表1 [1]。

    隨著世界電纜業的發展,相應于以上電纜的各種電纜料的需求也在不斷增長。

    船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向1.1 PE電纜料

    國外早于20世紀40年代就將PE用于通訊電纜。90年代中后期,PE電纜就已在PE制品中占據了重要位置。近年來.隨著環保呼聲的提高,國際上正逐步以PE代替PVC,使得PE電纜料樹脂的消耗量逐年提高。

    1.1.1 PE高速擠出通訊電纜料

    目前,國際上通常采用高密度聚乙烯(HDPE)或中密度聚乙烯(MDPE)作通訊絕緣料。HDPE的機械強度和電氣性能均較好,尤其具有較高的韌性,完全滿足絕緣料的使用要求。自7O年代中期,市話電纜的絕緣層已大部分采用HDPE [2]。

    1.1.2 交聯PE電纜料

    電力電纜正向交聯PE方向不斷發展。目前,國際上從1 kV低壓力纜,6.35 kV中低壓力纜至110 kV高壓力纜都傾向于用交聯PE。國際上交聯PE生產技術主要分三大類:輻射交聯主要生產電器裝備用電纜;硅烷交聯用硅烷作為交聯劑,在催化劑作用下使 PE交聯;化學交聯以低密度聚乙烯(LDPE)為基料,有機過氧化物為交聯劑,適合于高溫、高壓、高頻等條件下使用的線纜,可制造6—35 kV、35.110 kV中高壓電纜、航空電纜、控制電纜等,其生產技術主要由美國GE公司發明并推廣應用。

    1.1.3 阻燃PE電纜料船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向

    80年代初,國外已研制出低煙無鹵阻燃電纜料。到80年代后期,已經開發了**代電線電纜用無鹵阻燃塑料。同**代產品相比,**代無鹵阻燃塑料除了在阻燃性能、發煙性、毒性、腐蝕性能、力學性能、電性能上有所改進外,其高速擠出性能是一大特征。

    日本每年頒布5O余件與無鹵阻燃電纜料有關的磚利。這些磚利大多屬于日立電線株式會社、日本聯合碳化物公司以及藤倉、住友、大日本等電線公司。 這類磚利試圖用不同的方法,解決無鹵阻燃電纜料的中心問題,即克服阻燃性能與其他性能的矛盾,對各種性能進行綜合平衡;另有很多磚利致力于開發新型的配合 劑,其中氫氧化鎂是一種很重要的配合劑.已在很多國家取得磚利,并被許多國外權威文獻推薦

    1.1.4 屏蔽電纜料
    屏蔽電纜料是電纜中用于保護主絕緣層不被破壞的半導電復合材料。根據IEC 502規定,額定電壓在1.8/3.0 kV以上時以及用PVC、乙丙橡膠絕緣的電纜,額定電壓在3.6/6.0 kV時,必須使用內外半導電屏蔽層。

    目前,國際上已有不少聚烯烴制造商開發并生產出了交聯PE電纜用半導電屏蔽專用料。如美國UCC公司,主要牌號包括HFDA-0590、 HFDA一0585、HF.DA--08804;13本字部興產公司,主要牌號有UBECV315、VBECV 319;英國BP公司.主要牌號為HFDM 0595(黑色)、H315 ES(黑色)、H310 ES(黑色)。

    1.2 PVC電纜料船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向

    在電線電纜的絕緣和護套材料中,PVC比較便宜,機械性能優良,加工方便,使得它長久以來成為電線電纜行業使用數量*多的材料。進入20世紀末 以來,PVC材料的環境問題被廣泛認識,一些發達國家已提出了限制或**禁止使用PVC電纜的法令建議。有數據表明,西歐國家在線纜領域PVC的用 量,1994年為44l kt,占線纜所用高聚物的58%,而2000年,PVC在西歐線纜業總的用量是398 kt.占線纜所用高聚物的48%,總量和所占比例均呈下降趨勢。近年來,控制和禁止使用PVC材料已形成了強有力的趨勢。

    雖然用無鹵料取代PVC材料的呼聲越來越高,但是PVC本身具有短期內還無法取代的優勢(如價格低廉,阻燃性好,加工設備、工藝簡單,硬度可調范圍廣,電絕緣性好,耐油、耐化學試劑等),所以短期內在全世界范圍完全禁止PVC的使用并不現實[3]。

    1.3 PP電纜料

    PP因其機械性能、電性能、耐磨性、耐化學試劑特別是耐油的優越性能,大量用于電力電纜架空線及電器裝備電纜。國外PP用于電線電纜絕緣開始于 60年代,至90年代中后期PP在美國用量已達10kt以上,在PP總用量中占據了較重要的份量。英國BP、13本字部興產、德國拜爾等公司都有PP電纜 料牌號,但尤以美國開發的PP電線電纜牌號*多,并以Profax SE 191為*優良。由于要求耐低溫和柔軟性,所以國外線纜用PP為乙丙嵌段共聚物。
    2 我國電纜料開發現狀及發展趨勢船用電纜中電纜料的開發現狀及發展動向

    自2000年開始,我國電纜料供不應求,部分產品甚至出現脫銷。我國現有電線電纜生產企業近5000家。由于城鄉電網改造、西部大開發、三蛺工 程及通信設施大面積升級改造對電線電纜產品的巨大需求.所以,從一段時間來看,電纜料在我國具有廣泛的市場發展前景。預計到2005年,電纜料消耗樹脂總 量可能增加到270 kt[4]。

    2.1 PE電纜料

    我國從20世紀80年代開始生產PE電纜料,主要用于通訊電纜和電力電纜。據調研,2000年我國國內電纜行業消耗PE電纜料約140 kt,其中國產料(64 kt)占有率約45%,進口料占4JD%,通用料替代占l5%;2001年,我國國內電纜工業消耗PE電纜料約180 kt,其中國產料67 kt,占有率約38%,進口料占47%,通用料替代占l5%[5]。

    2.1.1通訊電纜料

    隨著通訊事業的發展,國內每年約增容電話1200萬門,需通訊電線電纜絕緣料35 kt、護套料4JD kt.光纜年需樹脂7 kt,至2000年需護套料數量成l0倍增長[6]。

    通訊電纜絕緣料主要用HDPE。我國有50%的HDPE電纜料市場被進口料占有.主要有UCC的DGDK3364、DFDA 0610、DFDA 0580、DMD 3479等[5,7]。齊魯石化已開發出適于高速加工的通訊電纜專用樹脂QHj01.產品質量符合郵電部YD/T 76o—l995的要求。以此絕緣料制備的絕緣芯線和電纜制品符合郵電部YD/T 322一l996標準。

    LDPE護套料是市話電纜*早使用的護套料,是我國*早生產、產量*大的電纜料,產品一般為黑色,可用于通訊電纜或電力電纜,近年還用于光纜。國產黑色LDPE護套料近年來普遍存在耐環境應力差、加工性不好的缺點,這是目前國內研究的重點。

    線型低密度聚乙烯(IJ.DPE)絕緣料和護套料的開發在于加工性能的改善[8]。LLDPE的電氣性能、機械性能和耐環境應力開裂性能等比 LDPE高,很適合于通訊電纜的絕緣料和護套料。近年來,齊魯石化以IJ.DPE為基礎料,研究開發出了LLDPE通信電纜絕緣料及護套料,物理性能滿足 美國REA一200標準的要求,成纜的各項性能滿足郵電部YD322-1996的要求,分別與美國UCC的1JDPE絕緣料DFDA 7540及護套料DFDA 6059相當,具有較高的經濟效益。

    隨著我國電纜料事業的不斷發展,近年來電纜料行業又出現了不少新產品,如齊魯石化研制出了通信電纜用PE泡沫電纜絕緣料,以該專用料制備的發泡 絕緣芯線和電纜符合郵電部YD/T 322-1996標準和電纜生產廠家的要求,綜合性能可與目前國際同類先進產品DGDA 3485相媲美;該公司研制的鐵路通信電纜用PE物理發泡絕緣料,采用物理發泡絕緣,隨著物理發泡絕緣加工技術的成熟及市場的認可,物理發泡絕緣通信電纜 正以逐年增加的趨勢取代實心絕緣通信電纜。另外,上海石油化工股份有限公司采用北歐化工公司的“北星雙峰”PE工藝生產出了雙峰PE,集出色的物理性能、 電性能和優良的加工性能于一身,非常適合作為通信電纜及光纜的護套材料[9]。

    2.1.2 電力電纜用絕緣料[5]

    交聯PE在我國電力電纜生產中是主要的絕緣材料。低壓電纜主要用硅烷交聯PE料,目前的情況是供大于求,年產量約為5×104 km,比較大的生產企業一條生產線就具有年生產7 kt的能力。中壓電纜(10kv級)用可交聯料國內基本可以自給,年用量大致為20 30 kt。目前高壓電纜用可交聯料全部進口,用量大致為每年5—10 kt。我國目前l10 kV電纜的需求約21dm/a,需超凈絕緣料約5 kt。此外,我國目前內半導電屏蔽料的需求約為5 kt.外半導電屏蔽料的需求為l0 kt。

    電力電纜絕緣料一般用LDPE。目前,國內LDPE電力電纜專用料只能用于35kV以下電纜,主要產品為中國石油大慶石化分公司的19E和茂名 石化乙烯工業公司的510—000、535—000,上海石油化工股份有限公司的DJ 200A、DJ 210等。35kV以上的絕緣料,全部依靠進口,主要有UCC及Borealis公司的4201,日本字部興產公司的UBEC180;LDPE電纜護套料 有日本宇部興產公司的UBEC 600V。國內主要由于沒有超凈的PE原料包裝,且原料LJ)PE交聯度不夠,因此無法滿足高電壓等級要求[10]。

    2.1.3 電氣裝備線用絕緣料

    隨著全球環保意識的增強,在各類工程建設中,阻燃電纜的用量逐步增加,電力電纜、控制電纜、信號電纜等,均要求阻燃。近幾年,已有部分地區的消 防部門要求使用無鹵阻燃材料,因而低煙無鹵材料是發展方向,其市場需求潛力很大。當前用量較大的是低煙無鹵熱塑性護套料,少量用可交聯型護套料。此外,有 一些要求高的工程,電纜絕緣要求用可交聯低煙無鹵材料。

    80代末,國內已開始研制低煙、低鹵、低酸、無鹵阻燃電纜材料配方和產品,有的生產廠已生產出低煙無鹵阻燃電纜料,然而大部分都存在機械性能和 加工性能較差等問題。目前所使用的無鹵阻燃電纜料在一定程度上還是依賴進口[8]。其國產化要求依然是國內電纜料生產企業應研究的課題。無鹵阻燃電線電纜 是今后阻燃電線電纜的重點發展方向,估計近期年用量2 kt左右,預計2010年國內市場需求將達l5 kt以上。

    2.1.4 半導電屏蔽材料

    半導電屏蔽材料是中、高壓電力電纜必須的配套材料。國外高壓和超高壓交聯電纜用半導電屏蔽料指標要求很高,國內技術不過關,目前依賴進口。就 l0kV電力電纜用屏蔽料而言,國產料的性能和工藝也并不很理想。內外屏蔽料與絕緣料用量的比例大致為4:l,估計我國屏蔽料年用量為20—30 kt

    2.2 PVC電纜料

    在我國,PVC電纜料發展較早,品種、型號較多。近期,由于國內外環保要求的提高,我國PVC電纜料的發展也逐漸呈下降趨勢。但由于PVC電纜 料價格低廉,加之機械性能優異等多種優勢,使得我國PVC電纜料近期仍有一定的發展前途。近期國內開發的新產品主要有:PVC耐油料、亞光材料.輻照交聯 PVC電纜料等。

    目前雖然在國外還不會馬上淘汰PVC電線電纜,但這不能不引起國內電線電纜行業的高度重視,國內應該注重研究非含鉛的PVC或者開發新型不含鹵 素的環保型電線電纜。盡管環保型電線電纜在國內大規模代替PVC電纜還要相當長的時間,但這是大勢所趨。國內一些上等項目已經對此提出了要求。

    2.3 PP電纜料

    PP電纜料絕緣料被廣泛應用于油井潛油泵電纜絕緣層上。我國潛油泵電纜生產廠每年約需5 kt PP電纜料,除部分國產料外,還需大量使用進口料。主要進口料為美國Himom公司的Pro—Fax SE191。

    我國于8O年代初開始研制PP電線電纜絕緣料。

    北京燕山石油化工有限公司首先研制成功了1336D和1396D,以后又相繼研制出了1296D和2496D,后來齊魯石化、上?;S、蘭州化工研究院等單位也都進行了這方面的工作。

    3 建議

    a)目前,我國高壓電力電纜用可交聯絕緣料的需求巨大。具有較好的技術經濟效益,基本全部進口,主要原因是國內沒有基礎樹脂。因此,建議中國石油化工集團公司引進國外先進技術,開發生產高壓電纜用超凈PE絕緣料,以加快其國產化進程。

    b)我國高壓和超高壓交聯電纜用半導電屏蔽料及無鹵阻燃電纜護套料基本依賴進口,另有一些電纜料(如高性能通訊電纜絕緣料)在一定程度上仍被進口料占有.應加大這些專用料的開發力度.以適應國內外市場的大量需求。

    c)鑒于PVC電纜料的特殊情況如耐油料、亞光材料、輻射交聯電纜料等仍有一定的發展前景,還應對其進行研究。

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