轨道交通用无卤低烟阻燃直流软电缆试制总结

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 轨道交通用无卤低烟阻燃直流软电 缆试制总结 【摘 要】介绍轨道交通用无卤 低烟阻燃直流软电缆的产品设计和技术 要求，尤其对制造过程中的关键技术和 可能产生的问题进行了分析，并提出解 决的方法。 中国论文网 /5/view-5005422.htm 【关键词】轨道交通；无卤低烟 阻燃；直流；关键技术 一、前言 该项目研究的无卤低烟阻燃直流 软电缆（包括正极电缆和负极电缆）主 要作为轨道交通牵引供电系统直流 1500V 馈电及回路用途电缆。采用弹性 体材料作为电缆的绝缘护套材料，使电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 缆柔软，便于安装和维修。采用现代电 缆材料技术，使电缆结构简单，集无卤 低烟阻燃、耐晒、耐油、防水、防鼠等 功能于一身是该电缆设计的特点。 众说周知，经济飞速发展的今天， 国际化大都市都拥有了地铁和轻轨设施， 轨道交通在城市经济生活中起着重要的 作用，发达国家的轨道交通的发展建设 已有上百年的历史，各方面都积累了许 多经验，并不断完善和规范化，更注重 使用中的方便和安全性，特别是防火方 面非常重要。 中国是发展中国家，轨道交通建 设起步较晚，但发展迅猛。北京、上海、 广州等地在成功运行的基础上，仍在扩 建地铁。南京、重庆、深圳、长春、沈 阳、大连等地，也相继投建，可以预见 城市轨道交通设施建设在我国会有大发 展，并且，发展势头强劲。 根据地铁和轻轨工程建设的需要， 电缆是不可缺少的配套产品，主要品种 是低卤低烟和无卤低烟的交联聚乙烯绝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 缘阻燃及耐火电缆。为了适应轨道交通 工程造价不断降低和安全性不断提高的 需要，人们研究了结构更简单、更柔软 的电缆。如意大利 pirelli 公司为香港地 铁成功提供了乙丙橡皮绝缘的直流牵引 电缆，深受用户的欢迎。我厂于 2001 年 5 月提出了轻轨交通用无卤低烟直流 软电缆的研制任务，随即进行了配方研 究、结构设计、标准制定、样品试制和 检验等一系列工作。经过几个月的努力， 试制任务顺利完成，试制的样品为 ZRA-GJXEG-C DC1800V 1500mm2 正 极电缆和 ZRA-GJXG-C DC300V 170mm2 负极电缆各 500 米。经我厂 质检中心和国家电线电缆质检中心的检 测，性能达到标准要求。 该电缆的试制成功，填补了国内 空白，也为我厂轨道交通电缆系列化增 加了品种。我们将为国内外用户提供更 安全、更方便的产品，满足城市建设需 要。 二、产品设计和技术要求 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 电缆的设计主要以 IEC 标准为基 本依据，如电气性能、机械性能、阻燃 性能和基本结构等，同时参照了 pirrelli 公司提出的技术规范。部分参照了 BS 标准。在此基础上，制定了我厂的企业 标准 Q/SL.J02.302-2001。 1、电缆结构 正极电缆为单芯，绝缘层和护套 层，额定电压为直流 1800V。导体采用 多股镀锡铜绞线，符合 GB/T3956 表 3 要求，绝缘材料为乙丙橡皮，基本性能 满足 IEC60502 的规定，绝缘为红色， 护套材料为交联型 EVA，基本性能满 足 IEC92-359 中的 SHF2 的要求，护套 为黑色。 负极电缆为单芯，单层护套（兼 绝缘功能） ，工作电压为 300V，导体结 构同正极电缆，护套为交联型 EVA， 基本性能满足 IEC92-359 中的 SHF2 的 要求，同时其电阻常数达到 10M.km。 2、电缆的性能 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 电缆导体的最高额定温度 90， 最小弯曲半径可达到 6D，除满足电缆 一般功能外，还具有以下特性： 1）无卤低烟阻燃，满足 IEC60754-2， IEC61034，IEC60332-3A 的要求。 2）耐油性，其护套耐油满足 IEC 等标准规定的耐矿物油的试验，试 验条件 10024h。 3）耐晒性，通过 GB14049 规定 的试验，时间为 504h。 4）具有一定的防潮性和防鼠性 功能。 5）柔软性，弯曲半径小，便于 安装和维修。 6）与交联聚乙烯绝缘电缆比较 结构简单，综合性能要求高，见下表 以 1150mm2 电缆为例，列表说 明 XLPE 绝缘与 EPR 绝缘直流牵引电 缆的区别。 3、材料的设计 1）绝缘材料 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 采用三元乙丙橡胶作为绝缘配方 的基料以保证电气性能、耐热性、耐臭 氧性等。乙丙胶的抗吸水性能很好。为 了使成品电缆达到高阻燃性，我们添加 无机金属氢氧化铝 AL（OH）3 作为无 卤阻燃剂。阻燃剂的加入会使电气性能 和机械性能下降，因此必须合理选择并 进行必要的表面处理，解决好绝缘电阻 和阻燃性能的矛盾，使其在保证 Ki3670M.km 的同时，具有尽可能好 的阻燃性。另外，电缆生产过程中绝缘 混合胶料与护套同时挤出，其流动性应 与护套匹配，合适的门尼粘度能更有效 地避免工艺上出现的偏芯。 2）护套材料 护套配方的主要成分是 EVA 基 料和无机阻燃剂 Mg（OH）2。EVA 具 有较好填充性、耐油性、耐热、耐光、 柔软等性能。为了达到良好的阻燃性和 耐油性，并具有一定的弹性，选择较高 EVA 含量为宜。护套也进行硫化， EVA 交联后，机械强度、热性能、耐 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 候性、耐油性显著提高，这里硫化系统 选择 DCP 和 TAC 并用。 阻燃剂 Mg（OH）2 在配方中起 着高阻燃、消烟作用，但又使得护套的 机械强度和工艺性能达到技术要求非常 困难。因此，对 Mg（OH）2 的粒度及 其分布、含量成分、表面改性，协调阻 燃处理等，提出了较高的要求。选择的 Mg（OH）2 的粒度在 1250 目以上细度， 含量大于 94%，表面用硅烷和硬脂酸活 化处理。同时并用高效协同阻燃剂以达 到燃烧时吸热，隔氧，成壳等阻燃效果。 耐晒性主要是防止紫外线照射对 聚合物产生的光老化。关于配方的防水 防潮处理，由于配方中使用大量的 Mg（OH）2 为易吸水材料，因此必须 选择必要疏水添加剂，如高熔点蜡，铅 的化合物，硅的化合物等。 防鼠处理也是通过配方解决的， 一般认为防鼠方法包括物理法和化学法。 物理法是靠材料的硬度和几何尺寸，使 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 老鼠不容易咬坏电缆，化学法是靠加入 某些化学品达到毒死（也叫击毙）或驱 逐效果。这里我们选择的驱避剂是一项 新成果，即所用的驱避剂对老鼠的舌头 有强烈的刺激作用，舔后就不会再吃， 并且，该驱避剂对人体无害。试验表明， 效果较好。 着色剂的选择，我 们采用了耐热、耐晒的有机化合物。 三、关键技术及难点 1、该项目研究的电缆结构比较 简单。前面谈到，与 XLPE 绝缘电缆比 较，XLPE 电缆是采用绕包金属带护层 来防鼠，采用挤包内护套和绕包阻水带 来防水防潮，绕包多层无卤阻燃带来阻 燃，电缆结构较复杂，而后者在要求柔 软的前提下，采用了简单的结构，防水、 防鼠、防晒、无卤低烟阻燃、耐油、耐 热等多功能都要由护套承担。所以护套 配方设计是最关键技术和难点。 2.样品试制过程中，混炼、连硫 工艺易出现滚压粘辊、挤出喂料不稳， 红护套长时间受热褪色，模口压力不均 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 易造成偏芯等难点问题，所以必须严格 控制混炼时间，喂料胶条的几何尺寸、 连硫工艺的温度和速度等。 3.防鼠剂试验。由于没有防鼠试 验标准，所以防鼠效果测试无法进行。 以前该驱鼠剂在 PP、PE、PVC 等塑料 中做过动物试验，效果较明显，但在硫 化型无卤阻燃 EVA 护套中是否有效果， 我们认为是有效的。因为驱鼠剂是熔点 70-80 ，沸点300 的晶状物，化学 稳定性较好，在工艺中几乎不发生任何 化学反应。我们进行的相关试验，主要 是考核驱鼠剂的加入是否对其它性能产 生影响，结果是几乎没有影响。 四、试验结果及分析 1.工艺过程 镀锡导体绞合绕包隔离带 多层绝缘和护套连硫一次挤出硫化成 品检验包装入库。 工艺过程易出现的问题： 1）护套胶混炼，由于 EVA 原料 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 为颗粒状，Mg（OH）2 为粉状物且添 加量较大，所以吃料较慢，混炼胶滚压 时间长，易粘辊，所以必须控制好混炼 的温度和时间。 2）连硫挤出工艺是在多层连硫 机组进行的，成品表面光滑圆整。工艺 中应严格控制温度、线速、螺杆转数、 喂料等环节，否则会出现褪色、外径不 均或偏芯等。 2.成品电缆样品测试结果及分析 这里例举主要性能结果，并进行 比较，以 1150mm2 正极电缆为例（见 表） 测试结果分析 1）电缆结构尺寸及外观符合设 计要求，但由于样品长度有限，有个别 处有偏芯和厚度较大。另外，绞合导体 的外径与 Pirrelli 公司产品比较偏大，其 原因是束线和复绞线的绞合方向以及节 距比控制等方面存在差距，对于多股绞 合软线来说，国外大多采用束线和复绞 同向的方法，使外径尺寸减少。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 2）成品电气性能满足设计要求。 正极电缆绝缘材料的击穿强度为 28MV/mm，所以能保证顺利通过 7.5kV5min 交流耐压试验。绝缘电阻 换算的 Ki 值为 5830 M.km，基本达到 Pirrelli 公司指标水平。护套的外观颜色 较好。负极电缆耐压 1.5kV/5min 通过。 Ri 值为 19M.km，远远大于 Pirrelli 公 司的 0.75M.km，但耐晒色牢度应进一 步试验。 3）机械性能。乙丙绝缘的机械 性能优异，与标准和 Pirrelli 比较，有较 大的余度。机械性能作为无卤阻燃性护 套材料，应该说是很好的。但与 Pirrelli 的指标比较，断裂伸长率和抗撕裂强度 有一定差距，我们认为，断裂伸长率达 到 250%，断裂强度达到 5.0N/mm，对 于无卤阻燃护套材料来说有一定难度。 4）燃烧特性。成品电缆分别按 IEC60332-3A 类，IEC60754-2 和 IEC61034 进行成束燃烧、无卤性和烟 浓度试验。护套进行了氧指数的测试， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 结果表明符合标准。 5）关于防鼠剂，它对其它性能 影响不大，没有因为加入防鼠剂而影响 了总体设计要求，说明应用是可行的。 6）关于防水试验，我们专门制 定的标准，室温浸水 72h，试验通过。 另外，在护套配方试验中，我们曾进行 比较，用吸水量考核配方疏水的效果。 性能优良。 7）人工气候老化试验说明，耐 紫外光照射性能达到设计要求。 8）关于电缆的弯曲性能，我们 用 6 倍的电缆直径作为弯曲半径，进行