酷暑大“烤”已来，提升电线电缆耐候、阻燃、防开裂等性能的N种方式，哪个最有效？

作为重要基础设施的供应商，电力网络供应商可能会有点保守，这毫不奇怪。但他们不会完全拒绝新想法，因为他们需要扩大并重新平衡电网，以适应不断变化的能源生产地点和用户需求，这使得电缆系统的成本、可靠性、性能以及可持续性得到了更多的关注。

本文介绍了电线、电缆生产中会使用到的一些材料和添加剂方面的创新。

助力电缆生产商降低碳足迹  

针对不断增长的电缆市场，聚合物共混改性跨国集团Hexpol开发了一个全面的材料组合，涵盖热固性弹性体、无卤阻燃（HFFR）热塑性塑料、TPE、EVA和TPV等级，以及颜色和添加剂母粒。

聚合物和添加剂供应商正在开发适合所有类型电缆（包括特种电缆）的新牌号（图片来源：Hexpol/Istock）

Hexpol Compounding欧洲/亚洲总裁Carsten Rüter表示，该公司看到了可再生能源领域的巨大机遇。他说：“我们的电缆共混改性料可用于太阳能应用、风电场以及其他在陆地、海上或水下通过电缆网络进行分布式发电的场景。它们能耐受极端户外条件，适合于灵活或永久安装。”

该公司最近收购了西班牙聚合物混炼公司Vicom，使其HFFR热塑性塑料电缆改性料产品线得到了增强。Vicom产能约30000吨/年，于2021年被收购，专门从事HFFR聚烯烃和低烟无卤（LSHF）改性料的生产。

Hexpol还开发了一种计算其材料碳足迹（PCF）的方法，以满足客户对可持续性数据日益增长的需求。最近的一项研究表明，该公司Dryflex电缆材料系列中一个新开发的LSHF牌号与标准牌号相比，生产一公斤材料的千克碳当量（kg CO₂e）降低了24%。这一新牌号适用于电缆绝缘和护套应用。

去中心化的可再生能源是Hexpol的主要目标应用领域（图片来源：Hexpol/Istock）

PEX 技术公司为电缆材料提供了高性能，但回收比较难。北欧化工（Borealis）一直致力于通过使用其Borcycle C热解化学回收工艺来克服这一问题。该公司表示，通过使用这项热解技术，交联聚烯烃（如XLPE和PEX）可以回收作为生产电线电缆用高性能PE的原料。所有Borcycle C聚烯烃均通过ISCC PLUS质量平衡法认证。

北欧化工还希望增加其机械回收电缆材料的牌号。Borcycle M牌号中回收废塑料的含量可高达50%。该系列的第一款产品是Borcycle M ME7153SY，是一种适用于中低电压应用的天然全配方MDPE护套材料。据北欧化工介绍，这款产品易于着色，拥有良好的加工性和光滑的表面，其他特性包括：良好的耐环境应力开裂（ESCR）、抗紫外线性能以及低透水性。

这款Borcycle M电缆护套材料包含机械回收聚合物材料（图片来源：北欧化工）

适合太阳能应用的材料配方  

随着对太阳能光伏发电的大量投资，埃万特（Avient）开发了一种新型可交联电缆绝缘材料配方。这个新的ECCOH XL可交联牌号符合REACH标准，适用于永久户外使用。据该公司介绍，这款新材料的抗紫外性能和耐候性通过了IEC 60216-1 Arrhenius寿命预测测试，电气性能适用于直流和交流电源，阻燃性能符合EN 50618和IEC 60332-1标准。

埃万特的ECCOH XL 8148适用于光伏电缆应用（图片来源：埃万特/Getty Images）

这个新牌号在欧洲生产，可在全球范围内销售。埃万特表示，除了良好的性能外，这个新配方还能助力电缆生产商提高生产效率，因为一个牌号的材料可以同时用于电缆绝缘层和护套涂层。此外，据说与典型技术相比，这个牌号的材料加工速度更快，最多可将催化剂的用量减少50%。

快速排气

Endurance HFDD-4201是陶氏化学公司PE树脂家族的最新产品，用于高压、超高压XLPE电缆绝缘层的生产。这个新牌号的主要优点是在PEX-A电缆生产系统中能快速排气。陶氏化学公司表示，这种新树脂可以将去除交联副产物甲烷所需的时间缩短80%，而在目前典型的高压电缆生产系统中，这一过程可能需要几周的时间。该公司还表示，这可以帮助制造商缩短制造周期，减少库存和能源成本。

硅烷系列添加剂

去年，赢创的硅烷系列增加了许多用于改善电线电缆化合物加工和性能的新产品，特别是HFFR等级。该公司扩展了其干硅烷Accurel DS系列，它包括AMEO、GYLMO和VTEO几类，能改善树脂与填料的粘合；还扩展了Accurel CL交联母粒系列，该系列包括TMPTMA、TAIC和TAC几类。

另外，赢创还推出了一款硅烷交联剂——Dynasylan Silfin 301，专为采用Sioplas湿固化法生产高填充PEX-B电缆共混改性料而定制。赢创硅烷业务线营销总监Helmut Büsser表示：“我们新的Dynasylan Silfin 301是即用型的，使电缆制造商的生产更容易，还简化了随后的交联。”

该交联剂的乙烯基硅烷和过氧化物配方据说是针对高填充聚烯烃的Sioplas交联而优化的。赢创表示，它的反应速度是典型乙烯基硅烷替代品的10倍，这意味着湿度敏感性降低，因此能避免过早交联。此外，据该公司介绍，这款产品还能够改善HFFR共混改性料的电性能和机械性能。

赢创的有机改性硅氧烷（OMS）化学品以Tegomer和Tegopren品牌销售，也适用于电缆和电线应用，它们可以提高阻燃性、增加填料含量，并提升大挤出机的产量。

使线缆更安全

长期以PVC共混改性料闻名的欧洲改性料制造商Benvic在两年前推出了基于聚烯烃的Linkflex HF HFFR和LSZH（无卤低烟）等级产品，以应对欧盟对于电缆燃烧过程中氯排放的更严格的监管要求。自那时起，该公司进一步扩大了其Linkflex HF开发团队，并在其位于西班牙巴塞罗那附近的生产基地投资建立了实验室、中试生产线和开发设备。

Linkflex HF产品系列的设计初衷是为了符合最新的欧洲建筑产品法规（CPR）要求，其早期的目标领域瞄准的是建筑市场的低电压应用。Benvic产品营销经理Eric Grange表示，公司现在计划将产品的应用扩展到要求更高的新领域，例如，对于高速互联网数据网络，Linkflex等级产品可提供光纤设备所需的耐火性。Eric Grange表示，他还在快速增长的可再生能源领域看到了巨大机遇，该领域的许多项目都处于苛刻的气候条件下。此外，Benvic还瞄准了其他市场，包括工业和运输业。

Benvic的Linkflex产品是为满足最新的欧盟CPR要求而开发的（图片来源：Benvic）

“现在，Benvic是一家多材料公司。”Grange说，“这不仅仅是一句口号。事实上，我们正在利用核心的聚合物共混改性专业知识，逐个客户，从头开始创建一系列新业务。”

去年，Teknor Apex的FireGuard PVC产品线中添加了一些新牌号。据报道，这些新牌号适用于从铜数据电缆护套到光纤电缆的各种应用，其低发烟性和低火焰传播性超过UL 13、1424和444的要求。

Teknor Apex扩大了其FireGuard低烟电缆共混改性料产品系列（图片来源：Teknor Apex）

Teknor Apex表示，与现有产品相比，这些新牌号提供了更低的烟雾指数和更高的氧指数，从而能够生产符合美国NFPA 262火灾和烟气特性试验标准的更大、密度更高的电缆。该公司乙烯部门电线电缆行业经理David Braun说：“这些特性在数据中心、建筑和校园的无线基础设施、安全系统等应用场景中至关重要。”

应对开裂问题 

对长期暴露在强烈阳光下的高温环境中所使用的铠装电力电缆来说，其护套的抗开裂性尤为关键。在这种环境里，护套温度会显著升高，进而降低抗撕裂强度并导致更高风险的撕裂蔓延。护套和金属铠装的不同膨胀率会进一步加剧这个问题。

今年3月，在德国科隆举行的2023年欧洲电缆大会（由Compounding World出版商AMI组织）中，Innospec Leuna（简称“Innospec”）业务发展经理Christoph Bornschein博士详细介绍了其产品Viscospeed HP和强效无定形Viscowax 1440聚乙烯蜡在抗开裂电缆护套材料中的作用。

该公司进行了一项研究：将一种典型的抗开裂护套改性材料与两种替代材料进行了比较，替代材料中1.5%的偶联剂用Innospec的蜡取代。结果显示，含有Viscospeed HP的配方拥有最佳的流动性，并展示出可接受的机械性能。但是，极性Viscowax 1440的半结晶性质对50°C下进行的抗开裂试验结果产生了负面影响。

Innospec表示其蜡添加剂有助于降低护套开裂风险（图片来源：Innospec）

Bornschein表示，含有Viscowax 1440的配方也对最终材料的流动性产生了积极影响，同时还提高了抗撕裂强度。烘箱老化试验表明，这款蜡提高了加工性能，且不会对关键的抗开裂性产生负面影响。

屏蔽解决方案的创新

谈到屏蔽解决方案，色母粒制造商Delta Tecnic的区域经理兼新产品开发人Manel Miret和石墨烯专家Graphenest公司的联合首席执行官Bruno Reis Figueiredo详细介绍了两家公司为评估使用石墨烯填充材料取代金属网、电线和编织物作为电缆屏蔽元件所做的工作。

根据研究人员介绍，使用聚合物来生产屏蔽层可以简化制造、提高生产速度，且生产出的电缆更轻、更灵活（在移动应用中很重要）。他们补充说明，金属在GHz级别的频率下也不是很有效的屏蔽材料，而导电聚合物已被证明在这种级别的频率下是有效的（将用于6G移动网络）。

研究数据表明，石墨烯填充材料可以在915MHz和2.45GHz频率下分别提供34.4dB和35.1dB的总屏蔽效果。研究人员以聚合物屏蔽系统早期的目标应用领域——汽车和电信为例进行了介绍。据估计，在一个典型的汽车PVC双绞线电缆结构中，使用石墨烯填充材料可以使一个0.5-0.6mm的屏蔽层减轻75%的重量并降低20%的生产成本。

Delta Tecnic公司生产的材料含有接近30%的石墨烯和其他添加剂。不过，研究人员表示，要达到特定电缆应用要求的屏蔽水平，石墨烯含量需根据电缆类型、所需的电磁屏蔽水平和机械性能的要求而变化。

他们还指出，石墨烯的分散是一个复杂且昂贵的工艺，在电缆制造过程中无法进行，但在挤出机中配混则不难分散。他们表示：“石墨烯基导电材料可以很容易地融入现有的生产工艺中，对于正在尝试改善产品性能的制造商来说，这是一种实用且具有成本效益的解决方案。”

应对可再生需求

巴斯夫表示，可再生能源和电动汽车用电缆的需求不断增长，这或许会为其Irgastab Cable KV 10优质多功能聚合物添加剂提供新的机会。Irgastab Cable KV 10为中压/高压XLPE电缆绝缘而开发，是XLPE的一种液态主抗氧剂，也可以作为热稳定剂使用，提供卓越的长期热稳定性。该公司表示，这款添加剂提供了非常好的焦烧保护，它的高纯度使中高压电力电缆拥有良好的长期电气性能和较长的使用寿命。

Irgastab Cable KV 10包含在巴斯夫的Valeras产品组合中，旨在帮助客户开发更加可持续的配方，并跟上全球监管发展的步伐。最新加入Valeras工具箱的是产品碳足迹数据，涵盖了它的许多抗氧化剂和光稳定剂产品。

巴斯夫帮助电缆制造商缆普公司（LAPP）改善了其Etherline FD P Cat.5e工业以太网电缆的碳足迹。缆普公司现在的产品护套使用的材料是巴斯夫标准的化石基TPU或生物基TPU Elastollan N。Elastollan N含有高达60%的来自玉米的可再生原材料。机械和化学性能、抗紫外线性以及可加工性都得以保留。

缆普公司的以太网电缆护套现在可以使用巴斯夫的部分可再生的Elastollan N TPU材料（图片来源：缆普公司）

该生物基产品实现了约15%的碳足迹改善。LAPP电缆产品开发主管Alexander Terpe表示：“使用以快速可再生的有机原材料制成的塑料是减少对化石基塑料需求的好方法，同时能减少我们产品的碳足迹。”

安配色（Ampacet）的ELTech色母粒系列是专门为满足电子和电气市场的需求而设计，包括电力、电信电缆应用。

安配色电子电气战略业务经理François Thibeau表示：“ELTech解决方案是我们多元化战略的一部分，将进一步丰富公司广泛的母粒产品组合，并打开新市场的大门。ELTech母粒是按照RAL颜色标准为电线电缆护套和连接器以及其他电气设备的着色而设计的。”

ELTech产品系列的载体树脂有PE、EVA和PBT，可与功能添加剂组合在一起为产品提供激光打标、紫外线稳定、阻燃、工艺稳定和工艺改进的功能。

该系列包括ELTech Orange 2003 PBT，这个牌号适用于高压PBT应用，如电动汽车中的高压PBT连接器和PBT电缆护套，它符合RAL 2003橙色颜色规范，据说在热应力下表现良好，并在热老化后颜色不变。

安配色新的ELTech色母粒系列包括RAL 2003橙色（图片来源：安配色）

高压直流输电方面的进展

北欧化工表示，其Borlink高压直流（HVDC）XLPE电缆改性材料技术已通过高达640kV的预认证，该材料为用户带来了许多好处，包括良好的电气性能以及能用最少的接头提供较长的长度。

迄今为止，使用该材料的电缆铺设长度超过8000km，包括中国江苏省的一个大型海上风电场项目和欧洲北海的几个海上项目。

目前正在进行的最大的Borlink HVDC项目是德国走廊，这里铺设了一系列的地下输电线路，目的是以最小的损耗输送可再生能源如来自海上风电场的电力。项目落成后，德国走廊能够将8GW的绿色能源从德国北部输送到南部。

Borlink HVDC输电绝缘技术通过预认证，该材料适用于高达625kV的应用（图片来源：北欧化工）

该项目的SuedLink和SuedOstLink段将使用由充分改性的Borlink HVDC电缆材料制成的绝缘XLPE地下电缆，运行电压为525 kV。SuedLink包括两个2GW的电力电缆系统，总长度超过2500km，SuedOstLink走廊的北段包括一个2GW电力电缆系统，长度约为500km。

-本文由荣格翻译自AMI《COMPOUNDING WORLD》

-排版：Caroline