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如何预防铜导体氧化影响电缆质量

来源:电缆网 2014年01月03日 17:55

电线电缆生产过程中,铜导体氧化变色是个老大难问题,大家都知道,电缆的成本80%都在铜材,铜材本来就是比较贵重的金属,加上现在昂贵的加工成本和人工费用,一旦氧化之后,线缆企业的损失可想而知。而铜的氧化在加工行业中出现氧化的情况极为普遍,往往清洗烘干后几小时出现氧化变色,数日后起氧化渣,面对氧化过的铜,许多的线缆企业都会发愁,如何预防铜的氧化成了厂家急须解决的问题。

在电线电缆生产过程采取多种有效防护措施,能够降低电线电缆铜导体氧化变色程度。采取一些适当的措施可以减少甚至避免铜的氧化,比如:选用优质电解铜为原料,采用合适的铜杆加工工艺,使用含抗氧剂的拉丝油,连续退火工序使用抗氧剂;束绞线工序铜丝表面钝化处理;铜导体存放时,适当包裹隔离空气;绝缘材料使用过氧化物交联剂,使绝缘有较高的电极电位,保持铜导体处于被还原状态;尽量缩短铜丝的受热过程等等。

具体而言,防止电线电缆铜导体氧化变色的主要要从以下几个方面入手:首先是要对电解铜加工成铜杆的控制。

目前,电解铜加工成铜杆通常有上引法和连铸连轧法两种方法。上引法是将电解铜加入工频感应熔化炉,通电后感应加热达到熔化铜料的目的。熔化的铜液经过两炉之间的狭小的熔沟进入保温炉进行保温,而后由引杆机构利用结晶器冷却水冷却控制引出铜杆实现了铜杆的生产,铜杆冷却到室温后进入空气中,最后由收线机构将铜杆盘成圈供下一道工序使用。上引法整个生产过程实现在隔氧状态下的全过程生产,确保了产品的纯度与无氧,避免了铜杆的氧化,能够生产无氧铜杆。使用上引法生产的铜杆,电阻率低、结构密实、加工性能好、外观光洁、表面圆整、无氧化、无毛刺、无裂纹、无起皮及夹杂缺陷。 连铸连轧法是将电解铜加入熔化炉,熔化的铜液经过两炉之间的狭小的熔沟进入保温炉进行保温,而后通过连铸机、牵引机、滚剪机、校直刨角机、打毛机、连轧机、收杆装置生产成铜杆。高温熔化的铜在连铸时,表面与空气中的氧气接触,会形成氧化铜。虽然经后道连轧去除了部分外层氧化皮,但还有部分氧化皮轧进了铜杆中。连铸连轧生产过程中要使用抗氧剂的冷却液,可减少铜杆表面氧化变色。

铜杆拉丝的控制,铜杆拉制大规格的铜丝,一般使用连拉连退机组,要经过巨拉机拉丝、退火、冷却、烘干、收线过程。连续退火时,要注意蒸汽保护气体装置正常运行,要使用含有抗氧剂的拉丝乳化液,铜丝表面不得有残留的拉丝液,拉丝下盘后用塑料膜包裹好,存放在干燥的环境中,减少铜丝表面氧化变色。铜杆拉制小规格的铜丝一般要经过大拉机、中拉机再到小拉机,要使用含有抗氧剂的拉丝乳化液,铜丝表面不得有残留的拉丝液,拉丝下盘后用塑料膜包裹好,存放在干燥环境,再流转到后道工序退火。

铜丝退火工序的控制,铜丝经过多道拉丝延伸后,晶体结构发生变化,晶格畸变、错位产生内应力,表现为铜丝硬化,延伸率变小,导体电阻率上升。将铜丝缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜的缓慢冷却,对铜丝进行热处理即退火。目的是改善铜丝的塑性和韧性,晶格重新排列,消除内应力。目前,退火的方式有罐式退火和水封式管式连续退火。罐式退火的步骤是,铜丝装罐,封闭罐子,抽真空到-0.1 MPa,保持一定时间后,充氮气或二氧化碳到0.2-0.4 MPa,升温到规定温度,保温一定时间后,吊罐空气冷却,再吊水中冷却到常温后,放气出炉。要确保罐式退火高温下,全过程铜丝不与空气接触,冷却到室温出炉,能够有效防止铜丝氧化。

水封式管式连续退火是将铜丝直接在大功率加热管中走线,控制加热温度和走线速度达到退火目的。进线端开口,利用冷却水产生的蒸汽排出管内空气,使铜丝高温退火不氧化,出线端使用水封式,阻止空气进入。特别要提出的是冷却水中需增加抗氧剂,抗氧剂能在铜丝表面产生一层均匀的钝化膜,能保持铜丝表面光泽,不易氧化变色。退火的铜丝用塑料膜包裹好,存放在干燥的环境中。

铜丝束丝和绞线过程(简称束绞过程)的控制铜丝束绞前,若铜丝没有经过抗氧剂的钝化处理,可以在束绞丝工序补充处理。抗氧剂的配方是使用0.2% - 0.4%苯并三氮唑酒精溶液,将抗氧剂溶解在工业酒精中,用输液管滴入束绞丝中,滴入量以酒精能够湿润铜丝为准,滴入过多会飞到设备上造成浪费。同时,酒精溶液易挥发,能起润滑和冷却束绞线的作用,可防止紧压导体在铜绞线过拉拔模时温度升高而引起表面氧化。束绞导体下盘后用塑料膜包裹好,存放在干燥的环境中。

绝缘罐式硫化工序的控制传统的罐式硫化工艺,一般适用天然-丁苯胶绝缘,用秋兰姆(TMTD)硫化的绝缘橡皮,采用防老剂MB和DNP并用。防老剂MB在硫化过程中,能纯化铜表面,形成金黄色的化学较稳定的保护膜,防老剂DNP 是铜抑止剂,与活性铜离子形成稳定的螯合物。防老剂MB 和DNP 有协同效果,生产中导体用聚酯薄膜或丝棉纸(电缆隔离纸)作隔离层,绝缘线芯两端密封后再硫化,选用合适的硫化罐汽压,缩短硫化时间等。硫化后,束丝导体最外表面能形成金黄色的保护膜,束线内层会变红色,严重的变成黑褐色。束绞铜丝经过抗氧剂钝化处理,对一次硫化能改善铜丝外观质量,需要二次硫化不可避免还会出现铜丝变色问题。

热塑性塑料绝缘工序的控制。热塑性塑料绝缘正常情况下对铜丝氧化没有影响。电缆料中使用了劣质原辅材料,常规检测指标合格,但长期使用就会对铜丝造成损害。PVC绝缘的增塑剂,如DOP、DOS、邻苯二甲酸双十一酯、偏苯三酸三辛酯、氯化石蜡等存在游离酸离子析出,会腐蚀铜丝而氧化发黑,严重影响电缆性能。尽量不使用含有环氧大豆油电缆料,这种电缆料时间长久后表面会出油,铜丝会氧化变色,影响电缆产品质量。

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