高压电缆交联聚乙烯绝缘料黏度参数对挤出特性影响的研究

高压电缆交联聚乙烯（XLPE）绝缘料及其挤出成型技术是我国高压电缆生产的关键问题。绝缘料的黏度参数会影响其在单螺杆挤出机内包括挤出口流率和流道内熔体最高温度等的挤出特性，进而决定了高压电缆绝缘的成型质量和绝缘性能。通过仿真模拟可以得到不同黏度参数下的绝缘料挤出特性变化规律。进而可以根据实际电缆绝缘料挤出生产需求，提出绝缘料黏度参数的适宜范围，同时也为国产绝缘料的性能提升提供改进建议。

一、研究背景

随着高压电缆向更高电压等级、更长连续长度的方向发展，对XLPE绝缘料的挤出成型特性提出了更严苛的要求。绝缘层通过绝缘料熔体在单螺杆挤出机中熔融挤出成型，其黏度参数直接决定了高温剪切环境下的流变行为，进而影响挤出温度-压力分布、挤出速率、产量及绝缘层尺寸稳定性。掌握黏度参数对挤出流动行为的影响机制及调控方法，是提升绝缘成型质量与绝缘性能的关键技术瓶颈。

二、研究方法及创新点

1.绝缘料熔体挤出过程仿真

通过黏度曲线拟合获取绝缘料的黏度参数，建立单螺杆挤出过程的数值模型，模拟得到熔体温度分布场。仿真结果显示，熔体在螺杆剪切作用下温度持续升高，最高温度点位于螺棱与机筒间隙处——该区域剪切速率最大，黏度最低，黏性耗散生热显著，易形成局部高温热点。生产中需平衡高产率需求与局部过热风险，故选取挤出口流率与熔体最高温度作为挤出特性的核心评价指标。

2.不同黏度参数对挤出特性的影响

通过改变黏度参数，统计绝缘料在挤出过程中的最高温度和挤出口流率，得到零切黏度、松弛时间、幂律指数和温度系数对最高温度和挤出口流率的影响规律。结果表明，零切黏度和幂率指数与挤出口流率和最高温度的关系均为正相关，且零切黏度增大到一定值后挤出口流率不再明显增大而最高温度持续提升；松弛时间和温度系数与挤出口流率和最高温度的关系均为负相关，且温度系数较小挤出特性较好。

3.最高温度-挤出口流率曲线

将不同黏度参数影响下的挤出口流率和最高温度这两个挤出特性的变化规律总结如图所示。结果表明，零切黏度和松弛时间对挤出特性的影响最大，幂率指数次之，温度系数的影响最小。从整体上看，挤出口流率越大，对应的最高温度越高，反之都降低，高压电缆交联聚乙烯绝缘料黏度参数对挤出特性的影响作用为同步提升或降低。图中体现出两条虚线参考线，其中垂直参考线表示绝缘料挤出口流率不能低于的最小值，水平参考线是绝缘料不宜超过的最高温度值。处在两条参考虚线右下方的挤出口流率和最高温度则是理想的挤出特性范围，相对应的黏度参数可认为是高压电缆绝缘料适宜的黏度参数范围。

三、研究结论

本研究基于典型XLPE绝缘料的黏度参数，通过数值仿真系统分析了黏度参数对单螺杆挤出过程中挤出口流率与最高温度的影响规律，提出以最高温度-流率特性曲线综合表征黏度参数对挤出特性的影响。

研究发现：各黏度参数对挤出特性的影响具有同步性——流率增大必然伴随温度升高。零切黏度与松弛时间是主导因素，幂律指数次之，温度系数影响最小且呈线性关系。结合生产需求，明确了适宜的黏度参数范围，并提出国产绝缘料优化路径：优先调整低密度聚乙烯基料的相对平均分子量，优化分子量分布，适度增加长支链结构，以精准调控黏度参数，最终提升挤出成型特性与绝缘性能。