首先了解一下交聯(lián)的概念，交聯(lián)——通過物理或化學方法將線性聚乙烯分子轉(zhuǎn)變成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高其機械物理性能和耐熱性能。交聯(lián)絕緣主要有物理交聯(lián)和化學交聯(lián)兩大類。

物理交聯(lián)又稱為輻照交聯(lián)，一般適用于絕緣厚度較薄的低壓電纜。

化學交聯(lián)主要分為過氧化物交聯(lián)和硅烷接枝交聯(lián)兩種，其中：中壓、 (超)高壓電纜絕緣采用過氧化物交聯(lián)，常規(guī)低壓交聯(lián)電纜一般采用硅烷接枝交聯(lián)。

輻照交聯(lián)工藝主要適用于特種低壓交聯(lián)電纜制造，如核級電纜、較高工作溫度電纜(長期工作溫度可達150℃)、交聯(lián)型低煙無鹵阻燃電線電纜等，受材料技術(shù)及y射線輻射穿透力等影響，輻照交聯(lián)工藝不適合中壓、(超)高壓電纜的制造。

紫外線交聯(lián)技術(shù)是繼化學交聯(lián)和輻照交聯(lián)之后發(fā)展起來的又一種新的交聯(lián)技術(shù)，是一項我國自主開發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新成果。紫外光交聯(lián)的原理是：以聚烯烴為主要原料加入適量的光引發(fā)劑，采用紫外光照射，通過光引發(fā)劑吸收特定波長的紫外光引發(fā)產(chǎn)生聚烯烴自由基，從而發(fā)生一系列快速聚合反應，生成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚烯烴，為交聯(lián)電纜生產(chǎn)開拓了一個新途徑，已投入低壓交聯(lián)電纜的制造。下面主要介紹化學交聯(lián)。

一、過氧化物交聯(lián)

過氧化物交聯(lián)法是通過加入交聯(lián)劑而引發(fā)交聯(lián)的方法。它主要適合于額定電壓10kV及以上電壓等級、各種截面積的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜制造。

(一)蒸汽交聯(lián)(SCP)

蒸汽交聯(lián)制造技術(shù)是以橡皮連續(xù)硫化技術(shù)為背景演化而來的一種最“古老”的交聯(lián)方法。此方法是以一定壓力、一定溫度的水蒸氣作為加熱和加壓的媒質(zhì)，使聚乙烯實現(xiàn)交聯(lián)。蒸汽交聯(lián)是美國GE公司于1957年研究成功的，日本住友電氣公司于1959年引進了這項技術(shù)，并于1960年投產(chǎn)。

在前期，采用飽和蒸汽作為媒質(zhì)，交聯(lián)管內(nèi)的壓力和溫度有直接相關(guān)，如要提高蒸汽溫度，必須同時增大蒸汽壓力，溫度每升高10℃，壓力將要增大約5kg，要想達到足夠高溫時就難以實現(xiàn)，且能耗也高；后來發(fā)展為可通過交聯(lián)管管壁加熱來提高蒸汽溫度(稱之為過熱蒸汽，不需要通過增加壓力來提高溫度)，主要用于橡皮硫化機組。由于水蒸汽在交聯(lián)管內(nèi)直接與熔融狀態(tài)的聚乙烯接觸，水分會向絕緣內(nèi)部滲透擴散，在電纜冷卻過程中，絕緣內(nèi)部的水蒸氣達到飽和狀態(tài)而形成微孔，投入運行后繼而引發(fā)樹枝放電，這是此方法的致命弱點。于是，二十世紀六十年代起，出現(xiàn)了一些新的干式交聯(lián)工藝。

(二)紅外線交聯(lián)法(RCP)與干式交聯(lián)

紅外線交聯(lián)法也叫做熱輻射交聯(lián)法(RCP)，是日本住友電氣公司于1967年發(fā)明的一種干式交聯(lián)工藝。

用紅外線使聚合物交聯(lián)的方法，早在1937年法國通用電氣公司(GE)就已取得了zhuanli，用于橡膠制品硫化。1961年美國格雷(W.R.Grace)取得了用紅外線輻照法制造聚乙烯薄膜的zhuanli。日本住友電氣公司從上述兩件zhuanli受到啟發(fā)，1966年6月申請了一件zhuanli，在導體上擠包一層含有機過氧化物交聯(lián)劑的交聯(lián)聚乙烯，在2kg/cm2以上壓力的惰性氣體中輻射加熱，使聚乙烯發(fā)生交聯(lián)反應。1967年4月，住友電氣公司又申請了一份zhuanli，提出整個交聯(lián)機組由輻射加熱部分、冷卻部分和水冷卻部分組成，輻射加熱部分分成兩個區(qū)域，每個區(qū)域能各自獨立控制溫度。在長期交聯(lián)反應過程中，交聯(lián)管內(nèi)壁形成了一層過氧化物沉積的黑色污垢，這就是一層自然形成的紅外線發(fā)射的黑體，通過技術(shù)進步，RCP工藝逐步被一般電加熱干式交聯(lián)工藝所代替。目前，懸掛式交聯(lián)工藝技術(shù)、VCV立塔式交聯(lián)工藝技術(shù)得到廣泛應用。

加熱和預冷卻部分采用氮氣保護。在加熱交聯(lián)管內(nèi)，氮氣的主要作用是作為傳熱煤質(zhì)，并保護聚乙烯在較高溫度下表面不發(fā)生氧化降解，同時對絕緣施加足夠壓力，使絕緣在交聯(lián)過程中不發(fā)生或盡量少發(fā)生氣隙，流動的氮氣還可帶走大量的由冷卻水揮發(fā)出來的水分和交聯(lián)反應中過氧化物分解出來的水分及揮發(fā)物。在預冷卻部分氮氣的主要作用是對電纜絕緣線芯表面進行預冷卻，使線芯表面在較低的溫度下進入水冷卻部分，從而防止線芯驟冷產(chǎn)生絕緣內(nèi)應力影響產(chǎn)品質(zhì)量。由于采用電加熱，故可以用提高溫度的方法提高生產(chǎn)速度。交聯(lián)聚乙烯絕緣中，干式交聯(lián)法含水量僅為0.018%，而蒸汽交聯(lián)法含水量達0.29%，試驗表明，干式交聯(lián)法絕緣的交流擊穿強度和沖擊擊穿強度高于蒸汽交聯(lián)法。

干式交聯(lián)生產(chǎn)裝備主要有懸掛式交聯(lián)機組、立塔式交聯(lián)機組二種，VCV立塔式交聯(lián)機組采用了垂直擠出方式，更利于大厚度絕緣的偏心度控制。

(三)長承模(MDCV)交聯(lián)

長承模交聯(lián)是美國阿納康達電線電纜公司(Anaconda)于1959年發(fā)明的，同年便申請了zhuanli，稱為MCP工藝。后來由于電線電纜行業(yè)競爭十分激烈，該公司退出了交聯(lián)聚乙烯電線電纜制造競爭，而使這種新工藝未能付諸實用。1971年大日本電線電纜公司和三菱石油化學公司合作，購買了阿納康達公司zhuanli，使此法得以實現(xiàn)，稱為MDCVI藝。1973年大日日本電線電纜公司申請了MDCV的工藝zhuanli。MDCV的原文含義是“三菱大日連續(xù)交聯(lián)法”，而技術(shù)上的含義是長承模交聯(lián)工藝法。

MDCV法采用水平式交聯(lián)管，此交聯(lián)管安裝在擠出機頭內(nèi)。擠出模子長達20米。擠出絕緣線芯時，向管內(nèi)充入潤滑劑，使聚乙烯在此模具內(nèi)發(fā)生交聯(lián)。

MDCV法的特點是設備投資少，占地面積小，能穩(wěn)定地制造大截面電纜，生產(chǎn)速度與CCV交聯(lián)機組相當，制造產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，采用此工藝制造電纜的交流擊穿場強比蒸汽交聯(lián)電纜高60%~70%。不過當需要生產(chǎn)不同規(guī)格的電纜時，要更換整個長承模，靈活性不強，因此未得到推廣使用。

(四)加壓熔鹽交聯(lián)(PLCV)工藝

此方法最初是由意大利卡萊羅公司(Careillo)發(fā)明。1976年8月，該公司與英國通用工程公司合作研究，使之用于制造交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。1977年英國通用工程公司的杰拉樂德·斯瑪特發(fā)表了這項成果，并向英國BICC公司出售了第一臺設備。PLCV系統(tǒng)中所使用的鹽與橡皮硫化LCM法所用的鹽一樣，熔鹽配方舉例：53%的硝酸鉀、40%的亞硝酸鈉和7%的硝酸鈉組成的無機鹽混合物，這種混合物在145℃~150℃時熔化，直到540℃時，性能仍然穩(wěn)定。熔鹽交聯(lián)管是密封的，在電纜制造過程中，一般施加(3~4)大氣壓的壓力，熔鹽溫度200℃～250℃，冷卻段也采用加壓方式。由于熔鹽混合物的比重較大，解決了大重量電纜拖管問題，綜合各方面因素，該工藝被橡套硫化生產(chǎn)線采用，特別適合大重量橡皮電纜制造。

(五)硅油交聯(lián)(FZCV)工藝

1979年日本藤倉電線公司的鹿間貞吉等人發(fā)明了硅油交聯(lián)工藝(FZCV)，此方法用加壓硅油作為加熱和冷卻煤質(zhì)。在硅油的壓力作用下，電纜可懸浮在硅油中而不致擦管和偏心。硅油可循環(huán)使用。藤倉電線公司于1979年開始用兩臺FZCV機組生產(chǎn)275kV交聯(lián)聚乙烯電纜，有效解決了大截面交聯(lián)聚乙烯電纜高壓技術(shù)難題。由于投入成本較高等原因，未得到推廣使用。

在以上化學交聯(lián)工藝中，綜合各方面因素，懸掛式交聯(lián)機組、立塔交聯(lián)機組在塑料中壓、 (超)高壓電力電纜制造中得到最為廣泛的應用。在上述交聯(lián)方法中，均為外部加熱交聯(lián)方法，1975年西德的門奇(G.Menger)提出通過導體加熱法來縮短交聯(lián)時間，他用實驗證明，每1毫米厚的聚乙烯絕緣，交聯(lián)時間約1分鐘，為此只有減慢出線速度或增大交聯(lián)管長度才行。若用1000安培的電流使導體溫度升高到200℃，則交聯(lián)時間縮短20%。目前不少交聯(lián)生產(chǎn)機組均采用了導體預熱技術(shù)，生產(chǎn)效率得到有效提升，同時有利于絕緣品質(zhì)。

二、硅烷交聯(lián)

硅烷交聯(lián)又稱溫水交聯(lián)，1960年英國道康寧公司(Dow-Corning)提出開發(fā)的，也稱為Sioplas法，即硅烷接枝交聯(lián)工藝，它是接枝和擠出分成兩個工序進行，稱之為二步法硅烷交聯(lián)。第一步由絕緣料廠將硅烷交聯(lián)劑與基料在擠出機上接枝和擠出造粒，該料粒稱為A料(接枝料)，同時還提供催化劑和著色劑的母料，稱為B料。第二步是將A料及B料以一定比例混合(如：A料：B料為95:5)，在普通擠出機上擠包在電纜導體上，再放入80℃~95℃溫水交聯(lián)池或在蒸汽房中完成交聯(lián)。該工藝投資成本低，可用一般的擠出機進行加工。材料價格適中，得到廣泛的應用。

但也存在以下缺點：

(1)接枝聚乙烯容易與空氣中水分發(fā)生先期交聯(lián)，縮短了貯存時間，一般貯存期為半年。

(2)接枝聚乙烯與催化劑母料的混合物，貯存期一般不超過3h，所以需要邊混合邊擠塑。

(3)由于二步法通過多次的混合，容易導致雜質(zhì)的混入，主要用于10kV以下電纜絕緣的制造。

為了克服Sioplas的局限性，1977年英國BICC和瑞士Maillefer公司合作，在道康寧公司發(fā)明的兩步法基礎(chǔ)上，又發(fā)明了一步法硅烷交聯(lián)工藝，也稱作Monosil工藝。它將聚乙烯基料、抗氧劑和液態(tài)硅烷同時計量、混合，即將接枝反應和添加催化劑過程合并，并采用長徑比為30:1的擠出機將絕緣擠包在電纜導體上，將絕緣層的接枝和擠出由一個步驟來完成，故稱為一步法。它的材料成本最 低，雜質(zhì)的污染機會減少，而且材料貯存期可以大大增加。但是這種工藝設備投資比二步法大，需要配備一套液態(tài)硅烷的送料系統(tǒng)。

隨著材料技術(shù)的發(fā)展，對于一步法硅烷交聯(lián)技術(shù)的應用，也可以通過高速攪拌機將聚乙烯基料、抗氧劑和液態(tài)硅烷進行預先均勻混合，并在一定條件停放，使添加的抗氧劑和液態(tài)硅烷充分滲透，然后采用普通擠塑機一次性完成接枝和擠出，擠出過程中應嚴格控制擠出過程中的料溫，料溫要求高，確保擠出過程中完成硅烷接枝，擠包后的絕緣線芯放入溫水交聯(lián)池或蒸汽房中完成交聯(lián)；如果擠塑過程中料溫過低未完成接枝時，擠包后的絕緣將無法交聯(lián)。

八十年代日本菱克隆公司在吸取兩步法和一步法的優(yōu)點基礎(chǔ)上開發(fā)共聚法。共聚法也是硅烷共聚單體一乙烯基-三甲氧基硅烷，只是采用工藝不同。該工藝不是把有機硅烷接枝到聚合物鏈上，而是在聚合過程中導入可水解硅烷，從而產(chǎn)生一種易于加工的硅烷共聚物，其方法是在高壓反應釜中，使乙烯與硅烷共聚單體發(fā)生共聚反應，這項工藝的關(guān)鍵是，所選用的共聚單體必須是含有一種能夠與乙烯發(fā)生反應成聚合物鏈的不飽和基團。乙烯硅烷共聚物與Sioplas接枝化合物結(jié)構(gòu)上基本相同。

由于硅烷共聚物的制造是在反應釜中進行的，所以它能夠確保高的清潔度，而且也避免了接枝時過氧化物殘渣的污染問題。硅烷共聚物更為主要的優(yōu)點是，在聚合反應時因為硅烷共聚單體一次投入，實現(xiàn)了交聯(lián)晶格的有規(guī)則分布，所以所需要的硅烷量要比硅烷接枝化合物需要的硅烷含量低。由于共聚法工藝的先進和獨特，制得的硅烷交聯(lián)聚乙烯材料具有以下優(yōu)點： 

(1)貯存穩(wěn)定性好，貯存時間一般可超過一年，好于接枝材料。

(2)共聚法交聯(lián)聚乙烯加工過程中，混入的游離物及雜質(zhì)極少，因而提高了電纜絕緣性能。

(3)可在普通擠塑機進行擠出，制造工藝穩(wěn)定性好。

以后又相繼開發(fā)了固相一步法工藝和固化硅烷工藝。固相一步法工藝是將硅烷通過白炭黑等載體滲吸到PE基料中去。固化硅烷工藝是為了改進硅烷送料方式，可將液態(tài)硅烷吸附在多孔性聚丙烯塑料或PE塑料中，形成固態(tài)硅烷，這兩種工藝均是一步法派生出來。

隨著材料技術(shù)進步，在二步法硅烷交聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上，推出了硅烷自交聯(lián)聚乙烯絕緣料(又稱為硅烷室溫交聯(lián)聚乙烯絕緣料)，其原理是對催化劑母粒(B料)進行了改進，添加了復合型產(chǎn)水劑和高效的催化劑，采用接枝料(A料)和催化料(B料)混合擠出后，一般情況下在室內(nèi)里放置(2~7)天后(如環(huán)境溫度高，放置時間短)可以完成交聯(lián)，不需要在溫水交聯(lián)池或蒸汽房進行交聯(lián)，材料成本偏高，但由于方便了生產(chǎn)，也得到一定程度的應用。

綜合不同硅烷交聯(lián)工藝特點、材料成本等因素，目前一步法硅烷交聯(lián)、二步法硅烷交聯(lián)得到了最為廣泛的應用，其中，二步法硅烷交聯(lián)工藝，由于A料已完成接枝反應，線芯絕緣擠出溫度要求低，利于換規(guī)生產(chǎn)。一步法硅烷交聯(lián)工藝，材料成本低，接枝和擠出一次完成，擠出溫度要求高，料溫達不到要求無法完成接枝，擠塑機設置溫度高，如頻繁停機換規(guī)易出現(xiàn)熟料，適合大長度電纜線芯生產(chǎn)。