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          橡套電纜如何避免銅絲發(fā)黑

          發(fā)布日期:2020-03-06 作者:商丘凱瑞電氣設備有限公司

          橡套電纜是一種柔軟可移動(dòng)的線(xiàn)纜產(chǎn)品,由多股細銅絲作為導體,外包橡膠絕緣和橡膠護套。通常地,橡套電纜主要包括通用橡套軟電纜、電焊機電纜、潛水電機電纜、無(wú)線(xiàn)電裝置電纜和攝影光源電纜五類(lèi)。


          在使用一段時(shí)間后,橡套電纜銅絲顏色往往會(huì )發(fā)黑。究其原因發(fā)現:導致橡套電纜銅絲發(fā)黑的原因有很多,除了和橡皮的材料配方有關(guān)外,還與銅絲本身所處的狀態(tài)、橡膠加工工藝、橡膠硫化工藝、電纜的結構、護套橡膠配方以及生產(chǎn)環(huán)境等諸多因素有關(guān)。


          二十世紀五六十年代,我國國內大多數廠(chǎng)家均使用普通銅桿(銅含量為99.99%,均為有氧銅桿),生產(chǎn)方法都是銅錠加熱后經(jīng)多道壓延后制得黑色銅桿,在大、中、小拉后將銅桿制成比較細的銅絲。因為銅本身并非是無(wú)氧銅,在加工過(guò)程中銅絲表面難免會(huì )發(fā)生氧化。


          二十世紀八十年代,我國引進(jìn)的先進(jìn)無(wú)氧銅桿生產(chǎn)技術(shù),以及國內自行研發(fā)的無(wú)氧銅桿工藝,使整個(gè)電線(xiàn)電纜行業(yè)開(kāi)始使用無(wú)氧銅桿,大大地改善了銅絲發(fā)黑的問(wèn)題。但由于對銅桿的加工,特別是韌煉工藝的掌握以及加工后銅線(xiàn)芯存放條件惡劣,使銅線(xiàn)芯表面發(fā)生輕微的氧化。


          二十世紀五十年代,橡膠絕緣均采用天然膠和丁苯膠并用配方。由于絕緣橡皮直接與銅線(xiàn)接觸,不能直接使用硫磺作硫化劑,即使使用很少的硫磺也會(huì )使銅線(xiàn)發(fā)黑,所以不得不使用一些能夠分解出游離硫的化合物,如促進(jìn)劑TMTD、硫化劑VA-7,同時(shí)還要配合硫化促進(jìn)劑來(lái)提高硫化速度和硫化程度,確保絕緣橡皮的物理機械性能和電氣性能。但從絕緣橡皮的彈性、強力和永久變形性能角度來(lái)說(shuō),加有硫磺的橡皮是比較好的(暫且不考慮銅絲發(fā)黑)。

          實(shí)踐證明:TMTD無(wú)法解決銅絲發(fā)黑問(wèn)題。同時(shí),絕緣橡皮會(huì )有各種顏色,其中的紅、藍、黃、綠、黑是基本顏色,這些顏色的出現會(huì )促使橡皮發(fā)粘和銅絲發(fā)黑。配方中的主要填充劑是輕質(zhì)碳酸鈣和滑石粉,但受價(jià)格因素影響,一些廠(chǎng)家為了降低成本,使用的是低價(jià)碳酸鈣和滑石粉。這些填充劑粒子粗、游離堿的含量大、雜質(zhì)多,所以物理機械性能比較差,電性能不好,還容易造成銅絲發(fā)黑。一些廠(chǎng)商用活性超細碳酸鈣來(lái)提高絕緣橡皮的物理機械性能,而活性鈣多數是用硬脂酸來(lái)處理的,這種酸也是促使銅絲發(fā)黑的原因。硫化劑VA-7的使用,可以改善銅絲發(fā)黑,但由于硫化程度不夠,橡皮的永久變形大,會(huì )造成橡皮發(fā)粘。特別是加入促進(jìn)劑ZDC以后,提高了硫化速度,為了防止焦燒,還要加入促進(jìn)劑DM來(lái)延緩焦燒時(shí)間。從促進(jìn)劑ZDC的結構看,是在TETD結構中兩個(gè)相連接的硫中間接上一個(gè)金屬鋅。

          銅的催化、老化是橡皮發(fā)粘的重要原因。前蘇聯(lián)電纜科學(xué)研究院試驗證明:在硫化過(guò)程中,銅從與橡膠接觸處滲入到絕緣橡膠中,1.0-2.0mm厚度的絕緣橡皮含銅0.009-0.0027%。眾所周知,即使微量銅也會(huì )對橡皮產(chǎn)生極大的破壞作用,這就是我們通常說(shuō)的重金屬對橡膠的催化、老化。在絕緣硫化過(guò)程中,秋蘭姆析出若干游離硫與銅反應,形成活性含銅基團。在老化時(shí),較弱的-S-S-鍵斷裂,形成活性含銅基Cu-S-。這一低分子鏈的組合與橡膠作用的同時(shí)還與氧發(fā)生反應,破壞橡膠的長(cháng)鍵分子,使橡膠變軟變粘。法國橡膠研究院在研究發(fā)粘重現問(wèn)題時(shí)指出:如果橡膠中含有有害的金屬,如銅、錳等重金屬鹽類(lèi),那么不管使用哪一種促進(jìn)劑,都會(huì )發(fā)生橡膠發(fā)粘現象。


          針對橡套電纜中硫磺向絕緣橡皮和銅線(xiàn)表面滲透的原因探討,前蘇聯(lián)科學(xué)家曾應用放射性同位素證實(shí)了電纜護套橡膠中硫擴散的可能性。以天然橡膠為基的硫化膠中,在130-150℃的溫度下,游離硫的擴散系數約為10-6cm2/s。而在連續硫化的生產(chǎn)車(chē)間內,硫化護套橡膠時(shí)溫度保持在185-200℃之間,使得硫擴散系數更大。


          橡套游離硫的擴散,改變了秋蘭姆橡膠的結構,可能形成多硫鍵。這些多硫化合物通過(guò)化學(xué)分解和化合實(shí)現遷移,即"化學(xué)擴散",不僅改變了絕緣橡皮的結構,降低其耐熱性,而且與銅表面發(fā)生反應,形成硫化銅、硫化亞銅,導致銅線(xiàn)發(fā)黑。同時(shí),硫化銅和硫化亞銅也加速了橡膠的老化,導致橡膠發(fā)粘。


          橡料加工工藝的好壞,主要取決于天然膠和丁苯膠并用為基礎的絕緣配方。其中,天然膠需要通過(guò)塑煉來(lái)提高橡膠的可塑性。有些上了規模的企業(yè)為了保證產(chǎn)量,在使用密煉機塑煉的同時(shí)還會(huì )加入少量的化學(xué)增塑劑(促進(jìn)劑M)來(lái)提高塑性。但是如果沒(méi)有控制好塑煉溫度和生膠濾橡時(shí)的溫度,出現140℃以上的高溫情況時(shí),當生膠在開(kāi)煉機上緩慢通過(guò)滾筒,而上面的積膠由于受到熱氧和促進(jìn)劑M的同時(shí)作用,就會(huì )發(fā)現橡膠表面好像涂了一層油,實(shí)際上是橡膠分子在化學(xué)增塑劑的促進(jìn)下嚴重斷鏈,從而產(chǎn)生比較軟粘的較小分子量橡膠。這些較小分子量橡膠雖然在工藝后期會(huì )與丁苯膠并用混煉出絕緣橡料,均勻地分散在膠料中。膠料擠包在銅絲上進(jìn)行連續硫化后,肉眼無(wú)法看出任何問(wèn)題,但已經(jīng)為橡膠粘銅絲埋下了隱患,也就是說(shuō),這些小分子量橡膠將首先出現局部粘銅絲現象。


          絕緣橡皮加硫化劑和促進(jìn)劑的工藝也十分重要。一些小作坊企業(yè)在開(kāi)煉機上加硫化劑,就是將裝有硫化劑的罐子倒入滾筒的中部,這無(wú)疑地導致了硫化劑中間多,兩邊少。當硫化劑滲入橡皮中,翻三角的次數較少,會(huì )使硫化劑在橡料中分布不均勻。這樣在擠包連續硫化時(shí),含硫化劑比較多的地方很容易出現銅絲發(fā)黑現象。時(shí)間一長(cháng),在發(fā)黑的地方還會(huì )出現橡皮粘銅絲的現象。

          絕緣橡皮硫化原因分析


          一些企業(yè)為了追求產(chǎn)量,連續硫化管只有60米長(cháng),蒸汽壓力是1.3Mpa,而硫化速度要開(kāi)到120米/分,這樣絕緣橡膠在管中的停留時(shí)間只有30秒。橡皮本身是熱的不良導體,絕緣線(xiàn)芯表面溫度大于190℃,當溫度傳熱到與銅線(xiàn)接觸的里層橡皮時(shí),又被銅線(xiàn)吸熱,銅線(xiàn)升溫到與里層橡皮溫度接近時(shí),硫化的橡皮電線(xiàn)芯已經(jīng)出硫化管了。這樣里層橡皮溫度比較低,大約為170℃,停留只有幾秒鐘就出硫化管,進(jìn)入冷卻和收線(xiàn),絕緣橡皮就會(huì )硫化不足。為了達到足夠的硫化,促進(jìn)劑TMTD的用量(作硫化劑用)高達3.4%。但過(guò)量的硫化劑在硫化過(guò)程中放出的游離硫也多,除供交聯(lián)橡膠分子外,還有多余的游離硫,從而又成為促使銅線(xiàn)表面發(fā)黑的間接原因。

          總之,解決銅線(xiàn)發(fā)黑的問(wèn)題難度很大,從銅絲到橡皮的每一道工序都要認真對待,才能取得較好的效果。尤其是要注重膠種選擇和硫化體系的采用。


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