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    耐熱和高溫電線電纜簡述

    [當前欄目:耐高溫電線電纜]????? [發布日期:2016-11-19]
    耐熱和高溫電線電纜簡述
    一、前 言 
      一般的電線電纜是以塑料和橡膠為絕緣護套,這些材料都是常規工程材料,具有豐富的來源,能夠滿足大規模生產,而且成本相對較低。但對于一些特殊行業如石油化工、鋼鐵、航空航天、造船、軍工、制藥、食品、塑料機械、鍋爐等與熱與高溫有關的行業,都需要能夠耐一定較高溫度的電線電纜,普通的電線電纜顯然不能使用,需能耐高溫的電線電纜才能保證其電力和信號的安全運行。 
      隨著我國經濟快速發展,特種行業對高溫電纜的需求已顯高速增長階斷,耐熱和高溫電纜每年以20%的速度增長,高溫電纜作為特種電纜的重要組成部分,具有極強的生命力,供不應求,我國每年從國外進口約二十億元用于國內建設。 
      下面我們了解一下什么樣的工作溫度稱為耐熱與高溫電纜。國際電工委員會(IEC)對絕緣的耐熱的等級一般按表1規定分為: 
      表1 耐熱的等級的規定
            用的電線電纜絕緣和護套為普通工程橡膠和塑料為基本樹脂,但要求是絕緣級的。常見電纜用橡膠材料有:丁本橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠和氯磺化聚乙烯等,工作溫度為(60~75)℃;常見電纜用塑料材料有聚氯乙烯、聚乙烯(包括交聯聚乙烯)和聚丙烯等,工作溫度為(70~90)℃。由此可見,這些電纜不是嚴格意義上的耐熱或高溫電纜。 
            耐熱電纜一般指(90~155)℃及以下的電纜,而高溫電纜則是180℃及以上的電纜。而要解決普通電纜不耐高溫的狀況,則是要對材料進行改進,或使用能夠耐高溫的絕緣級材料。 
    二、 耐熱和高溫電線電纜的主要特點 
      耐熱和高溫電線電纜一般是由兩種需求決定的。第一種是電線電纜環境溫度較高,電纜在長期在高溫下能夠正常傳輸信號或電能;另一種是電力傳輸電纜,主要是增加截流能力為主要目的。 
    高溫環境下工作的電纜。普通電纜在高溫時易產生絕緣老化和焦燒現象,使用電纜失去性能,受破壞而不能使用。高溫電纜在額定高溫下能夠正常穩定地工作,信號或電能傳輸性能不受影響,還能保證電纜具有較長的使用壽命。這類功能電纜是高溫電纜最常見最多的一種,使用特性也最易于理解的。 
    增載型高溫電纜,主要是為了保證載流的前題下減小電纜外徑和重量,向輕量化發展的。一般來說,電纜的工作溫度越高,同樣截面的電纜通過的載流量越大。象飛機和汽車等場合,減輕重量的意義相當大,利用高溫電纜大大減少了截面。工作溫度從90℃升到155℃,則載流能力上升50%,同樣載流量下,電纜重量要減輕一半,成本也有所降低。當然高截流的同時,大多數絕緣材料的電能損耗也會有所增加。
    三、耐熱型電線電纜 
      耐熱型電線電纜分:耐熱材料和普通材料的耐熱改性兩種。 
        (一)耐熱材料的電線電纜 
            耐熱材料的電線電纜是絕緣和護套材料本體樹脂具有耐熱性能,主要品種有:聚氨脂(可達155℃級)、聚脂(可達135℃)、聚偏氟乙烯(150℃)和尼龍(可達115℃)的絕緣或護套材料。常用于通信、汽車、電機、建筑等行業。 
        (二)普通電纜材料通過各種方式的改性而達到耐熱性: 
      1、橡膠材料的耐熱改性 
      橡膠材料因其耐熱性差,因而提高工作溫度的余度較小,普通橡膠填加較多熱穩定劑和經交聯處理才能達到90℃,因而不能稱為耐熱電纜,如丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯等。主要應用于橡膠絕緣移動用軟電線、橡膠絕緣軟電力電纜控制電纜等。 
      但三元乙丙橡膠可經改性,使耐溫等級提高到135℃,加上具有較好的絕緣性能,因而在橡膠方面具有較好的發展前景。 
      2、聚氯乙烯電纜的改性 
      普通聚氯乙烯電纜的工作溫度為70℃,聚氯乙烯電纜料的高可混性,使其改性成為可能,多量的熱穩定劑的使用,可便PVC的耐熱從70℃上升到90℃或105℃,因而大大擴大了PVC這種老式材料的適用性,也許這就是PVC電纜長盛不衰的原因之一吧? 
      90℃PVC電纜料常用于交聯聚乙烯電纜護套,主要用于電力、控制和電氣裝備線纜,由于PVC的改性,使本可淘汰的PVC電纜料在護套的使用上將會延續相當長的時間。 
            聚氯乙烯丁腈復合物的主要成分是PVC,因而與聚氯乙烯丁腈復合物電纜與PVC絕緣電纜具有相同的改性性能。 
      3、聚乙烯電纜的改性 
      聚乙烯材料的塑性較好,但可填充性較差,因而不能填加熱穩定劑方法提高耐熱溫度。聚乙烯電纜可通過DCP干法化學交聯和硅烷溫水交聯將工作溫度提高到90℃,前者用于中高壓電力電纜,后者用于低壓電纜。 
      但另一種交聯方式——輻照交聯改性,則可將聚烯烴(主要是聚乙烯)的工作溫度大幅度提高,經輻照的絕緣料可按條件不同,耐溫可達到105℃、125℃、135℃、150℃,國外則有能提高到180℃。主要是通過高能電子轉化成穩定的鍵能,使其分子結構對熱穩定性加強,同時配以適當的熱穩定劑,根據能級大小和熱穩定劑的效能,分為不同耐熱等級。 
            輻照交聯工業常用加工設備為電子加速器,是將電子束高壓增加能量,達到交聯聚烯烴材料的目的,電費加工常用加速器能級為1.0 ~ 3MeV。輻照交聯還可對橡膠、PVC和氟塑料等材料進行交聯。 
            輻照交聯聚烯烴電線電纜主要用于耐熱建筑線、汽車線、航空導線、機車線電線和電機電器引接線等。 
      耐熱電纜是中等溫度的電纜,具有一定耐熱性,能適應一定溫度環境。而應用最多的是,在電力傳輸電纜中,在能夠保證絕緣性能的同時,增加電纜載流能力,減少電纜重量和截面,意義重大。 
    四、高溫和超高溫電線電纜 
      高溫電纜分:有機高分子材料高溫電纜和無機材料高溫電纜。 
        (一)有機高分子材料高溫電纜主要是氟塑料和硅橡膠電纜。 
            1、氟塑料絕緣電線電纜 
      氟塑料是塑料的一個重要品類,通常人們認識氟塑料是從接觸塑料王--聚四氟乙烯(PTFE)開始的。其實聚四氟乙烯只是產量和用量最大的氟塑料品種,電線電纜常用的氟塑料是:聚全氟乙丙烯(FEP,俗稱F46)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE,俗稱F40)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。 
      表2、各種氟塑料性能 
        氟塑料電纜主要有:高溫通訊電纜、耐高溫引按線和安裝線、高溫補償導線和工業用耐高溫電力和控制信號電纜,原子反應堆用耐輻射電纜和機車車輛用電線等。
      2、硅橡膠絕緣電線電纜 
      硅橡膠主要是以硅元素代替碳元素形成的高分子材料,硅橡膠具有較好的耐熱性能。電線電纜常用硅橡膠為甲基乙烯硅橡膠,工作溫度范圍是-60℃~180℃。硅橡膠具有較好的彎曲性能和低溫性能,不易損壞和開裂,這些性能是一般高溫電纜不具有的,因而硅橡膠電纜具有較寬的應用范圍,已是高溫電纜的一個亮點。 
      硅橡膠電纜在高溫移動電纜、軟電力電纜、電機引接線、低溫環境高溫運行場所。 
        (二)無機材料高溫電纜 
      無機材料因不具有可擠塑等優良加工性能,因而加工形成電纜絕緣較為困難,附著性和均勻性較差,而且絕緣性能比高分子材料要低,但優異的高溫性能,能夠滿足特種高溫行業的需求。 
      1、礦物絕緣防火電纜 
      產品結構為銅芯銅護套氧化鎂絕緣電纜,主要是電力電纜、控制電纜、加熱電纜和布電線。常規工作溫度是250℃,但實際工作溫度可更高,因為氧化鎂的熔點是2800℃,遠高于銅的熔點,電纜經火災后仍可重復安全使用。 
      本電纜生產是氧化鎂定型瓷柱穿于銅導體外,銅導體與外套銅管同時拉撥退火而形成,氧化鎂瓷柱經壓碎均勻形成電纜絕緣,礦物絕緣防火電纜生產長度受到一定限制,大規格則更短。 
      礦物絕緣防火電纜具有耐高溫、防火、防爆、防水、耐輻射、耐腐蝕性強、機械強度高、具有良好的接地性能、體積小、壽命長、載流量大、過載能力強等特點。 
      2、無機包制絕緣超高溫電纜 
      無機絕緣包制絕緣電纜一般采用無機包帶和絲,采用電纜采用工藝加工而成。耐火包帶作為耐高溫材料,在800℃時仍能正常保持絕緣性能,因而是耐高溫電纜的主要材料之一;無堿玻璃絲為無機硅材料,具有一定絕緣性,熔化溫度為600℃以上,采用編織工藝加工,也作為加強件;以上兩種材料不能形成密封性和緊密的絕緣,因而通過涂無機固化漆、硅微粉和硼砂等,才能形成絕緣體。 
      在無機材料中,耐高溫的材料較多,但可加工性和成形性較差,按以上方法形成電纜絕緣也易于損壞,根據選取材料不同可制成工作溫度500℃、800℃,甚至于1000℃的電纜,除此之外導體應選用鍍鎳銅導體或相匹配的耐高溫合金導體。 
      超高溫電纜常應用于航空航天、軍工、加熱爐、化學反應釜、核電站核島內和鋼鐵等行業。 
    五、結 論 
      在特種電纜品種中,高溫電纜和超高溫電纜已是一個重要趨勢,雖然高溫電纜電能損耗稍大,在一些較高溫度的場合,用普通電纜則極易損壞,高溫電纜能夠安全運行,是現代工業和軍工中不可缺少的品種。 
      目前我國高溫電纜的研制技術水平遠遠不能滿足新市場需求,我國在這方面的技術遠落后于國外先進國家,近一半的高溫電纜需從國外進口,而國內有些生產廠多集中于一些小廠,技術研制和生產能力較弱,特別是生產加工仍局限于電纜現有設備和工裝,材料的開發也沒能突破現有電纜料的圈子。希望國內有能力開發高溫特種電纜的廠家能夠審時度勢,針對我國資源情況,開發推廣高溫系列電纜,提高我國在這一技術領域的水平,滿足我國高溫行業的要求。  



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