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[技术资料] 国产中高压半导电屏蔽料的现状分析及发展方向
P:2019-08-28 09:22:13
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在左侧电阻的二次加工时越做越优良,导电性在提升,也就是碳黑在制造过程中分散良好,导电通道已理想建立,甚至可能做到全导性。而右电阻侧是饱和分散后,如果再剪切、加工,这个再剪切也包括电缆厂的应用挤出,那么碳黑的架构被打碎,同样的 100Ωcm 电阻,右电阻的导电性会急速下降,因为碳与碳之间的结构距离只有几个埃,这个“AI”是纳米的十分之一,不能再分离,不能打碎,也不可能回来破镜重圆了,也就是碳黑导电机理节说的“微观电场发射无效,距离远了,导电通道建立不起了!
这种现象,屡见不鲜,在这里非常直诚的说,半导电屏蔽料内、外两种型号,内、外半导电屏蔽料所用碳黑的结构是完全不一样的,内屏导电性往往破坏性特别大、而它所在工作环境(有铜,铝不同的导体,比重不一样,无法挥发低分子物),加工环境与外屏蔽完全不一样,外屏在电缆厂是不断挥发,而内屏是在不断的加温,保温,特别是铝芯的导体,破坏性非常大。千万不能被无良碳黑制造商的推销,忽悠了。什么通用型导电碳黑,那是在瞎说,在给你吃药啊。说重一点是对中国电力电缆的长期质量运作留下来了隐患。当然,我不排除创新,创新要有基础理论上的科学平台!
鸡永远生不出鸭蛋的,但鸡它可以生双黄蛋,三黄蛋。这是质与量的关系,不能乱搞。
谈完了半导电屏蔽料中的碳黑正确应用后,下面再谈一下半导电屏蔽料所涉及到的另一个配方材料现状及问题。
大家知道EVA 是有双重性的一种聚合物,它既可以看作塑料,也可以看作橡胶,它是人类三大合成材料;纤维、塑料、橡胶中的有双重性的佼佼者,那么任何人工合成橡胶就可以充油,因而在中国的半导电屏蔽料的早期开发中,本人就首先应用了白油。真正的白油是矿物油,也叫石蜡油,它是石油所得精炼液态烃的混合物,而且要脱蜡,加氢脱色而形成的无色无味透明并且加抗氧剂的润滑油。白油中含有活性的功能团有塑化功能,它与EVA 可以相溶可以改变聚合物的加工流动性,柔软性,当时我们没有高VA 含量EVA,如 33%VA,VA 过高的话,储存,加工比较困难,而国外陶氏等早期是用高含量的 EVA 的,他们几乎是选用了33%的EVA,在 28%的VA 的EVA 中,添加一点白油,它的柔软性可以与 33%比美, 与碳黑的包复性提高。
而中国屏蔽料行业中,早期以北方沉阳电缆厂所属的盘锦电缆料厂是不用白油的,而南方基本上受本人影响,全部使用真正的白油的,现在北方也开始慢慢地使用白油了。因为不用白油,辽宁盘锦所用的EVA 是 8-33,而南方一般不选用VA33%,而选用 VA28%,一个是价格相差非常大,而且 33%不容易加工,受温度和压力影响,北方温度与南方有差异,容易结团,在失重法计量称上无法工作, 无法输送,当然在密炼机上是另当别论了。
真正的白油,用途广泛,医用,化妆品等等,橡塑成型加工等等,我们中国屏蔽料行业中现在所用白油已经变质了,离谱的不像话。有一次与国外同行交流,当然我知道国外是不用液体白油的,尽管现在韩国人也开始用了,他们检测了中国的 35KV 内外屏蔽料,得出一个结论:rubbish(垃圾)。当时我知道,不是我的屏蔽料,但他也是我们中国屏蔽料的同行啊。非常无奈。
到后来知道,他们在创新了,不用真正的白油,在用回收油,什么油都有, 那种所谓的“白油”是深棕色的,闪点非常低,国外同行做热失重(热挥发)时, 整个实验室都是烟雾。而这种所谓的“白油”有腐蚀性,较高酸性,它不仅腐蚀自己的加工装备,甚至腐蚀电缆厂的挤出机,硫化管,厚度测扁仪(西克拉), 甚至电缆厂排污系统来不及工作,这就是一个突出的现象。我们海江公司的产品绝不用“黄色”的假白油!那种价格低廉的所谓白油,就类似餐饮行业中禁止使用的地沟油,当然地沟油可以深加工演变成航空汽油,也就是为什么国外同行称中国屏蔽料为垃圾的真正产生的原因,这种垃圾油,闪点非常低,酸值高,发烟量大。确实不能做为电力电缆屏蔽材料所用啊!
我现在谈了 35KV 及以下中压屏蔽料目前的存在二个现象,事实上有许多原因存在,因为时间有限,下面还要再谈一下高压 220KV 及以下超净,超光滑半导电屏蔽料的现状和未来发展方向,所以如果下次有机会,可以与大家一起互动, 互相学习,以提高中国半导电屏蔽料行业的整体水平。
江阴市海江高分子公司占据整个市场的 28%,而且已大量出口到国外,我们有 30 年的半导电屏蔽料生产制造经验和延续的研发能力。
中国最早的 110KV 半导电屏蔽料已经在东北电网运营了十几年了。包括大连周水子机场,哈尔滨电网。实至今日,已经向市场投放1000 吨以上。因为受到国家一些机构的限制,国家电网明文规定是不许使用国产 220KV 及以下半导电屏蔽料。多年前,我在《中国电线电缆》发表一篇《110KV 高压半导电屏蔽料的研发和生产》,编委专家团用整整一天审稿,编委问这问那,为什么呢?因为中国没有高压屏蔽料标准,没有关键词,得按北欧,陶氏等标准来考核我们,而北欧,陶氏的标准,质量又如何呢?今天,我不知道北欧,陶氏是否有人参加这个论坛,如果有的话,我非常客气的说,中国 220KV 半导电屏蔽料的水平不差你们, 这不能由我自己说,给大家一个信息,国家电网邀请我们参加制定“220KV 及以下半导电屏蔽料标准”,各位,对我们来说,这是不容易的。之前明文规定不准使用国产料,我们偷偷的生产,电缆厂偷偷的用,这个情况国家是知道的。这是档不住的市场发展趋势和真正的创新。就如我30 年前推广 35KV 等级半导电屏蔽一样,困难重重。我记忆犹新。一个大型的国家电缆企业首先用了我的 35KV 半导电屏蔽料,局放试验也合格了,到了长江武汉大桥上现场铺设施工,然后通电, 通电前工程总指挥问我:“冯总,马上通电了,行不行?”我说:“行也行,不行也得行,已经铺设了,没有退路了,要么咋俩跳长江自杀,怕什么呢!”这些专家是享受国务院津贴,但他还是怕,他不是崇洋媚外,他是怕上司,怕领导, 他是怕中国的产品稳定性啊!第一次使用国产的半导电屏蔽料嘛,当时有这样的胆子也不容易了。。。现在不是怕了,前段时间国家电网领导人是不作为。。。而现在情况,大家心里明白就可以了。当然最近变了,这是必须变得,现在请我们参加国家电网材料标准的制定,这是两个原因,一个是高压半导电屏蔽料是国家战略物质,欧洲人,美国人可以根据出口到中国的半导电屏蔽料计算出中国电网的规模,用途(军用机场,港口。)几年前国家十二五发展规划中已经明文高压材料要国产化了,不能拖了。第二个的是感谢特朗普,是他,加速了我们国家高压材料的标准化,市场化。
前期国家电网正式邀请我们江阴海江公司参加制定 220KV 及以下高压半导电屏蔽料标准。通过对美国陶氏,北欧化工,江阴海江,德威的产品进行自检,他检,检测结果却让人大跌眼镜,我们中国的产品比北欧的好,好在哪里,他们的凸出物每平方米有 3-4 个(50-70 微米),我们的为“0”,这是按照北欧化工,美国陶氏的检测方法而进行的,也就是激光扫描,它是将 220KV 料状投入挤出带状(8-10 毫米),然后将带状,进行运行(像电影胶带一样),运行中,发射的光源对带状表面进行扫描,如果射线碰到凸出指后马上返回(也类似雷达电波)到仪器中,仪器会自动记录它的高度,宽度,数据报告即刻打印出来。
220KV 高压半导电屏蔽料目前中国只有江阴市海江高分子材料有限公司及德威有能力生产。当然这个能力包括两个方面,一个是硬件方面.工欲善其事必先利其器,这方面包含着“料,法,环”,另一方面是对 220KV 耐压等级的理解, 它的产品要求与特点,它的配方要素的主要功能性的呈现,高压产品的功能性, 特别除了优良的导电性外,及它的健全的物理数据。而在这里特别强调的是,它的 “二超”:一,超干净、二,超光滑,这个高压半导电屏蔽料与中压半导电屏蔽料的根本区别就是这两个方面,超净,超光滑。各位:区别就在这里,哪怕是超高压半导电屏蔽料,不管是直流的,交流的,哪怕是 500KV 的,就是要超净, 超光滑,甚至将来更高耐压等级的半导电屏蔽料,它的要求也是这二个“超”字:超净,超光滑。单以高压,超高压半导电屏蔽料的材料功能来说,我们希望得到的是“0”局放,也就是没有任何的局部放电是由我们高压、超高压半导电屏蔽料所引起来的,当然,如果是绝缘料,导体,缓冲阻水导电料以及偏心度是它们的责任,就目前而言,前面说到中国只有两家企业生产高压半导电屏蔽料,我们不想垄断市场,也垄断不了市场。目前中国高压半导电屏蔽料的市场,除了北欧,陶氏等,日本的 NUC 和韩国的DYM 也在慢慢的渗透到中国市场,这两家的产品相比,日本的NUC 的质量水平要比DYM 高的多,可以说韩国的DYM 的水平根本不如中国的。。。原因是国家电网之前禁止使用国产的,而韩国人却乘机而入,进口货嘛,一律放行,就这二家的产品的使用性上,日本人的产品设计比韩国人超前, 产品使用安全,实用性好,加工工艺温和,反复检测中,日本人的热延伸看上去是不合格,具体说就是在烘箱中断的。我们检测日本NUC 的电缆料时(颗粒), 它的交联结构是“半网状”,而制成高压电缆后则呈现“全网状”,全交联的, 这就体现了产品的实用,温和,安全的意义,这样的高压,超高压在配方的设计上及产品制成后在VCV 生产线上可以连续工作 25 天以上,特别是大平方的长距离海缆。
“半网状”
“全网状”
前面提到的中国半导电屏蔽料中压、高压目前的现状,下面再向大家汇报一下中压、高压,超高压半导电屏蔽料的以后发展方向。
中国中压 35KV 及以下的半导体电屏蔽料真正从我们手上问世以来,已经30年了,应该而立之年了,产品也开始逐渐地走向了国际市场。前面我提到世界半导体电屏蔽料的制造大国,肯定是中国的。日本人用海江的半导电屏蔽料制成的电力电缆进入美国市场,并得到UL 认证,这个电力电缆,包括电缆材料的制造大国实际上认可了中国的半导电屏蔽料制造水平的,前美国的 U.C.C 联合碳化公司,现在的陶氏公司在 15 年前要与我合资。当然,他们美国人真正合资目的是吞并中国的半导电屏蔽料行业,控制中国半导电屏蔽料的发展,他们的执行董事与我们谈了半年,最终地方政府不同意而作罢,这是政府行为,在技术上, 美国人是认可我们的了。
那么我们的 35KV 及以下半导电屏蔽料就是白玉无瑕啦?我们的加工稳定性又是如何呢?还有空间提升吗?还有功能性发展空间吗?
先谈中压的,问题是非常多的,提升空间也是由此而产生的,前面谈了碳黑,白油的问题发展空间课题也就应运而生了。第一,我们半导电屏蔽料所选的树脂根本没有专用的,所用的EVA 也可以做耐压 35KV 的电力电缆,也可做人人所必穿的鞋子,做鞋的EVA 技术要求与做 35KV 及以下半导电屏蔽料的EVA 应该有根本上的区别。其他不说,EVA 中的“晶点”,也就是俗称树脂中的“鱼眼” 大小尺寸,存在数量与 35KV半导电屏蔽料的质量息息相关的,电缆的运作寿命息息相关。大家都知道,世界上任何聚合物都有晶点存在,不论是采用什么斧式法,管道法工艺聚合,都无法清除晶点的存在,然而我们国家 EVA 产品开发应用是非常落后的,最早30 年前上海化工研究院有一套迷你型的装置,只能生产14/2 的EVA,改革开放,德国巴斯夫与江苏扬子石化合资各 50%成立了扬子-巴斯夫, 而且是管道法的,这才有了真正上的中国 EVA项目,而且是当时朱镕基总理亲自抓的,另一个项目是上海大众,扬巴的 EVA 产品实际上没有专用电缆料级别的产品,也是通用型的,过量的“晶点”和过大的“晶点”是半导电屏蔽料致命的潜在质量问题。“晶点”它不接收任何助剂,特别是碳黑的解入,它是一个“孤岛” 的存在,不论你怎么加工,塑化,它永远是没有导电性,它也可以被称之为固化的有机杂质,哪怕再添加阻聚剂也无用。然而现状还有一个可怕的地方;许多电缆料企业还特别喜欢购买副牌EVA,就是晶点多、大,的国外料。没有办法啊, 国家尽管严控废塑料,固废进口,但是没有严格进口副牌的聚合物啊,而且市场非常大,从我个人来看,是非常可怕。而世界上的中、高压、超高压半导电屏蔽料两个霸主;北欧化工,美国陶氏。不论是EVA、EBA、EEA,甚至是PE,都不是选用与鞋类一样的聚合物的,他们都有自己专用的聚合物,自己的聚合物工厂。
因而在这方面的基础材料上,特别是 EVA 及 EBA 和 EEA,真正中国自主研发生产的产品几乎没有,北京与杜帮合作,南京与巴斯夫合作,山东与埃克森合作,而且这些EVA 产品的保密期早已经打开。但是中国真正用在电缆上的,特别是高压、超高压半导电屏蔽料的基础树脂 EBA 是没有的,中国高压半导电屏蔽料,超高压半导电屏蔽料配方中的绝大部分都是进口货,德国的,西班牙的, 美国的,法国。应该说,中国高压、超高压半导电屏蔽料的基础材料生命线自己没有真正掌握,而只不过是在中国加工而已。
屏蔽料的另一个产品功能性就是导电,而且也是热敏性导电材料,它有 23℃ 电阻率,90℃电阻率。半导电屏蔽料是聚合物加入导电碳黑,经其它助剂物理加工形成,其中的导电碳黑是屏蔽料的灵魂,是产品价值的体现,非常简单的说, 半导电屏蔽料的好坏,80%取决于你使用的什么碳黑。
一般中国的中压、高压半导电屏蔽料选用的碳黑是炉法碳黑,是用蒽油及乙烯油经过高压喷枪高温燃烧形成。
而这种碳黑的杂质会特别多,S、Fe 是占大部分的,包括喷枪设计不会理也会形成滴落称为“焦碳”,而且油的质量也不怎么好。亚洲,特别是中国自己的石油产品中含S 是世界第一的,这是因为与地理结构相关所导致的,那么刚才说到中压半导电屏蔽料选用的中国碳黑的事,它的使用结论是:杂质比较多,难分散,难分散就是导致导电率下降,特别是 90℃电阻率被破坏性特别大、这种杂质在XLPE 界面上会留下许多残留物,这种残留物就是嵌入 XPLE 绝缘料界面中的黑点,它影响电缆的局部放电 PC,局放一大,电缆的寿命就缩短,甚至击穿烧焦……这一些现象都是由碳黑而引起的,非常可怕,在行业内、屡见不鲜、有的电缆厂处罚比较厉害,明明 2 公里电缆有黑点,局放不合格,可以说 20 公里电缆有黑点,局放大…罚个几十万不在话下 …你也不可能去剩余 20 公里外屏确认有黑点残留、这种现象如果不从选用碳黑的根本上解决的话,其他制造过程的工作就是做无用功!更谈不上产品有利润了。
而高压、超高压半导电屏蔽料所选用的碳黑、不但考虑到优良的导电性还要考虑到其杂质金属离子的存在的多少!碳黑要求细致到如此程度才能确保高压、超高压半导电屏蔽料的应用成功!
高压、超高压目前存在的缺点,一个是基料的问题,一个导电碳黑问题, 我们高压,超高压工厂用碳黑是进口的,也就是我们国产高压、超高压半导电屏蔽料将来的发展方向和空间。北方燕山石化已经准备立项EBA项目了。
随着中国一带一路在世界上的认同,许多国家已经加入其中,以我们海江高分子材料有限公司来说,产品已经出口到东欧,南美,中东,东南等市场,当然这些产品的耐压等级是中压的,35KV 及 110KV 以下的,我们中国的高压、超高压半导电产品进入国际市场只不过是时间问题。30 年前我们队对美国U.C.C、英国B.P 等国外产品是望尘莫及,而今天可以说是望其项背了。我想过不了多久,一定是并驾齐驱了。产品技术方面以35KV 及以下来说已经达到北欧,陶氏同类产品的要求,高压、超高压半导电屏蔽料的未来就在眼前,前几天,国家电网, 西交大已经立项 500KV 的XLPE 和屏蔽了。在国家稳中有进的发展大好形势下,使我们大家看到高压、超高压半导电屏蔽材料全面国产化,指日可待!
冯琥生,国产屏蔽料的发明者,参加制定35KV屏蔽标准制定,参加国家电网公司220KV标准制定,马上邀请参加上海电缆研究所及机械电子工业部220KV的国家标准的制定,专家论文有:《国产高压屏蔽料的开发与应用》,《屏蔽料的生产与制造》,《EVA在屏蔽料中的应用》等等。