發布時間：2024-02-26
自然交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料
一
前言
隨著碳達峰與碳中和目標的有序推進，我國風電、太陽能發電等新能源發展勢頭強勁。據國家能源局數據顯示：截至2023年底，全國累計太陽能發電裝機容量約6.1億千瓦，同比增長55.2%，光伏發電已成為我國新增電源裝機和新增發電量的主體。
受益于光伏組件的高景氣蓬勃發展，其重要組成部分之一的“光伏電纜”也將得到持續增長。目前，中國的光伏線纜產能在全球占比高達70%以上，從這個體量而言，中國光伏線纜的開發生產以及品質提升具有重大的意義。
針對高端應用領域，萬馬高分子不斷加大研發投入，積極創新，成功研發出自然交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料，并通過全球首批硅烷交聯光伏電纜材料2pfg1169、EN50618、IEC62930三認證。
二
光伏電纜相關標準
目前國際上光伏電纜標準主要有四類，分別為EN50618、IEC62930、2Pfg1169、UL4703，標準性能對比如表1所示。
表1: 國際光伏電纜標準對比
由標準對比可以看出，四類標準的主要區別為：除UL4703外，其他標準均要求為無鹵材料。
目前我司自交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料（絕緣：101H；護套：WM-Z125PA) 覆蓋了光伏電纜無鹵材料的三類標準，并成功通過全球首批硅烷交聯光伏電纜材料2pfg1169、EN50618、IEC62930三認證。
三
1、自然交聯與輻照交聯機理分析
低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料應用于光伏電纜的交聯方式主要分為兩類：輻照交聯型及硅烷交聯型。兩類交聯方式機理存在較為明顯的差異。
輻照交聯是指在常溫常壓下電子加速器電子槍發射出的高能量電子，轟擊低煙無鹵阻燃材料的高分子產生游離基，后游離基相互作用再發生交聯反應，使得高分子聚合物由原來的線型結構變為空間網狀結構，將C—C鍵直接連接起來。
從輻照交聯機理上來看，電子加速輻照既可以讓有機高分子交聯，也可以使其降解，同時外加能量會消耗材料中的抗氧劑等小分子物質，導致材料輻照前后老化性能變差、顏色變化，對材料有一定的破壞（對材料的破壞無法定量）。
硅烷交聯是指接枝過程中聚合物在過氧化物引發劑的自由基作用下，失去叔碳原子上的 H 原子產生自由基，該自由基與乙烯基硅烷的- CH = CH2 基反應，生成含有三氧基硅酯基的接枝聚合物。
接枝聚合物在水的作用下發生水解生成硅醇，- OH與鄰近的 Si - O - H 基團縮合形成 Si- O - Si 鍵，從而使聚合物大分子間產生交聯。
硅烷交聯是先將硅烷同樹脂結合，然后用水使硅烷中的烷氧基水解生成硅醇，硅醇之間再脫水縮合形成Si-O-Si鍵而達到交聯目的，這一過程對有機高分子的結構破壞很小，屬于分子間化學反應，不消耗體系內的抗氧劑等小分子物質。
2、自然交聯與輻照交聯性能對比
1）老化實驗后性能對比
表2、輻照交聯低煙無鹵老化性能對比
表3、自然交聯低煙無鹵老化性能
由上述實驗數據可以看出，由輻照交聯聚烯烴制備的線纜，經一次或多次輻照后，材料消耗一定量的抗氧劑，材料抗老化性能急劇下降，充分驗證輻照交聯消耗材料中抗氧劑等小分子物質這一機理；而由自然交聯聚烯烴的電纜，斷裂伸長率均大于50%，能夠達到光伏電纜的標準要求，進一步驗證了自交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料具有優異的耐長期老化性能。
將分別由輻照交聯聚烯烴電纜料與自然交聯聚烯烴電纜料制備的線纜分別進行老化實驗，并觀察其外觀。
圖1、輻照交聯短期老化試驗（240h）
圖2、輻照交聯長期老化試驗（3000h）
圖3、輻照交聯產品客戶端老化開裂
圖4、輻照前 圖5、輻照后
圖6、自交聯短期老化（240h）性能
圖7、自交聯長期老化（3000h）性能
圖8、自交聯前 圖9、自交聯后
由此可見，輻照交聯電纜料在應用過程中，輻照會影響材料的抗氧體系，導致其長期老化性能存在一定風險。而自然交聯聚烯烴電纜經過短期老化和長期老化后，材料整體顏色和狀態無明顯變化。
綜上所述，自交聯低煙無鹵電纜料與輻照交聯低煙無鹵電纜料交聯機理相比，其綜合性能更穩定，致使自交聯低煙無鹵電纜料在老化性能、客戶端長期使用情況及交聯前后材料顏色變化等優于輻照交聯低煙無鹵。
四
光伏電纜的全新解決方案
目前我司應用于光伏領域的自交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料有兩種方案：
方案一
絕緣101H（XLPE）+護套WM-Z125PA（XLPO），應用于光伏電纜約21000km，已獲全球首批硅烷交聯光伏電纜材料2pfg1169、EN50618、IEC62930三認證。
方案二
絕緣護套同款WM-Z125K（XLPO），應用于光伏電纜約5500km。
材料的物性如下表：
表4、光伏電纜料性能
表5、生產注意事項
表6、檢測注意事項
五
結束語
光伏行業的蓬勃發展帶動光伏電纜行業跨越式發展，硅烷交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料因其具有優良電氣性能與物理性能，將逐步實現環保型產品對傳統電纜料產品的替代。
萬馬高分子將始終貫徹“環保新材領跑者”的企業愿景，深耕電線電纜新材料領域，充分運用數字化、智能化手段，開發更多新產品，持續為用戶提供高品質的電纜材料和服務。
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