從多方面分析電線電纜銅絲發(fā)黑的影響因素

銅絲發(fā)黑的原因是多種因素造成的，不僅僅是配方問題，還與銅絲本身所處的狀態(tài)、橡膠加工工藝、橡膠硫化工藝、電纜的結(jié)構(gòu)、護套橡膠配方、生產(chǎn)環(huán)境等諸多因素有關(guān)。

01

導(dǎo)致銅絲發(fā)黑的原因

1、拉絲乳化油池面積較小，回流管道短，且密封，造成散熱慢，導(dǎo)致乳化液油溫度高。

2、是銅絲退火原因造成的。

①連拉連退的冷卻水一般都是用自來水、地下水，由于水質(zhì)各地不盡相同，有些地區(qū)水質(zhì)的PH 值較低，只有5.5~5.0（正常是7.0~7.5），把原來乳化液中抗氧化油膜都清洗掉了，退火后的銅線易氧化、發(fā)黑；

②在普通拉絲機拉好的成品銅絲在另一條退火線上退火，冷卻水也沒有使用抗氧化劑，抗氧時間短，很快就會出現(xiàn)氧化發(fā)黑現(xiàn)象。

3、一些老廠沿用退火缸來退火，因此以下幾種原因也會造成氧化、發(fā)黑：

①該退火缸螺母沒擰緊，沖完二氧化碳或高純氮后漏氣；

②出缸的銅線溫度過高，超出30℃時；

③拉絲乳化液保養(yǎng)不夠，PH 值過低。

這些情況夏天氣溫高時較為常見，乳化液不停地使用會有所損耗，溫度高時則損耗較快，如果不及時補充新的原油，這時候含脂肪量很少，再加上氣溫高，乳化液的溫度也可能超出45℃，就很容易造成氧化發(fā)黑。

4、另外一種情況是，由于目前普遍使用高速拉絲，其速度提高了，相對散熱時間減少了，給氧化帶來了一定空間與時間。因此，建議生產(chǎn)廠家多注意乳液的含脂量情況、使用溫度、PH 值等是否恰當(dāng)，春天黃霉雨季節(jié)細菌繁殖較快，可使用殺菌防霉劑，夏天可用抗氧化劑，解決氧化、發(fā)黑等問題。

▎原因

①成品模的變形量太小所致

②模具鑲套的外圍及前方?jīng)]有密封好

解決方法

成品模出口方向加一個橡皮墊，然后螺紋壓緊成品模，解決漏油的問題。

成品模的變形量偏小，是常犯的錯誤，單模變形需有一個最小的變形量，產(chǎn)生的壓力才可能大于金屬的屈服極限，才可以實現(xiàn)是塑性變形，尺寸才能穩(wěn)定，單線表面才會有冷拉產(chǎn)生的光照。

02

引起線圈發(fā)黑的原因

我們經(jīng)常會用到各種使用線圈的產(chǎn)品，如馬達、助聽器、遙控玩具、無線充電器、電源開關(guān)、電腦······線圈發(fā)黑是因為銅線的氧化，線圈的主要材質(zhì)基本使用銅線，而金屬都會氧化，所以我們就會看到線圈發(fā)黑的情況。

1、技術(shù)原因

以前國內(nèi)大多數(shù)廠家均使用通用性銅桿，銅含量可達99.95%，可是就算如此，銅之中還是存在氧 。因為銅本身不是無氧銅，在加工過程中，銅的表面難免會與空氣接觸而出現(xiàn)氧化。

現(xiàn)在，國內(nèi)引進了無氧銅的先進生產(chǎn)技術(shù)，以及國內(nèi)自行開發(fā)的無氧銅生產(chǎn)技術(shù)，使整個銅線行業(yè)均用上了無氧銅，這無疑已經(jīng)大大改善了銅絲的發(fā)黑問題。

不過，由于對銅桿的加工，特別是韌煉工藝的運用，和成品銅線芯存放的條件不好，使得銅線本身還是會有輕微的氧化。

2、絕緣層的材料問題

絕緣漆可分為浸漬漆、漆包線漆、覆蓋漆、硅鋼片漆、防電暈漆等五類。其中浸漬漆就是用作浸漬處理電機、電器線圈的。浸漬漆能起到填充絕緣系統(tǒng)中的間隙和微孔的作用，并在被浸漬物表面形成連續(xù)漆膜，使線圈粘結(jié)成一個結(jié)實的整體，有效提高絕緣系統(tǒng)的整體性、導(dǎo)熱性、耐潮性、介電強度和機械強度的性能。

其次，也起到散熱的作用。絕緣漆在浸透時，烘干后的線圈可以看做一個整體，內(nèi)外層熱量能夠輕易的傳導(dǎo)，從而起到散發(fā)熱量的作用。

現(xiàn)在我國的浸漬漆、絕緣油生產(chǎn)工藝、制備方法、專利配方技術(shù)資料還相對落后，生產(chǎn)加工的浸漬漆基本只起到短暫的作用，時間一長就會出現(xiàn)掉落、失效的現(xiàn)象。

3、使用的問題

我們在使用線圈銅線的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的問題：碰撞摩擦；沖洗較慢，水分大量與線圈接觸；使用廢機油潤滑，造成導(dǎo)體表面有殘留物和絕緣層的破壞；在后續(xù)加工時造成導(dǎo)體氧化；

4、銅線退火工藝

銅線退火指將銅線緩慢加熱到一定的高溫后，持續(xù)保持一段時間，然后以相應(yīng)的速度冷卻的一種金屬熱處理方法。

銅線退火工藝可以降低硬度，改善切削加工性、消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。不過，一旦生產(chǎn)過程中溫度高于50 ℃出罐，規(guī)定抽氣時間不足、SO含量高，保護氣體不純就會造成退火不足，一段時間后銅線就會容易發(fā)黑。

線圈銅絲發(fā)黑是多種因素造成的，不僅僅是以上四個問題，還與銅絲本身所處的狀態(tài)、線圈加工工藝、硫化工藝、線圈的結(jié)構(gòu)、配方、線圈生產(chǎn)環(huán)境等諸多因素有關(guān)。

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橡套電纜銅絲發(fā)黑的原因

橡套電纜銅絲發(fā)黑是多種因素造成的，不僅僅是橡皮的配方問題，還與銅絲本身所處的狀態(tài)、橡膠加工工藝、橡膠硫化工藝、電纜的結(jié)構(gòu)、護套橡膠配方、生產(chǎn)環(huán)境等諸多因素有關(guān)。

1、橡皮發(fā)粘和銅絲發(fā)黑的原因分析

1.1 銅絲本身的原因

在20世紀50到60年代，國內(nèi)大多數(shù)廠家均使用普通銅桿，銅含量為99.99%，均為有氧銅桿，生產(chǎn)方法都是銅錠加熱后經(jīng)多道壓延后制得黑色銅桿，經(jīng)過大、中、小拉將銅桿制成比較細的銅絲。因為銅本身不是無氧銅，在加工過程中銅絲表面難免出現(xiàn)氧化。

到了20世紀80年代，國內(nèi)引進了無氧銅桿的先進生產(chǎn)技術(shù)，以及國內(nèi)自行開發(fā)的無氧銅桿生產(chǎn)技術(shù)，使整個電線電纜行業(yè)均用上了無氧銅桿，這無疑是改善了銅絲的發(fā)黑問題。但由于對銅桿的加工，特別是韌煉工藝的掌握以及加工好的銅線芯存放的條件不好，使銅線芯本身已有輕微的氧化，這也是銅絲發(fā)黑的原因之一。

1.2 橡膠配方的原因

20世紀50年代，橡膠絕緣均采用天然膠和丁苯膠并用配方。由于絕緣橡皮直接與銅線接觸，所以就不能直接使用硫磺作硫化劑，即使用很少的硫磺也會使銅線發(fā)黑。必須使用一些能夠分解出游離硫的化合物，如前面提到過的促進劑TMTD 、硫化劑VA-7，同時還要配合一些硫化促進劑來提高硫化速度和硫化程度，確保絕緣橡皮的物理機械性能和電氣性能。但從絕緣橡皮的彈性、強力和永久變形看，都不如加有硫磺的橡皮（如果不考慮銅絲發(fā)黑的話）。幾十年的實踐已經(jīng)證實TMTD 無法解決銅絲的發(fā)黑問題。

另外，絕緣橡皮要有各種顏色，紅、藍、黃、綠、黑是基本顏色，這些顏色的出現(xiàn)也會促使橡皮發(fā)粘和銅絲發(fā)黑。配方中的主要填充劑是輕質(zhì)碳酸鈣和滑石粉，由于價格的關(guān)系，有些廠家為了降低成本，用價格特別便宜的碳酸鈣和滑石粉，這些填充劑粒子粗、游離堿的含量大、雜質(zhì)多，所以物理機械性能比較差，電性能不好，還容易造成銅絲發(fā)黑。

還有的廠用活性超細碳酸鈣來提高絕緣橡皮的物理機械性能，而活性鈣多數(shù)是用硬脂酸來處理的，這種酸也是促使銅絲發(fā)黑的原因。硫化劑VA-7的使用，可以改善銅絲發(fā)黑，但由于硫化程度不夠，橡皮的永久變形大，會造成橡皮發(fā)粘。特別是加入促進劑ZDC 以后，提高了硫化速度，為了防止焦燒，還要加入促進劑DM 來延緩焦燒時間。

從促進劑ZDC的結(jié)構(gòu)看，是在TETD 結(jié)構(gòu)中兩個相連接的硫中間接上一個金屬鋅，結(jié)構(gòu)式為S S H5C2 ‖ ‖ H5C2 ＞N-C-S-Zn-S-C-N ＜ H5C2 H5C2 與TETD 結(jié)構(gòu)式 S S H5C2 ‖ ‖ H5C2 ＞N-C-S-S-C-N ＜ H5C2 H5C2 十分接近，在配方中還無法避開和秋蘭姆相似的結(jié)構(gòu)銅絲發(fā)黑可能時間略長一點，但沒有從根本上解決。

2、從電線電纜結(jié)構(gòu)分析

2.1 銅的催化老化是橡皮發(fā)粘的重要原因。

前蘇聯(lián)電纜科學(xué)研究院試驗證明：硫化過程中銅從與橡膠接觸處滲入到絕緣橡膠中，1.0-2.0mm 厚度的絕緣橡皮含銅0.009-0.0027%。眾所周知，微量銅對橡皮有極大的破壞作用，也就是我們通常說的重金屬對橡膠的催化老化。

在絕緣硫化過程中，秋蘭姆析出若干游離硫與銅反應(yīng)，形成活性含銅基團 CH3 │ CH2-CH-C-CH2- │ │ S S │ │ Cu Cu 在老化時，較弱的-S-S-鍵斷裂，形成活性含銅基：Cu-S-，它與橡膠作用，同時與氧作用，破壞橡膠的長鍵分子，使橡膠變軟變粘，是低分子鏈的組合。法國橡膠研究院研究發(fā)粘重現(xiàn)問題時也指出：如果橡膠中含有有害的金屬，如銅、錳等重金屬鹽類，那么不管促進劑的種類，均會發(fā)生橡膠發(fā)粘現(xiàn)象。

2.2 橡套電纜中硫磺向絕緣橡皮和銅線表面的遷移

前蘇聯(lián)科學(xué)家應(yīng)用放射性同位素證實了電纜護套橡膠中硫擴散的可能性。以天然橡膠為基的硫化膠中，在130-150℃的溫度下，游離硫的擴散系數(shù)約為10-6cm/s。連續(xù)硫化的生產(chǎn)廠，硫化護套橡膠時，溫度在185-200℃之間，這個擴散的系數(shù)就更大。

由于橡套游離硫的擴散，改變了秋蘭姆橡膠的結(jié)構(gòu)，可能形成多硫鍵。這些多硫化合物通過化學(xué)分解和化合實現(xiàn)遷移，即“ 化學(xué)擴” 。由于遷移的結(jié)果，不僅可改變絕緣橡皮的結(jié)構(gòu)，降低其耐熱性，而且硫與銅表面反應(yīng)，形成硫化銅和硫化亞銅，導(dǎo)致銅線發(fā)黑。反過來，硫化銅和硫化亞銅加速橡膠的老化，又導(dǎo)致發(fā)粘現(xiàn)象的發(fā)生。

3、加工工藝方面的原因

3.1 橡料加工方面的原因

在以天然膠和丁苯膠并用為基礎(chǔ)的絕緣配方中，天然膠需要通過塑煉來提高橡膠的可塑性。有些大廠為了產(chǎn)量，用密煉機塑煉，還要加入少量的化學(xué)增塑劑--促進劑M 來提高塑性。如果塑煉溫度和生膠濾橡時的溫度控制不好，出現(xiàn)140℃以上的高溫，當(dāng)生膠放到開煉機上緩慢通過滾筒，而上面的積膠由于受到熱氧和促進劑M 的同時作用，會發(fā)現(xiàn)橡膠表面好象涂了一層油，實際上是橡膠分子在化學(xué)增塑劑的促進下斷鏈比較嚴重，產(chǎn)生了比較軟和粘的較小分子量橡膠。

雖然后來與丁苯膠并用混煉出絕緣橡料，這些小分子量的天然膠被均勻地分散在膠料中，這些膠料擠包在銅絲上進行連續(xù)硫化后，當(dāng)時可能看不出什么問題，但已經(jīng)為橡膠粘銅絲埋下了一個隱患，也就是說，這些小分子量的天然膠將首先出現(xiàn)局部粘銅絲現(xiàn)象。

絕緣橡皮加硫化劑和促進劑的工藝也十分重要。有些小廠在開煉機上加硫化劑，就是將裝有硫化劑的罐子，在滾筒的中部倒入，中間很多，而兩邊較少。當(dāng)硫化劑吃入橡皮中，翻三角的次數(shù)較少，會使硫化劑在橡料中分布不均勻。這樣在擠包連續(xù)硫化時，含硫化劑比較多的地方很容易出現(xiàn)銅絲發(fā)黑現(xiàn)象，在發(fā)黑的地方時間一長，還會出現(xiàn)橡皮粘銅絲的現(xiàn)象。

3.2 絕緣橡皮硫化方面的原因

有些企業(yè)為了追求產(chǎn)量，連續(xù)硫化管只有60米長，蒸汽壓力是1.3Mpa，而硫化速度要開到120米/分，這樣絕緣橡膠在管中的停留時間只有30秒。

橡皮本身是熱的不良導(dǎo)體，絕緣線芯表面溫度大于190℃，當(dāng)溫度傳熱到與銅線接觸的里層橡皮時，又被銅線吸熱，銅線升溫到與里層橡皮溫度接近時，硫化的橡皮電線芯已經(jīng)出硫化管了。這樣里層橡皮溫度比較低，大約為170℃，停留只有幾秒鐘就出硫化管，進入冷卻和收線，絕緣橡皮就會硫化不足。為了達到足夠的硫化。促進劑TMTD 的用量（作硫化劑用）高達3.4%，過量的硫化劑，在硫化過程中放出的游離硫也多，除供交聯(lián)橡膠分子外，還有多余的游離硫。這是促使銅線表面發(fā)黑的原因。

總之，解決銅線發(fā)黑的問題，難度仍然較大，從銅絲到橡皮的每一道工序都要認真對待，才能取得較好的效果。膠種選擇和硫化體系的采用仍是問題的關(guān)鍵所在。這個問題的解決需要經(jīng)歷時間的考驗。