橡套電纜如何避免銅絲發(fā)黑
橡套電纜是一種柔軟可移動的線纜產(chǎn)品，由多股細(xì)銅絲作為導(dǎo)體，外包橡膠絕緣和橡膠護(hù)套。通常地，橡套電纜主要包括通用橡套軟電纜、電焊機(jī)電纜、潛水電機(jī)電纜、無線電裝置電纜和攝影光源電纜五類。
在使用一段時(shí)間后，橡套電纜銅絲顏色往往會發(fā)黑。究其原因發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)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(jié)構(gòu)、護(hù)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(jì)五六十年代，我國國內(nèi)大多數(shù)廠家均使用普通銅桿(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(xì)的銅絲。因?yàn)殂~本身并非是無氧銅，在加工過程中銅絲表面難免會發(fā)生氧化。
二十世紀(jì)八十年代，我國引進(jìn)的先進(jìn)無氧銅桿生產(chǎn)技術(shù)，以及國內(nèi)自行研發(fā)的無氧銅桿工藝，使整個電線電纜行業(yè)開始使用無氧銅桿，大大地改善了銅絲發(fā)黑的問題。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芯存放條件惡劣，使銅線芯表面發(fā)生輕微的氧化。
二十世紀(jì)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(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)劑來提高硫化速度和硫化程度，確保絕緣橡皮的物理機(jī)械性能和電氣性能。但從絕緣橡皮的彈性、強(qiáng)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(fā)黑)。
實(shí)踐證明：TMTD無法解決銅絲發(fā)黑問題。同時(shí)，絕緣橡皮會有各種顏色，其中的紅、藍(lán)、黃、綠、黑是基本顏色，這些顏色的出現(xiàn)會促使橡皮發(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(jī)械性能比較差，電性能不好，還容易造成銅絲發(fā)黑。一些廠商用活性超細(xì)碳酸鈣來提高絕緣橡皮的物理機(jī)械性能，而活性鈣多數(shù)是用硬脂酸來處理的，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來延緩焦燒時(shí)間。從促進(jìn)劑ZDC的結(jié)構(gòu)看，是在TETD結(jié)構(gòu)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(fā)粘的重要原因。前蘇聯(lián)電纜科學(xué)研究院試驗(yàn)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%。眾所周知，即使微量銅也會對橡皮產(chǎn)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，秋蘭姆析出若干游離硫與銅反應(yīng)，形成活性含銅基團(tuán)。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(yīng)，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(fā)粘重現(xiàn)問題時(shí)指出：如果橡膠中含有有害的金屬，如銅、錳等重金屬鹽類，那么不管使用哪一種促進(jìn)劑，都會發(fā)生橡膠發(fā)粘現(xiàn)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討，前蘇聯(lián)科學(xué)家曾應(yīng)用放射性同位素證實(shí)了電纜護(hù)套橡膠中硫擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)約為10-6cm2/s。而在連續(xù)硫化的生產(chǎn)車間內(nèi)，硫化護(hù)套橡膠時(shí)溫度保持在185-200℃之間，使得硫擴(kuò)散系數(shù)更大。
橡套游離硫的擴(kuò)散，改變了秋蘭姆橡膠的結(jié)構(gòu)，可能形成多硫鍵。這些多硫化合物通過化學(xué)分解和化合實(shí)現(xiàn)遷移，即"化學(xué)擴(kuò)散"，不僅改變了絕緣橡皮的結(jié)構(gòu)，降低其耐熱性，而且與銅表面發(fā)生反應(yīng)，形成硫化銅、硫化亞銅，導(dǎo)致銅線發(fā)黑。同時(shí)，硫化銅和硫化亞銅也加速了橡膠的老化，導(dǎo)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(chǔ)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(guī)模的企業(yè)為了保證產(chǎn)量，在使用密煉機(jī)塑煉的同時(shí)還會加入少量的化學(xué)增塑劑(促進(jìn)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(shí)的溫度，出現(xiàn)140℃以上的高溫情況時(shí)，當(dāng)生膠在開煉機(jī)上緩慢通過滾筒，而上面的積膠由于受到熱氧和促進(jìn)劑M的同時(shí)作用，就會發(fā)現(xiàn)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(yán)重?cái)噫?，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(xù)硫化后，肉眼無法看出任何問題，但已經(jīng)為橡膠粘銅絲埋下了隱患，也就是說，這些小分子量橡膠將首先出現(xiàn)局部粘銅絲現(xiàn)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)在開煉機(jī)上加硫化劑，就是將裝有硫化劑的罐子倒入滾筒的中部，這無疑地導(dǎo)致了硫化劑中間多，兩邊少。當(dāng)硫化劑滲入橡皮中，翻三角的次數(shù)較少，會使硫化劑在橡料中分布不均勻。這樣在擠包連續(xù)硫化時(shí)，含硫化劑比較多的地方很容易出現(xiàn)銅絲發(fā)黑現(xiàn)象。時(shí)間一長，在發(fā)黑的地方還會出現(xiàn)橡皮粘銅絲的現(xiàn)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(xù)硫化管只有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(shí)間只有30秒。橡皮本身是熱的不良導(dǎo)體，絕緣線芯表面溫度大于190℃，當(dāng)溫度傳熱到與銅線接觸的里層橡皮時(shí)，又被銅線吸熱，銅線升溫到與里層橡皮溫度接近時(shí)，硫化的橡皮電線芯已經(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，絕緣橡皮就會硫化不足。為了達(dá)到足夠的硫化，促進(jìn)劑TMTD的用量(作硫化劑用)高達(dá)3.4%。但過量的硫化劑在硫化過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表面發(fā)黑的間接原因。
總之，解決銅線發(fā)黑的問題難度很大，從銅絲到橡皮的每一道工序都要認(rèn)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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