蔡紅祥 付長琦 夏云海 潘賢清 張學(xué)馳

中天科技海纜股份有限公司 江蘇南通 226010

電纜一般是由多根絕緣線芯絞合組成的，在成纜過程中必然會產(chǎn)生縫隙，如果這些縫隙不用材料填充密實，會產(chǎn)生電纜圓整度等外觀不良、后續(xù)加工易產(chǎn)生質(zhì)量問題、成品表面受力不均勻等情況，例如：填充不好造成電纜外觀呈三角形狀；擠包護(hù)套時會嵌入成纜縫隙中；鋼帶由于纜芯不圓繞包造成翹邊；周轉(zhuǎn)或施工時成品弧面受力變成線受力，因此，為了使電纜圓整，提高外觀質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，成纜時需要對縫隙進(jìn)行填充。通常采用的填充材料有填充條以及填充繩兩種。填充條較硬，成纜時易打扭，不同規(guī)格纜芯無法通用，因此大多數(shù)情況下都采用填充繩的方式，也是行業(yè)內(nèi)普遍使用的材料，本文通過對填充繩中聚丙烯含量的研究和試驗，比較了填充繩對電纜的影響。

1 聚丙烯的簡介

電纜行業(yè)使用的填充繩一般是以聚丙烯（PP）填充繩為主。聚丙烯樹脂與其他塑料相比，具有相對密度小、價格低、加工性好以及綜合性能良好的優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在低溫脆性差、成型收縮率大、易老化等缺點(diǎn)[1]，因此需要改性后才能進(jìn)行使用。我國聚丙烯填充繩改性技術(shù)發(fā)展較晚，20 世紀(jì)70 年代，才出現(xiàn)使用碳酸鈣（CaCO3）、滑石粉（主要成分水合硅酸美：Mg3[Si4O10](OH)2）、硫酸鈣（CaSO4）等材料改性的聚丙烯填充繩[2]。

聚丙烯改性的添加劑材料種類較多，早期研究主要集中在云母以及滑石粉上，以后逐漸擴(kuò)展到了其他材料。主要情況介紹如下：

（1）碳酸鈣：價格低廉、來源豐富、無毒、無刺激性氣味、白度好，易于著色、粒度分布均勻、能增進(jìn)塑料色澤；同時本身是球形結(jié)構(gòu)，對加工機(jī)械無磨損。

（2）硅酸鹽類：包括滑石粉、云母等。滑石粉與云母均為片狀結(jié)構(gòu)，滑石粉的加入可提高聚丙烯的硬度以及電絕緣性能，而云母的加入可提高聚丙烯的耐熱性、耐候性以及電絕緣性能。

（3）氫氧化鋁：為白色粉末，熱分解會吸收大量的熱，無揮發(fā)性、無毒。氫氧化鋁的加入可提高聚丙烯的阻燃特性、電絕緣性以及消煙性。

（4）其他材料：如炭黑、木粉、廢紙等，都可作為添加劑加到聚丙烯填充繩的生產(chǎn)中，從而提高材料的性能。

2 不同配方填充繩的性能研究

電纜行業(yè)中要求使用的非吸濕性聚丙烯填充繩一般都含有部分添加劑。填充繩吸水性能主要取決于其中聚丙烯含量的多少，聚丙烯含量越高，越不易吸潮。隨著填充繩價格越來越低，為了節(jié)約成本，廠家會降低聚丙烯的含量，添加更多的其他輔助材料。

2.1 配方對力學(xué)性能的影響

目前，大部分企業(yè)使用的是1:6 配方的PP 填充繩（1 份聚丙烯，6 份輔料，下同），甚至使用1:8，1:10 的填充繩。分別取直徑為20mm，相同長度的1:6；1:2；1:1 和1:0 這四種配方的單股填充繩進(jìn)行了力學(xué)性能測試，實驗結(jié)果見表1。

表1 不同配方單股填充繩的力學(xué)性能比較

從表中可看出，隨著聚丙烯含量的增加，同種規(guī)格相同長度的填充繩，重量明顯減少，單股填充繩的斷裂力明顯增加。這是因為填充繩中聚丙烯強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)連續(xù)，而其他添加劑如碳酸鈣（CaCO3），滑石粉以及硫酸鈣（CaSO4）主要以固體粉末顆粒存在于填充繩中，與聚丙烯相容性差，結(jié)合不牢[3]，同時添加劑本身結(jié)構(gòu)不連續(xù)，會降低本身的拉伸強(qiáng)度，因此聚丙烯含量越高，強(qiáng)度越大；聚丙烯含量越低，強(qiáng)度越小。同時由于添加劑的形態(tài)主要為固體粉末顆粒，因此當(dāng)添加劑含量較高時，纜芯表面常會沾有白色粉狀物。

2.2 配方對吸水性能的影響

分別取1:6；1:2；1:1 和1:0 這四種配方的填充繩全部浸于水中20s 以及1 分鐘，對比浸水前后的重量，進(jìn)行分析，結(jié)果見表2：

表2 不同配方單股填充繩的吸水性能比較

從表中數(shù)據(jù)可看出，1:0-1:2，這三種填充繩浸水20s 以及1分鐘，重量基本無變化，而1:6 的填充繩變化較明顯，說明聚丙烯含量越高，水份越易達(dá)到飽和，從而降低其吸水性。兩次浸水，1:0配方的填充繩，其水份增加比最低，只有4.2%；1:6 配方的填充繩，其水份增加比最高，達(dá)到19.5%。

2.3 配方對電纜圓整度的影響

由于配方的不同，這四種配方的填充繩也呈現(xiàn)出不一樣的外觀，見圖1：

圖1

圖中從左到右，依次為1:6；1:2；1:1；1:0 填充繩的外觀。1:6表面較白，這是滑石粉、碳酸鈣等添加劑較多的緣故，滑石粉、碳酸鈣等物質(zhì)可有效地改進(jìn)填充繩表面的白度，添加劑越多，表面越白，并且摸上去會有一層粉末。而1:0 表面較透明，這是因為聚丙烯含量很高，呈現(xiàn)塑料特性。

我們在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，同樣使用3 根直徑20 的填充繩，用1:2或1:1 配方的填充繩成纜時圓整度較好，而1:6 配方的，則較差。經(jīng)分析，1:2 或1:1 配方的填充繩，聚丙烯含量高，添加劑含量低，更易蓬松，填滿縫隙，而1:6 的，添加劑較多，易結(jié)成塊，無法徹底鋪開，導(dǎo)致成纜圓整度較差。

2.4 配方對銅帶屏蔽表面的影響

將這四種配方的填充繩存放時間超過30 天（期間有潮濕天氣）進(jìn)行成纜試驗，一周后觀察絕緣線芯表面的銅帶外觀情況，發(fā)現(xiàn)使用1:6 配方的填充繩與之接觸的銅帶已發(fā)黑，出現(xiàn)較嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象。而使用另三種配方的填充繩，對銅帶表面基本無影響。配方的不同，填充繩的吸濕性有明顯的區(qū)別，聚丙烯含量越高，越不易吸潮，對銅帶屏蔽層的影響越小。

3 結(jié)語

聚丙烯填充繩的生產(chǎn)配方不同，其力學(xué)性能、吸水性能、對電纜圓整度的影響以及對銅帶表面的影響都存在明顯差異。聚丙烯含量越高，填充繩質(zhì)量越輕，越不易吸潮，對銅帶表面影響較小，結(jié)構(gòu)蓬松，成纜圓整，但同時成本也隨之增加，因此在進(jìn)行材料選擇時，需要綜合多方面因素，進(jìn)行配方選擇。