薄壁絕緣機(jī)車車輛電纜的改進(jìn)與研制

安徽華菱電纜集團(tuán)有限公司 康雪峰 潘國強(qiáng) 黃偉峰 朱學(xué)勇

1.引言

我國目前已對機(jī)車車輛、地鐵、輕軌等城市交通運(yùn)輸投入大量資金進(jìn)行升級換代或改造.以緩解交通運(yùn)輸和城市路面擁擠的狀況，但目前我國與其相匹配的電線電纜質(zhì)量參差不齊。

由于機(jī)車車輛電纜主要使用在通訊照明、電器、機(jī)車箱體之間的動(dòng)力連接等場所，這就要求機(jī)車車輛電纜具有耐高低溫、外徑小、重量輕、低煙無鹵阻燃電氣性能和機(jī)械物理性能優(yōu)異等特性要求，特別適用于升級換代、出口配套和要求高速重載的機(jī)車車輛、地鐵、輕軌等設(shè)備的動(dòng)力傳輸和各種控制系統(tǒng)。又由于該電纜均是采用稱之為“潔凈”的低煙無鹵材料為絕緣的，其主要是在火災(zāi)環(huán)境下燃燒產(chǎn)生很低的煙霧和微量的毒性氣體，從而為現(xiàn)場救援人員及內(nèi)部受災(zāi)人員創(chuàng)造了一個(gè)良好的生存和救護(hù)環(huán)境，同時(shí)又由于產(chǎn)生的鹵素很少，因此又減少了因火災(zāi)給精密儀器設(shè)備等造成的“二次災(zāi)害”，特別是像機(jī)車車輛、地鐵等這樣密閉性更強(qiáng)的環(huán)境，電纜的低煙無鹵特性尤為重要。

2.設(shè)計(jì)思路

基于機(jī)車車輛電纜性能的苛刻要求，傳統(tǒng)的絕緣加工工藝以及單一的電纜絕緣材料無法滿足要求，本文正是從絕緣的選材及加工工藝入手，目的是提升線纜的整體綜合性能，滿足耐高低溫、外徑小、重量輕、低煙無鹵、阻燃電氣性能和機(jī)械物理性能優(yōu)異等特性要求。

機(jī)車車輛電纜材料大多采用以高能電子射線對有機(jī)熱縮性材料進(jìn)行輻照而使其由線性高分子轉(zhuǎn)變成三維立體網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，即以熱塑性轉(zhuǎn)化為不溶熔的熱固態(tài)物質(zhì)，以使電線電纜的工作溫度由原來的70℃達(dá)到了125℃，短路抗過載溫度由原來的160℃達(dá)到了250℃。同時(shí)亦改善和提高了物理機(jī)械性能，又大大降低了電線電纜的成品外徑。輻照交聯(lián)方式可避免被化學(xué)交聯(lián)破壞低煙無鹵特性，是機(jī)車車輛、地鐵車輛等密閉性強(qiáng)的場所使用的最佳選擇方案。而目前國內(nèi)的絕緣材料普遍存在一個(gè)現(xiàn)象，即材料的電氣性能與機(jī)械物理性能往往難以平衡，滿足了電氣性能，機(jī)械物理性能就可能有所欠缺，滿足了機(jī)械物理性能，電氣性能就可能會(huì)有所折扣。主要體現(xiàn)在絕緣電阻、低煙無鹵性能、阻燃性能難以平衡。所以我們采用了材料性能優(yōu)化整合的方法，即采用雙層共擠擠塑設(shè)備，將兩種絕緣材料共擠使用。其兩種絕緣材料的性能各有千秋，通過雙層共擠設(shè)備，將其形成一個(gè)整體絕緣層，在材料性能上取長補(bǔ)短，提高絕緣的整體綜合性能，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

3.電纜性能指標(biāo)的確定

為了保證機(jī)車車輛電纜耐高低溫、外徑小、重量輕、低煙無鹵阻燃電氣性能和機(jī)械物理性能優(yōu)異等特性要求，應(yīng)滿足以下幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。

3.1 電纜的機(jī)械性能和電性能

符合GB/T12528-2008的要求。

3.2 電纜的透光率

按照GB/T17650.1-1998規(guī)定的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其透光率應(yīng)不低于80%。

3.3 電纜的阻燃性能

單根電纜垂直燃燒試驗(yàn)按GB/T18380.12-2008規(guī)定的條件下進(jìn)行，其試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)定要求；成束電纜燃燒試驗(yàn)按GB/T18380.36-2008規(guī)定的條件下進(jìn)行，其試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)定要求。

4.電纜材料指標(biāo)的確定

電纜材料的性能直接影響的電纜整體性能指標(biāo)。目前機(jī)車車輛電纜所有使用的材料絕大多數(shù)為輻照交聯(lián)材料，其耐溫等級、抗過載能力、物理機(jī)械性能、使用壽命等具有獨(dú)特的優(yōu)勢。該電纜絕緣的內(nèi)外層材料的性能指標(biāo)(輻照后)見表1。

表1 絕緣的性能指標(biāo)(輻照后)

兩種材料的性能指標(biāo)從表1的數(shù)據(jù)對比中可看出：

(1)內(nèi)層絕緣材料，主要體現(xiàn)在優(yōu)異的電氣性能、物理機(jī)械性能和燃燒時(shí)無煙性能。

(2)外層絕緣材料，主要體現(xiàn)在高氧指數(shù)，以提高線纜的阻燃性能。

5.樣品試制

例如一種機(jī)車車輛電纜(單芯1.5mm2)，絕緣的標(biāo)稱厚度0.3mm，試制三個(gè)試樣，分別采用三種絕緣擠出工藝：

表2 試驗(yàn)結(jié)果對比表

A試樣：采用絕緣X單層擠出；B試樣：采用絕緣Y單層擠出；C試樣：采用絕緣X+Y雙層擠出，內(nèi)層厚度(X絕緣)0.1mm，外層厚度(Y絕緣)0.2mm。

X和Y絕緣擠出溫度控制(℃)：1區(qū)140±10，2區(qū)150±10，3區(qū)150±10，法蘭150±10，機(jī)頭160±10，模套160±10。對這第三個(gè)試樣進(jìn)行同條件的型式試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

通過兩種材料的擠出溫度可看出，擠出溫度幾乎相當(dāng)，并且這兩種材料極性相同，根據(jù)相似相容原則，采用雙層共擠工藝，在擠出過程中兩種絕緣材料可緊密粘合，幾乎能做到“無縫連結(jié)”，杜絕空氣在兩層之間的存在，這對進(jìn)一步提高電纜的阻燃性能有很大的作用。

6.結(jié)束語

通過樣品的試制以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比表明，采用雙層共擠工藝能夠有效的體現(xiàn)兩種材料的獨(dú)特性能，取長補(bǔ)短，使得電纜具有優(yōu)異的電絕緣性能、阻燃性能、優(yōu)異的低煙無鹵性能，從而提高產(chǎn)品的綜合性能指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

[1]GB/T18380.36-2008.電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)第36部分:垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗(yàn)D類.