軌道交通用電纜護(hù)套“刮白”產(chǎn)生的原因分析與質(zhì)量改進(jìn)

曾 軒

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

軌道交通用電纜護(hù)套“刮白”產(chǎn)生的原因分析與質(zhì)量改進(jìn)

曾 軒

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

為解決軌道交通用電纜護(hù)套“刮白”問(wèn)題，從護(hù)套材料組成的角度分析了護(hù)套“刮白”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，提出了調(diào)整材料中阻燃劑粒徑及其分布、添加適量表面活性劑或偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑進(jìn)行表面處理、提高絕緣和護(hù)套交聯(lián)程度、添加恰當(dāng)?shù)姆拦蝹鷦┖瓦m當(dāng)提高材料硬度等質(zhì)量改進(jìn)方案。

軌道交通用電纜；護(hù)套；刮白

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)軌道交通的快速發(fā)展，與其配套的電線電纜產(chǎn)品需求也與日俱增。從起步之初幾乎全部采購(gòu)進(jìn)口電纜到現(xiàn)在大量使用國(guó)產(chǎn)電纜，國(guó)產(chǎn)的軌道交通車輛用電纜已逐漸取代進(jìn)口電纜產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于標(biāo)準(zhǔn)要求電纜護(hù)套材料為低煙無(wú)鹵阻燃材料，為了達(dá)到一定的阻燃效果，材料中需要添加相當(dāng)量的白色粉末狀無(wú)鹵阻燃劑。電纜在生產(chǎn)、運(yùn)輸及使用的過(guò)程中，不可避免地會(huì)相互產(chǎn)生摩擦或者受到硬物的摩擦，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)白色刮痕，被業(yè)內(nèi)稱為“刮白”，對(duì)電纜的外觀質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響［1］。因此，如何提高電纜的耐刮磨性能是一個(gè)非常重要且亟待解決的問(wèn)題。

1 軌道交通用電纜現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

目前，軌道交通用電纜的常用標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 軌道交通用電纜的常用標(biāo)準(zhǔn)

2 電纜護(hù)套“刮白”產(chǎn)生的常見工序

電纜護(hù)套“刮白”現(xiàn)象主要發(fā)生在以下工序：

（1）在護(hù)套擠出時(shí)，電纜經(jīng)過(guò)導(dǎo)線輪，當(dāng)導(dǎo)線輪表面有損傷或轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢時(shí)，容易產(chǎn)生“刮白”現(xiàn)象；

（2）在輻照工序中，電纜在輻照設(shè)備內(nèi)穿行時(shí)，如牽引張力過(guò)大容易造成護(hù)套“刮白”；

（3）在下線、搬運(yùn)和布線中特別是需要穿管拖曳時(shí)，都有可能造成電纜護(hù)套“刮白”。

總之，在所有可能發(fā)生相互摩擦或和外物碰撞的地方均有可能導(dǎo)致電纜護(hù)套“刮白”的產(chǎn)生。這種刮擦痕跡雖然較輕微時(shí)可以擦除，通常也不會(huì)影響到電纜的使用性能，但影響了電纜外觀質(zhì)量。對(duì)于電纜外觀質(zhì)量要求特別嚴(yán)格的場(chǎng)合，這種情況很難獲得客戶的認(rèn)可。

3 電纜護(hù)套“刮白”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析

3.1 電纜護(hù)套的材料組成

軌道交通用電纜護(hù)套材料的主要基料為乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）。由于在分子鏈段中引入了極性基團(tuán)（乙酸酯），提高了分子鏈的柔韌性、耐沖擊性、熱密封性及與填料的相容性，因此EVA材料在較寬的溫度范圍內(nèi)具有良好的柔韌性、耐沖擊強(qiáng)度和耐環(huán)境應(yīng)力開裂等性能。在EVA基料的基礎(chǔ)上，添加增塑劑、阻燃劑、防老劑和交聯(lián)劑等配合材料，共同組成混合物配方，并通過(guò)混煉工序制成適合擠出的顆?；蚰z片。

3.2 “刮白”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

EVA的分子主要由碳、氫原子組成，材料本身為易燃物質(zhì)。為了達(dá)到阻燃效果，電纜生產(chǎn)廠家在材料配方中添加了較多的無(wú)鹵阻燃劑。目前使用的無(wú)鹵阻燃劑主要為氫氧化鋁和氫氧化鎂，這類阻燃劑多為白色粉末狀物質(zhì)，若電纜表面受到摩擦后很容易出現(xiàn)白痕。

此外，客戶方通常希望電纜具有一定的彎曲性能，為確保線纜的柔軟性，電纜生產(chǎn)廠家使用的材料相對(duì)較軟，而一般軟質(zhì)材料本身就容易受到摩擦而損傷。同時(shí)電纜在生產(chǎn)和使用過(guò)程中都難以避免會(huì)發(fā)生摩擦，嚴(yán)重時(shí)便會(huì)出現(xiàn)白痕。電纜受到摩擦前后護(hù)套表面的對(duì)比照片如圖1所示。圖1右側(cè)為刮磨前的電纜，表面完好，左側(cè)為刮磨后的電纜，表面出現(xiàn)白色痕跡。

圖1 電纜刮磨前后護(hù)套表面的對(duì)比照片

4 電纜“刮白”現(xiàn)象的解決方案

4.1 調(diào)整阻燃劑粒徑及其分布

現(xiàn)材料配方中使用的阻燃劑如氫氧化鎂、氫氧化鋁等，粒徑約為1～5μm。一般情況下，阻燃劑的粒徑越小，分布越窄，生產(chǎn)出來(lái)的護(hù)套材料的性能會(huì)越好。通過(guò)試驗(yàn)，采用0.1～1μm粒徑的阻燃劑對(duì)電纜刮磨產(chǎn)生的白色刮痕有較好的改善作用。

4.2 添加適量表面活性劑或偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑進(jìn)行表面處理

氫氧化鎂、氫氧化鋁作為無(wú)機(jī)阻燃劑，雖然無(wú)毒、不揮發(fā)、價(jià)廉、阻燃，以及在燃燒時(shí)無(wú)二次污染物，但是其添加量必須在50%以上時(shí)，才能充分發(fā)揮阻燃效果。這么高的填充量勢(shì)必影響高聚物與無(wú)機(jī)填料的相容性和力學(xué)性能，因?yàn)闊o(wú)機(jī)填料和有機(jī)高聚物在物理形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)上極不相同，兩者親和性差。如果直接填充，會(huì)造成分散不均，而且粒徑較大者還會(huì)成為復(fù)合材料的應(yīng)力集中點(diǎn)，成為材料的薄弱環(huán)節(jié)，這樣不僅會(huì)限制填充劑在聚合物中的添加量，而且還會(huì)嚴(yán)重影響到電纜性能［2］，并會(huì)造成電纜“刮白”現(xiàn)象的產(chǎn)生。

為改善聚烯烴類材料與氫氧化鋁、氫氧化鎂的界面親合力，一般加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┗蚺悸?lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑進(jìn)行表面處理，進(jìn)而達(dá)到有效提高材料的阻燃性、改善材料的擠出加工性能、提高電纜的電氣性能和降低電纜生產(chǎn)成本的目的。常用的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑。

4.3 提高絕緣和護(hù)套的交聯(lián)程度

絕緣和護(hù)套材料經(jīng)交聯(lián)后，材料分子結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料性能得到了優(yōu)化。交聯(lián)度是衡量材料交聯(lián)程度的指標(biāo)，交聯(lián)度越高，也就是單位體積內(nèi)的交聯(lián)鍵越多，材料交聯(lián)越充分，分子間結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，材料性能如抗拉強(qiáng)度、耐油性能等越好。

經(jīng)試驗(yàn)，交聯(lián)度與電纜產(chǎn)品表面摩擦效果的關(guān)系見表2。由表2可以看出，電纜交聯(lián)度越低，電纜表面受到摩擦后白色痕跡越明顯，也就是越容易產(chǎn)生“刮白”。當(dāng)交聯(lián)度在96%以上時(shí)，材料分子間結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，可有效提高電纜的耐刮磨性。

表2 材料交聯(lián)度與電纜表面摩擦效果的關(guān)系

4.4 添加合適的防刮傷助劑

在材料中添加防刮傷助劑，降低材料表面的摩擦系數(shù)，可提高電纜的耐刮磨性。關(guān)鍵在于尋找到合適的防刮傷助劑，既能與材料中的其他組份有效結(jié)合，又能在不影響其他性能的前提下，提高電纜的耐刮磨性。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分防刮傷助劑添加后能提高耐刮磨性，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電纜表面會(huì)析出一些白色物質(zhì)，但可擦除，電纜生產(chǎn)廠家習(xí)慣稱之為“噴霜”，這是由于其中一些不穩(wěn)定的小分子物質(zhì)在一定的溫度和濕度環(huán)境下析出在電纜表面，雖然不影響電纜性能，但會(huì)影響電纜外觀質(zhì)量，這也是我們不希望看到的。目前，電纜生產(chǎn)廠家及材料供應(yīng)商都在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)工作，研究添加何種恰當(dāng)?shù)姆拦蝹鷦?/p>

4.5 適當(dāng)提高材料硬度

適當(dāng)提高材料硬度，對(duì)解決電纜“刮白”問(wèn)題有一定幫助。雖然大部分的客戶都希望電纜越柔軟越好，但現(xiàn)行電纜標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電纜柔軟性并沒有提出衡量的指標(biāo)，所以電纜的柔軟性可以根據(jù)客戶要求和電纜的使用狀況綜合決定。電纜生產(chǎn)廠家認(rèn)為在不影響電纜的使用、安裝、維護(hù)和敷設(shè)的前提下，可適當(dāng)提高護(hù)套材料的硬度。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了軌道交通用電纜護(hù)套“刮白”現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，提出了相應(yīng)的改善措施。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，能提高電纜的耐刮磨性能，有效解決護(hù)套“刮白”問(wèn)題。

［1］ 王林，李玉虎，程慶，等.無(wú)鹵阻燃電線電纜料的耐刮擦性能研究［J］.合成材料老化與應(yīng)用，2014，43（6）：15-19.

［2］ 侯海良，高海峰.環(huán)保型電線電纜材料的現(xiàn)狀及發(fā)展思考［J］.電線電纜，2006（3）：1-3.

Causal Analysis and Quality Im provement of the“Scraping W hite”of Cable Sheath for Rail Transit

ZENG Xuan
（Zhuzhou CRRC Times Electric Co.，Ltd.，（TEC），Zhuzhou 412001，China）

In order to solve the problem of rail transit for cable sheath“scraping white”，from the perspective of the sheath material produced“scraping white”phenomenon，put forward to adjust the flame retardantmaterial particle size and its distribution，adding surfactant or coupling agent to improve the inorganic flame retardant surface treatment，improve insulation and sheath crosslinking the degree and quality of anti scratch and add appropriate additives to increase the hardness of cable“scraping white”phenomenon of appropriate improvement scheme.

cable for rail transit；sheath；scraping white

TM246.9

：A

：1672-6901（2016）06-0027-03

2016-07-06

曾 軒（1976-）男，高級(jí)工程師.

作者地址：湖南株洲市石峰區(qū)田心高科園時(shí)代電氣物流中心［412001］.