交联聚乙烯因其独特的电气绝缘性能,能够有效阻止电流的泄漏和电弧的产生,目前用量最大的领域之一是在电线电缆。这一特性与交联聚乙烯的交联程度有着紧密的联系,聚乙烯的交联增加了电流通过的阻隔路径,从而提高了绝缘电阻,交联程度越高,绝缘电阻越大。但是交联程度过高又会导致材料弹性不足容易老化,影响使用寿命。因此生产工艺中要保持聚乙烯材料适宜的交联度来满足使用的需求。
交联聚乙烯的交联程度通常用凝胶含量来进行表征。在美国材料与试验协会标准ASTM D2765-16 Standard Test Methods for Determination of Gel Content and Swell Ratio of Crosslinked Ethylene Plastics与国内的机械行业推荐标准JB/T 10437-2004 《电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料》中都提到了利用溶剂萃取法来进行凝胶含量检测——将交联聚乙烯材料的产品在适当溶剂中充分溶解后剩下的不溶部分,即为凝胶。美标ASTM D2765-16中还提到,若材料中含有填料,则要在计算中减去填料的这一组分,而这个填料的含量可以是客户提供,也可以是通过别的检测手段来得到。
- 检测方法
我们主要参考了标准ASTM D2765-16中提供的方法来进行交联聚乙烯材料中凝胶含量的检测。
- 先称取少量样品制成颗粒装入不锈钢丝网中
- 将不锈钢丝网固定在冷凝回流装置的圆底烧瓶中,并使二甲苯萃取剂没过不锈钢丝网
- 插上加热套电源对烧瓶开始加热,控制加热速度,使溶剂持续沸腾一段时间
- 萃取完成后,把盛有不溶试样的网袋取出,放入真空干燥箱中干燥到恒重,冷却并称重
- 最后带入特定公式计算凝胶含量
凝胶含量检测在交联聚乙烯材料的生产过程中起到相当重要的作用,凝胶含量越高,聚乙烯分子间的交联连接点就越多,交联程度就越高,材料的硬度越大,拉伸强度和断裂伸长率也会相应增加。相对的,聚乙烯交联程度越高,材料的流动性越差,热塑性能降低,成型难度增加。因此,在生产交联聚乙烯材料时,生产厂家需要针对特定应用场景,控制凝胶量,以获得需要的产品。