王 湄

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福建 福州 350002）

交聯(lián)聚乙烯絕緣布電線絕緣熱延伸試驗不合格原因分析

王 湄

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福建 福州 350002）

小規(guī)格的交聯(lián)聚乙烯絕緣布電線在家裝市場上廣受青睞，但是在各種監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)其絕緣熱延伸的檢測結(jié)果狀況堪憂。文中從進貨原料的質(zhì)量和工藝把控方面分析造成其絕緣熱延伸不合格的原因，也提出改善的意見，督促各有關部門重視。

交聯(lián)聚乙烯絕緣布電線；絕緣熱延伸；不合格原因

因過去我國建筑行業(yè)普遍使用的普通PVC電線產(chǎn)品在火災中會釋放大量的有毒氣體和煙塵，加大了火災的傷害，故而近幾年來隨著建筑行業(yè)規(guī)模不斷擴張，其相關規(guī)范也越發(fā)嚴格，而政府部門的有關方面也在公共建筑物中推薦使用環(huán)保電線，市場上更是對一些帶綠色環(huán)保的電線產(chǎn)品十分青睞，作為無鹵低煙阻燃或耐火布電線的代表——交聯(lián)聚乙烯絕緣布電線就在這種大環(huán)境下被研制成功并推向了市場。交聯(lián)聚乙烯絕緣布電線，即俗稱的BYJ線，在耐熱性能、機械性能以及電氣性能方面都比普通的PVC線優(yōu)異許多，因此有逐漸取代傳統(tǒng)BV線的趨勢。

然而在近幾年的各種監(jiān)測任務中發(fā)現(xiàn)，小規(guī)格的BYJ線的絕緣熱延伸檢測結(jié)果往往不盡如人意，更有甚者樣品剛剛放進烘箱中就發(fā)生熔斷現(xiàn)象。而國家標準中規(guī)定，交聯(lián)聚乙烯絕緣熱延伸試驗結(jié)果的判定數(shù)據(jù)為：載荷下最大伸長率≤175%，冷卻后永久伸長率≤15% 。交聯(lián)聚乙烯絕緣材料的交聯(lián)性能很大程度地決定著成品的使用壽命，而絕緣熱延伸試驗是檢驗交聯(lián)聚乙烯絕緣材料交聯(lián)程度的重要參數(shù)。筆者將根據(jù)多年的檢測經(jīng)驗和工廠生產(chǎn)學習經(jīng)驗總結(jié)造成小規(guī)格BYJ線絕緣熱延伸不合格的原因。

從相關的交聯(lián)聚乙烯絕緣標準，如GB/ T12706.1-2008 《額定電壓1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)擠包絕緣 電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)電纜 》、JB/T 10491.1-2004《額定電壓450/750V及以下交聯(lián)聚烯烴絕緣電線和電纜 第1部分：一般規(guī)定》等可知，交聯(lián)聚乙烯絕緣的熱延伸試驗是非電氣型式試驗項目中的一種，而在生產(chǎn)企業(yè)的資格核查中，只要求其具備例行試驗和抽樣試驗的檢驗設備和能力達到要求即可，這就說明絕緣熱延伸并不在其過程檢驗和出廠檢驗的范圍內(nèi)，而有一些具備熱延伸檢驗能力的企業(yè)，也因麻煩而忽略對交聯(lián)聚乙烯布電線的絕緣熱延伸性能的檢驗，這就造成了交聯(lián)聚乙烯電線產(chǎn)品的絕緣熱延伸性能在生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過程中沒有得到足夠的重視。如此情況下，目前市面上BYJ線的交聯(lián)性能主要受交聯(lián)聚乙烯電纜料的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝的影響。其中生產(chǎn)工藝又包括擠塑方式、擠出溫度、冷卻方式。

1 交聯(lián)聚乙烯電纜料的進貨把控不嚴

交聯(lián)聚乙烯絕緣布電線是采用過氧化物交聯(lián)的方法，使聚乙烯分子由線型分子結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由熱塑性材料變成熱固性材料，工作溫度從70℃提高到90℃，顯著提高電纜的載流能力。作為產(chǎn)品質(zhì)量的源頭，如果是原材料的質(zhì)量存在問題，那么再好的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設備也制造不出質(zhì)量好的產(chǎn)品。然而，目前我國的電線電纜CCC認證和電線電纜生產(chǎn)許可實施規(guī)則都沒有對生產(chǎn)企業(yè)需要具備電纜料的自檢能力提出要求，造成大部分的生產(chǎn)企業(yè)不具備電纜料的檢測能力，只能在進貨時核對電纜料的型號數(shù)量、產(chǎn)品外觀、合格證等信息。雖然也有一些重視電纜料質(zhì)量的生產(chǎn)企業(yè)會試制樣品，但也只是對電纜料的整體質(zhì)量進行工藝上的驗證，沒有特意去驗證絕緣熱延伸的性能。因此，交聯(lián)聚乙烯電纜料的進貨把控不嚴是造成絕緣熱延伸不合格的重要因素。

2 擠塑模具選擇不當

目前我國電線電纜生產(chǎn)企業(yè)所用的擠塑模具主要有三種：擠管式模具、半擠管式模具和擠壓式模具（見圖1）。

圖1 各模具示意圖

由圖1可以看出，三個模具的結(jié)構(gòu)比較相似，主要區(qū)別就在每種模具模芯的前端是否有管狀的承徑部分，有的則是管狀承徑部分和模具中的模套相對位置不一樣，三種擠塑模具各有其特點。

2.1 擠管式模具

擠管式模具的管狀承徑部分一般與模套口的端面相持平，這樣的結(jié)構(gòu)就使塑料不是在線芯上直接擠塑，而是在管狀承徑部分向前推移形成空管，再在機器的拉伸力下包覆在導體線芯上。

2.2 擠壓式模具

從圖1中可以看出，擠壓式的模具中就沒有管狀的承徑部分，其模芯縮在模具內(nèi)。這種模具在擠塑時是依靠壓力將熔融的塑料擠入模套來實現(xiàn)定型的。這樣擠出的塑料管既結(jié)實又緊密，充滿了纜芯和線芯之間存在的間隙，成品的外表比較光滑，絕緣強度的可靠性很高。

2.3 半擠管式模具

半擠管式的模具有管狀的承徑部分，但是前端端面部分在模套口的端面內(nèi)，長度比較短。這種模具是擠壓式擠塑方式向擠管式擠塑方式過渡的模具型式。

綜合以上三種模具的擠塑特點，可以比較出各模具的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 擠管式模具和擠壓式模具的優(yōu)缺點比較

目前電線電纜行業(yè)中的擠塑工人的薪水大部分是通過計件來計算的，而擠管式的擠塑方式在操作的難易程度、以及擠塑效率上都得到操作工人的認可。且擠管式模具易調(diào)偏心的特點使產(chǎn)品的最薄處厚度、平均厚度與外徑很容易滿足檢驗工序中的過程檢驗，故而該模具在行業(yè)中得到廣泛的采用。

但是擠管式模具擠出的成品致密性較差這一缺陷，卻是造成絕緣熱延伸試驗不合格的主要原因。而通過合理的配模和適當?shù)睦毂瓤梢允狗肿优帕械母R從而提高擠出物的緊密性。其中拉伸比是指模套和模芯之間形成的間隙截面積和成品標稱截面積的比值K。公式如下：

其中：D1是模套的孔徑大??；D2為模芯出口孔徑大??；d1為擠出后的成品外徑；d2為擠出前的外徑。

聚乙烯的K值一般為1.3～2.0之間。但是目前由于電線電纜行業(yè)中小企業(yè)的占比高達90%以上，企業(yè)中缺乏專業(yè)的配模及模具設計的技術人員，而擠塑操作人員更多的是追求效率，對拉伸比的配比此類專業(yè)的技術問題知之甚少。因此缺乏合理的配模方式和拉伸配比也是造成BYJ線絕緣熱延伸不合格的重要原因。

3 擠出溫度控制不準

從成本及操作的難易程度上考慮，大部分電線電纜生產(chǎn)企業(yè)采用溫水交聯(lián)的方式來進行交聯(lián)聚乙烯的生產(chǎn)。這里，溫水的溫度是決定交聯(lián)效果的關鍵因素。所謂交聯(lián)，就是線型的大分子鏈在經(jīng)過物理方法或者化學方法處理以后，以交聯(lián)鏈的形式連接的過程。經(jīng)過交聯(lián)處理的聚乙烯具備體型和網(wǎng)型的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)性質(zhì)決定了交聯(lián)聚乙烯產(chǎn)品比普通的聚氯乙烯產(chǎn)品具有更優(yōu)質(zhì)的機械性能和耐熱性能。但是在我們長期監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，市場上很多小規(guī)格的BYJ家裝線，在制樣后放入試驗老化箱（200℃）中一般2min之內(nèi)就發(fā)生熔斷現(xiàn)象，說明這樣的產(chǎn)品絕緣交聯(lián)度很低，熱塑性特征比較明顯，不具備熱固性。這就是產(chǎn)品在從模具中擠出時沒有控制好溫度造成的。

分別取規(guī)格為2.5mm2、4mm2、6mm2、顏色為紅、藍、綠色9組樣品進行不同擠出溫度生產(chǎn)后的熱延伸比對試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 不同擠出溫度下熱延伸試驗的結(jié)果

由表2中可以看出，擠出溫度對聚乙烯絕緣的熱延伸有很大的影響。從交聯(lián)的機理上分析，交聯(lián)溫度不夠時，有機催化劑與原材料的塑化不夠充分，兩者沒有得到充分的混合，尚處于半塑化的狀態(tài)，如此，有機催化劑的化學鍵沒能完全打開，在交聯(lián)過程中沒有起到很好的催化效果，導致了在最終的脫水縮合階段時沒能產(chǎn)生足夠的交聯(lián)鍵，沒有形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，樣品的交聯(lián)度不足，在熱延伸試驗中很容易熔斷。故而可以知道隨著擠出溫度的升高，交聯(lián)反應的程度也不斷提高。但是如果交聯(lián)的溫度過高，交聯(lián)的程度過大，則會造成交聯(lián)鍵上的拉應力過大，反倒會使其在熱延伸試驗中的伸長率變大。所以，擠出溫度控制在180℃～200℃時會達到比較好的效果。

4 冷卻速度操作不當

電纜絕緣護套料的擠出成型后需要快速地從粘流狀態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)轉(zhuǎn)變最有效的操作就是冷卻。一般的冷卻方式有水冷和風冷兩種，不管在場地還是設備上都對風冷方式的要求比較高，故而目前被廣泛采用的水冷方式。而水冷又分成急冷和緩冷兩種方式，兩種方式在冷卻速度上存在差別。交聯(lián)聚乙烯產(chǎn)品是一種結(jié)晶型的聚合物，結(jié)晶度越低，則絕緣內(nèi)部應力就越小，機械性能越好，若冷卻速度過快，則會造成結(jié)晶體的大量生成，故而在交聯(lián)聚乙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中應要特別注意擠出之后對冷卻速度的嚴格控制。

一般的緩冷是采用逐級冷卻的方式，即樣品成型后經(jīng)過熱水、溫水和冷水這三個階段的分級冷卻。第一段的熱水溫度一般控制在75℃～85℃，然后每個階段漸漸冷卻，直至室溫。每段的溫差越小則冷卻的效果越好，很多大型生產(chǎn)企業(yè)均在擠塑機后配置至少三段以上的冷卻水槽，也有采用循環(huán)水設備的，冷卻效果更佳。但是更多的小企業(yè)從成本考慮很多都使用急冷的冷卻方式，冷卻速度快，成品定型效果也很好，這就造成了市場上交聯(lián)聚乙烯產(chǎn)品良莠不齊的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

針對目前交聯(lián)聚乙烯家裝線市場魚龍混雜的現(xiàn)象，不管是生產(chǎn)企業(yè)還是監(jiān)管部門都應該予以重視。前者應加強對安全責任意識的提高和產(chǎn)品質(zhì)量的嚴格把控，做到進貨時嚴厲把關、生產(chǎn)過程嚴格控制、出廠時嚴苛檢驗，才能做到以質(zhì)取勝；監(jiān)管部門應提高電線電纜市場的準入門檻，且盡快考慮將該類產(chǎn)品納入CQC自愿性認證或電線電纜生產(chǎn)許可認證的范疇，加大打擊查處力度，嚴肅整頓市場，給廣大消費者創(chuàng)造可以安心消費的市場環(huán)境。

[1]吳長順.電線電纜產(chǎn)品檢驗（上冊）[M].北京：國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，2004:196-197.

[2]陳文博，張勇，林磊等.電纜制造工藝對硅烷交聯(lián)聚乙烯熱延伸的影響[J].電線電纜:2014:44-46.

Analysis of Unquali fi ed Reasons for Insulation Thermal Extension Test of XLPE Insulated Wire

WANG Mei
(Fujian Inspection and Research for Product Quality,Fuzhou 350002,Fujian,China)

The small size XLPE Insulated Wire is widely favored in the home improvement market,but found in a variety of monitoring insulation thermal extension test results worrying.This paper mainly introduced the unqualified reasons of insulation thermal extension test from the quality of incoming materials and the process control,and put forward suggestions for the improvement to urge the relevant departments to attach importance to.

XLPE Insulated Wire;Insulation Thermal Extension Test;Unquali fi ed Reasons

2016-12-19

王 湄，女，福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，工程師