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橡套電纜如何避免銅絲發黑

2016-11-18 23:08:44      點擊:

  橡套電纜是一種柔軟可移動的線纜産品,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、無線電裝置電纜和攝影光源電纜五類。

  在使用一段時間後,橡套電纜銅絲顔色往往會發黑。究其原因發現:導緻橡套電纜銅絲發黑的原因有很多,除了和橡皮的材料配方有關外,還與銅絲本身所處的狀态、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産環境等諸多因素有關。

  二十世紀五六十年代,我國國内大多數廠家均使用普通銅杆(銅含量為99.99%,均為有氧銅杆),生産方法都是銅錠加熱後經多道壓延後制得黑色銅杆,在大、中、小拉後将銅杆制成比較細的銅絲。因為銅本身并非是無氧銅,在加工過程中銅絲表面難免會發生氧化。

  二十世紀八十年代,我國引進的先進無氧銅杆生産技術,以及國内自行研發的無氧銅杆工藝,使整個電線電纜行業開始使用無氧銅杆,大大地改善了銅絲發黑的問題。但由于對銅杆的加工,特别是韌煉工藝的掌握以及加工後銅線芯存放條件惡劣,使銅線芯表面發生輕微的氧化。

  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使銅線發黑,所以不得不使用一些能夠分解出遊離硫的化合物,如促進劑TMTD、硫化劑VA-7,同時還要配合硫化促進劑來提高硫化速度和硫化程度,确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說,加有硫磺的橡皮是最好的(暫且不考慮銅絲發黑)。

  實踐證明:TMTD無法解決銅絲發黑問題。同時,絕緣橡皮會有各種顔色,其中的紅、藍、黃、綠、黑是基本顔色,這些顔色的出現會促使橡皮發粘和銅絲發黑。配方中的主要填充劑是輕質碳酸鈣和滑石粉,但受價格因素影響,一些廠家為了降低成本,使用的是低價碳酸鈣和滑石粉。這些填充劑粒子粗、遊離堿的含量大、雜質多,所以物理機械性能比較差,電性能不好,還容易造成銅絲發黑。一些廠商用活性超細碳酸鈣來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處理的,這種酸也是促使銅絲發黑的原因。硫化劑VA-7的使用,可以改善銅絲發黑,但由于硫化程度不夠,橡皮的永久變形大,會造成橡皮發粘。特别是加入促進劑ZDC以後,提高了硫化速度,為了防止焦燒,還要加入促進劑DM來延緩焦燒時間。從促進劑ZDC的結構看,是在TETD結構中兩個相連接的硫中間接上一個金屬鋅。

  銅的催化、老化是橡皮發粘的重要原因。前蘇聯電纜科學研究院試驗證明:在硫化過程中,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%。衆所周知,即使微量銅也會對橡皮産生極大的破壞作用,這就是我們通常說的重金屬對橡膠的催化、老化。在絕緣硫化過程中,秋蘭姆析出若幹遊離硫與銅反應,形成活性含銅基團。在老化時,較弱的-S-S-鍵斷裂,形成活性含銅基Cu-S-。這一低分子鍊的組合與橡膠作用的同時還與氧發生反應,破壞橡膠的長鍵分子,使橡膠變軟變粘。法國橡膠研究院在研究發粘重現問題時指出:如果橡膠中含有有害的金屬,如銅、錳等重金屬鹽類,那麼不管使用哪一種促進劑,都會發生橡膠發粘現象。

  針對橡套電纜中硫磺向絕緣橡皮和銅線表面滲透的原因探讨,前蘇聯科學家曾應用放射性同位素證實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,遊離硫的擴散系數約為10-6cm2/s。而在連續硫化的生産車間内,硫化護套橡膠時溫度保持在185-200℃之間,使得硫擴散系數更大。

  橡套遊離硫的擴散,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化學分解和化合實現遷移,即"化學擴散",不僅改變了絕緣橡皮的結構,降低其耐熱性,而且與銅表面發生反應,形成硫化銅、硫化亞銅,導緻銅線發黑。同時,硫化銅和硫化亞銅也加速了橡膠的老化,導緻橡膠發粘。

  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,天然膠需要通過塑煉來提高橡膠的可塑性。有些上了規模的企業為了保證産量,在使用密煉機塑煉的同時還會加入少量的化學增塑劑(促進劑M)來提高塑性。但是如果沒有控制好塑煉溫度和生膠濾橡時的溫度,出現140℃以上的高溫情況時,當生膠在開煉機上緩慢通過滾筒,而上面的積膠由于受到熱氧和促進劑M的同時作用,就會發現橡膠表面好像塗了一層油,實際上是橡膠分子在化學增塑劑的促進下嚴重斷鍊,從而産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後期會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行連續硫化後,肉眼無法看出任何問題,但已經為橡膠粘銅絲埋下了隐患,也就是說,這些小分子量橡膠将首先出現局部粘銅絲現象。

  絕緣橡皮加硫化劑和促進劑的工藝也十分重要。一些小作坊企業在開煉機上加硫化劑,就是将裝有硫化劑的罐子倒入滾筒的中部,這無疑地導緻了硫化劑中間多,兩邊少。當硫化劑滲入橡皮中,翻三角的次數較少,會使硫化劑在橡料中分布不均勻。這樣在擠包連續硫化時,含硫化劑比較多的地方很容易出現銅絲發黑現象。時間一長,在發黑的地方還會出現橡皮粘銅絲的現象。

  絕緣橡皮硫化原因分析

  一些企業為了追求産量,連續硫化管隻有60米長,蒸汽壓力是1.3Mpa,而硫化速度要開到120米/分,這樣絕緣橡膠在管中的停留時間隻有30秒。橡皮本身是熱的不良導體,絕緣線芯表面溫度大于190℃,當溫度傳熱到與銅線接觸的裡層橡皮時,又被銅線吸熱,銅線升溫到與裡層橡皮溫度接近時,硫化的橡皮電線芯已經出硫化管了。這樣裡層橡皮溫度比較低,大約為170℃,停留隻有幾秒鐘就出硫化管,進入冷卻和收線,絕緣橡皮就會硫化不足。為了達到足夠的硫化,促進劑TMTD的用量(作硫化劑用)高達3.4%。但過量的硫化劑在硫化過程中放出的遊離硫也多,除供交聯橡膠分子外,還有多餘的遊離硫,從而又成為促使銅線表面發黑的間接原因。

  總之,解決銅線發黑的問題難度很大,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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