金屬銅原子序數為29,隸屬于過渡金屬,密度是/cm3,熔點℃,具有良好的導熱和導電性能,但在潮濕的空氣中金屬銅表面與氧氣發生化學反應,生成Cu2(OH)2CO3,即銅綠,通常電纜生產廠中銅氧化多顯示表面發黑,正是這種銅導體表面氧化現象的存在,困擾著眾多電纜企業.
我們在日常生產觀察與大量資料調研中發現,通過優質銅桿選擇、有效控制拉絲工藝及乳化液濃度和溫度、鈍化處理銅導體絞合或束絞銅絲表面、后續工序優化處理等手段,會有效控制電纜銅導體的質量、防止其氧化,會極大的提高工作效率,減少返工頻次,從而達到降低成本和提高內在產品質量的有益效果.本文中將以中壓電力電纜生產為例,從銅桿抵達生產廠、儲存、拉絲、絞合、內芯存放到絕緣擠出,對每個步驟有效控制措施進行分析.
▎中壓電力電纜生產過程中的銅導體防氧化控制
電纜用金屬銅從原理上講主要有物理方法阻隔銅與潮濕空氣接觸、陰極保護氧化還原法阻止銅導體氧化、化學方法在銅導體表面生產鈍化膜阻止氧化,抑或在導體表面噴涂特殊液體予以保護.以中壓電力電纜生產為例,每道工序防氧化控制的主要方法.
? 銅桿進廠前運輸、檢測及儲存
我國大多數電纜企業用銅基本外購,而多數企業往往忽視了銅桿進廠前運輸過程的控制,在江南及沿海地帶(江浙、閩粵)夏季較長且多雨,銅桿基本通過重型卡車運輸至公司,通過筆者了解,很多電纜企業沒有制定相應的銅桿供應商運輸規范、夏季雨天包裝規范等制度,這使得往往出現銅桿供應商發貨時銅桿表面完好無氧化發黑,而到達電纜企業用戶面前時則出現銅桿表面發黑現象,帶來了不必要的麻煩.
銅桿進廠檢驗基本依照GB/T 或電纜企業企標,有嚴格的程序.銅桿的儲存一般電纜企業均放在倉庫里,一般企業有較為嚴格的儲存管理辦法,在銅桿儲存時,尤其是夏季雨天,一定要用塑料布或塑料薄膜覆蓋銅桿,用最簡單的物理阻隔法阻止銅桿與潮濕空氣的接觸制,而這一點往往受到電纜企業的忽視.在車間領用銅桿時一定要逐個銅桿卷進行肉眼檢查是否有發黑現象,從生產源頭加以控制.
? 銅桿拉絲工序的控制
本階段以電力電纜最常用的8mm銅桿為例,如今拉絲時一般使用連續退火的銅大拉,需經過放線、拉絲與退火、冷卻、烘干、收線等過程,首選選取對應規格的模具,切不可過小,如過小會強制使金屬銅的晶格變異,加劇金屬溫度的急劇上升.
在開機前檢查乳化液的濃度,確保濃度合格,在放線過程中,應保持放線張力穩定、均勻,不可過度顫動(顫動不可避免),拉絲過程中操作者應密切關注退火溫度的變化,拉絲后導體硬化,延伸率變小,導體直流電阻率上升,拉絲候成圈時銅導體表面不應有殘余乳化液,此處需要操作者肉眼識別,在拉絲下盤后用透明塑料薄膜密封,存放于干燥環境之中,待流轉,但多數電纜企業因為嫌銅絲包薄膜麻煩而省略包薄膜工序.剛拉絲成圈的導體表面溫度高于室溫,如遇雨季會潛在氧化的風險.
? 銅絲絞合(束絞)與化學交聯擠出工序
以銅絲絞合為例,在導體絞合過程中,各單絲以規則絞合或不規則絞合等方式絞合,經過各道壓模后金屬銅晶格改變結構,在強外力作用下,過模后銅導體溫度較過模前有較大提高,尤其是緊壓導體、扇形導體等,且框絞機目前無在線退火或降溫裝置,因此銅導體外層易氧化,在絞合前,選擇合適的絞合模具、緊壓輪、排線器,調整收線與放線張力,設備調整完畢后,操作者肉眼觀察上盤銅絲與放線架中心銅絲的表面光潔度,確保無明顯黑點,再啟動機器.
一般電纜企業會在絞合工序(框絞機、籠絞機)中施加抗氧劑,抗氧劑的配方是%左右的苯并三氮唑酒精溶液,操作方法是將抗氧劑融入工業酒精之中,用輸液軟管滴入銅絲中,滴入標準以剛好浸潤銅絲為準,避免過少局部潛在氧化或過多浪費的現象發生,在所有防氧化工作準備穩妥后,再開機運轉.
收線處應保證收線盤干燥,收線盤裝滿后,用透明塑料薄膜密封,與銅絲拉制同理,很多電纜企業也省略了此步驟,若此步驟造成銅導體氧化,對低壓電纜影響尚低,對超高壓電纜而言,影響則不堪設想.銅導體在經過拉絲、絞合、儲存后,金屬銅晶格形態已基本穩定.化學交聯即在交聯劑、抗氧劑、耦合劑等條件下,將XLPE均勻的擠包在銅導體上.在將裝滿銅導體的放線盤啟動前,調整收放線張力,保證設備運行平穩.
▎總結
我國幾乎所有的電纜廠都面臨銅導體氧化的困擾,從金屬銅化學特性講,就是要保持金屬銅的還原性.在日常生產中,采用如下措施可減少銅導體氧化的幾率:
1) 選擇質優金屬銅桿,規范供應商運輸、交貨流程與制度,銅桿到公司后,采取透明塑料薄膜密封措施,銅導體拉制、絞合后都應采取透明塑料薄膜密封措施;
2) 采用合適的銅絲拉制工藝,定期檢查拉絲機的退火部件,優先選擇含抗氧劑的拉絲油,定期檢查乳化液濃度,保質期到期前一定提前更換;
3) 銅絲絞合、擠包絕緣工序采用鈍化處理技術;
4) 樹立質量意識,加強業務讓以上工序操作者清楚銅絲氧化帶來的不良后果.
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