溫 鵬， 周 建， 李楷純， 鄧偉杰

（廣州南洋電纜有限公司，廣東 廣州511356）

0 引 言

隨著我國建筑行業(yè)對綠色環(huán)保節(jié)能的需求，傳統(tǒng)的聚氯乙烯（PVC）絕緣電線因其絕緣材料本體含有大量鹵素，在燃燒過程中產(chǎn)生大量有毒有害氣體，已逐漸被環(huán)保型無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴絕緣電線電纜所替代。無鹵電線因其優(yōu)異的低煙、無鹵、阻燃、無毒等環(huán)保性能，廣泛應用于市政建筑、城市軌道、地鐵、醫(yī)院等場所，占據(jù)了家裝電線將近一半的市場份額［1］。

目前無鹵低煙阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電線常用的交聯(lián)方式有硅烷交聯(lián)、電子輻照交聯(lián)及紫外光交聯(lián)三種。硅烷交聯(lián)又分為溫水交聯(lián)和蒸汽交聯(lián)，該工藝生產(chǎn)能耗較大、生產(chǎn)周期較長、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。電子輻照交聯(lián)和紫外光交聯(lián)兩種工藝，因生產(chǎn)條件可控、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定得以大量使用。紫外光交聯(lián)設備經(jīng)過十多年的商業(yè)應用和推廣，獲得巨大成功。隨著紫外光交聯(lián)設備和紫外光交聯(lián)絕緣料的進一步完善和成熟，近兩年，紫外光交聯(lián)方式大有超越電子輻照交聯(lián)方式的趨勢。

現(xiàn)對電子輻照交聯(lián)和紫外光交聯(lián)兩種工藝進行分析對比。

1 生產(chǎn)設備和基建投資的比較

無論是電子輻照交聯(lián)方式，還是紫外光交聯(lián)方式，低煙無鹵阻燃環(huán)保型電線都是采用高速擠塑機擠出，擠塑設備相同，故不做過多介紹。以下均以WDZC-BYJ-105 1×2.5 mm2電線的生產(chǎn)為例。

（1）擠塑生產(chǎn)線基本相同

擠塑機為φ70擠塑機，采用低煙無鹵專用螺桿，螺桿長徑比為26∶1，配置精密的免調(diào)機頭；為保證電線絕緣層在高速擠出和輻照后得到充分冷卻，V字形浮力分段式冷卻水槽長10 m；配置水平式儲線裝置、紅外在線測徑儀、在線火花試驗機、高速成圈機或高速雙盤收線裝置。

（2）輻照設備不同

電子輻照的原理為：電子槍發(fā)射低能電子束，經(jīng)加速器將能量提高到10 MeV后輸出，直接照射在加速器下端通過的電線，實現(xiàn)輻照加工的目的。不同厚度的材料需要不同的輻照劑量，可以通過調(diào)整加速器輸出能量和電線輻照速率等參數(shù)實現(xiàn)。輻照的質(zhì)量可由實時劑量監(jiān)測和抽樣實測確定。

紫外光交聯(lián)的原理是在乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和聚乙烯為主的基礎樹脂中加入適量的高效光引發(fā)劑，將紫外光輻照聚焦透射照入熔融狀態(tài)的聚烯烴材料中，高能紫外光引發(fā)聚烯烴中光敏劑形成自由基并進一步誘導聚烯烴單元產(chǎn)生大分子自由基，自由基之間通過鍵合作用形成交聯(lián)聚烯烴材料［2］。

早期紫外光設備受汞燈光源衰減的影響，導致交聯(lián)工藝不穩(wěn)定?，F(xiàn)在紫外光光源升級為LED器件后，照射劑量衰減不變的時間可達到30 000 h，具有極高的能源效率（約30%），有效波長選擇性極高（半功率波長帶寬5 nm）。紫外LED光源采用圓形腔體隧道結構方式進行組裝，工作時，紫外光在圓形腔體軸心聚焦成一定直徑的輻照中心區(qū)域，線芯在輻照中心區(qū)域高速行進，經(jīng)均勻集中地照射，實現(xiàn)良好交聯(lián)。

電子輻照交聯(lián)工藝的主要參數(shù)為輻照能量、束流和線速度，紫外光交聯(lián)工藝的主要參數(shù)為紫外光波長、輸出功率和線速度。與電子輻照交聯(lián)工藝相比，紫外光交聯(lián)的輻照設備和交聯(lián)材料的研究尚不成熟，電纜企業(yè)如何有效制定紫外光交聯(lián)工藝以確保交聯(lián)質(zhì)量，需要設備廠家和材料廠家的指導和參與，這樣才能有助于紫外光交聯(lián)技術的更好推廣。在制品厚度一定的情況下，紫外光交聯(lián)與電子輻照交聯(lián)的輻照工藝一樣，可實現(xiàn)精準控制。

（3）紫外光交聯(lián)基建投資低于電子輻照交聯(lián)

電子輻照交聯(lián)需要單獨建立輻照車間，建設安裝調(diào)試周期需要6個月左右，總投資約為500萬元；紫外光設備投資約為32萬元，無需新建場地，占地面積小，安裝方便，只需要在現(xiàn)有擠塑生產(chǎn)線的機頭后加裝紫外光交聯(lián)設備，實施2～3 d的簡單改造，便可快速實現(xiàn)在線交聯(lián)功能。

自紫外光輻照設備的光源由汞燈升級為LED燈管后，設備穩(wěn)定性和使用壽命得以大幅提高。紫外光光源LED燈管的理論使用壽命可達50 000 h，其中在30 000 h以內(nèi)，輻照光源照射劑量保證衰減不變；要保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，當輻照光強開始衰減后，就要及時更換LED燈管，更換成套燈管費用為平均每年5 000～10 000元。

從設備投資、基建投資以及建設周期上比較，紫外光輻照交聯(lián)要明顯優(yōu)于電子輻照交聯(lián)。

對于目前沒有電子加速器的企業(yè)，紫外光交聯(lián)方式可幫助企業(yè)快速實現(xiàn)無鹵電線的交聯(lián)生產(chǎn)；已擁有電子加速器的企業(yè)，利用紫外光輻照可實現(xiàn)輻照交聯(lián)產(chǎn)能的增加，解決現(xiàn)有電子輻照產(chǎn)能的瓶頸。

2 生產(chǎn)流程和制造成本的比較

仍以加工WDZC-BYJ-105 1×2.5 mm2電線為例，采用擠壓式模具，低壓縮比、無鹵、低煙的專用螺桿。

從生產(chǎn)流程上比較，紫外光交聯(lián)設備是直接安裝在擠塑機的機頭和冷卻水槽之間，擠出絕緣層后立即進入紫外光輻照設備中進行光交聯(lián)，交聯(lián)好的線芯經(jīng)水槽冷卻、火花檢測，然后進入到成圈工序；電子輻照交聯(lián)設備是獨立的，擠塑機擠出絕緣后經(jīng)水槽冷卻、火花檢測，進行裝盤收線，再流轉到電子輻照工序進行單獨輻照，輻照好的電線再進入到成圈工序。

電子輻照交聯(lián)的輻照速率要快于紫外光方式，但比紫外光交聯(lián)增加了工序轉道，設備操作人員要增加1～2人，人工成本相應增加；同時，電子輻照交聯(lián)的工序周轉時間會增加2～3 d，外協(xié)加工時需要等待的時間更長。表1為電子輻照交聯(lián)與紫外光交聯(lián)生產(chǎn)成本的對比。

表1 電子輻照交聯(lián)與紫外光交聯(lián)的輻照費用、材料費用的對比

3 產(chǎn)品質(zhì)量的比較

表2為采用紫外光交聯(lián)材料與電子輻照交聯(lián)材料生產(chǎn)出的產(chǎn)品的性能對比。由表2可知，兩種材料都完全符合JB／T 10491—2004標準中的要求［3］。電子輻照與紫外光輻照的交聯(lián)機理雖然不同，兩種材料的配方也不盡相同，但生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量基本相同。

表2 兩種配方體系的材料生產(chǎn)出的產(chǎn)品的性能對比

4 不同顏色及濃度的色母料對紫外光交聯(lián)效率的影響

與其他交聯(lián)方式相比，紫外光交聯(lián)絕緣材料的顏色對紫外光交聯(lián)效率的影響是比較顯著的。不同顏色及濃度的色母料具有不同的紫外光吸收特性，對紫外光在擠出熔融體中穿透能力的屏蔽程度不同，在一定程度上影響了紫外光低煙無鹵絕緣材料的推廣應用。

目前紫外光無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴絕緣料的顏色普遍偏淺，黃色為嫩黃色，紅色基本為桃紅色，綠色也是嫩綠色。其顏色的明艷程度仍無法與現(xiàn)有的電子輻照無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴材料的著色效果相媲美，也導致同時具有電子輻照設備和紫外光輻照設備的生產(chǎn)廠家，在兩種工藝條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品的顏色難以一致。

紫外光交聯(lián)絕緣材料不同色系，在相同的紫外光輻照功率條件下，交聯(lián)效率不盡相同。生產(chǎn)同樣規(guī)格不同顏色的電線絕緣時，其熱延伸值存在著一定的差別，為保證熱延伸值在25%～70%范圍內(nèi)，生產(chǎn)過程中應根據(jù)材料的不同顏色來適當調(diào)整生產(chǎn)速率。根據(jù)實際生產(chǎn)跟蹤，黃色與紅色絕緣材料的交聯(lián)效率最高，生產(chǎn)速率可以達到200 m／min，實現(xiàn)高速生產(chǎn)；綠色絕緣電線次之，速度為170 m／min；藍色絕緣電線生產(chǎn)速率為150 m／min。

5 結 論

對電子輻照交聯(lián)工藝與紫外光交聯(lián)工藝從設備投入、制造成本、生產(chǎn)效率、工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量等幾個方面進行對比，可得出以下結論：

（1）與電子輻照交聯(lián)工藝相比，紫外光輻照交聯(lián)工藝無需土建投資，設備投資小、改造簡單、建設周期短、投資見效快。

（2）在生產(chǎn)成本方面，紫外光交聯(lián)料的單價雖然比電子輻照交聯(lián)料略高，但綜合人工成本、設備投資、時間成本等因素，仍具有一定的競爭力。特別是對于需要外部委托輻照的電纜生產(chǎn)企業(yè)，更是一個很好的選擇；同時，隨著紫外光交聯(lián)絕緣料的成熟和市場競爭，材料價格仍具有一定的下浮空間，紫外光交聯(lián)的成本優(yōu)勢將更加凸顯。

（3）在生產(chǎn)效率方面，紫外光交聯(lián)明顯優(yōu)于電子輻照交聯(lián)，產(chǎn)品可實現(xiàn)擠出和交聯(lián)的同步進行，大大節(jié)省了人力，提高了快速交貨能力。

（4）紫外光交聯(lián)材料尚不成熟，材料廠家應進一步加大研發(fā)適合紫外光輻照交聯(lián)工藝的專用高效色母料，以助力紫外光無鹵低煙材料的推廣應用。

隨著紫外光交聯(lián)材料和設備的日趨成熟，紫外光交聯(lián)工藝具有明顯的優(yōu)越性，是提高低煙無鹵交聯(lián)電線生產(chǎn)能力、提升生產(chǎn)效率、解決生產(chǎn)瓶頸的一種有效途徑。