生活電器用氯化聚乙烯絕緣105℃軟電線的抗機(jī)械損傷性能

高 峰， 王曉榮， 劉 洋

(1.東莞市聯(lián)升電線電纜有限公司，廣東東莞523920;2.衡陽(yáng)恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng)421008)

0 引言

在生活電器使用中，可能存在多種不利電線安全使用的環(huán)境:因物品的跌落或放置，對(duì)電線產(chǎn)生壓碾;因家具或座椅移動(dòng)，對(duì)電線產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊性的夾擠;因電器移動(dòng)或電線收放，在墻角或家具邊緣對(duì)電線產(chǎn)生磨擦和刮傷。為了防止觸電和引發(fā)火災(zāi)，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全。美國(guó)UL保險(xiǎn)商在電器制造商的提議下，在UL 62第18版中，通過(guò)對(duì)HPN軟線增加機(jī)械損傷性能要求，而新增HPN-R軟線。本公司對(duì)HPN-R軟電線抗機(jī)械損傷性能進(jìn)行了一段時(shí)間的摸索與試驗(yàn)，已取得了可喜成效，現(xiàn)就其中的問(wèn)題與大家交流與探討。

1 電線結(jié)構(gòu)與性能

1.1 電線結(jié)構(gòu)

以16AWG/2C電線為例，結(jié)構(gòu)尺寸和圖示見(jiàn)表1和圖1。

表1 HPN/HPN-R 16AWG/2C電線結(jié)構(gòu)尺寸(單位:mm)

圖1 HPN/HPN-R 16AWG/2C結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 主要性能

原HPN電線主要性能要求見(jiàn)表2。

1.3 新增-R性能要求

HPN-R電線是以HPN電線結(jié)構(gòu)和性能為基礎(chǔ)，增加抗機(jī)械損傷性能(-R)，包括磨損、夾擠、壓碾和撓曲四項(xiàng)要求，具體要求值見(jiàn)表3。

1.3.1 磨損測(cè)試與評(píng)定

表2 HPN主要性能要求

表3 HPN-R機(jī)械損傷性能要求

(1)取5條各100 mm長(zhǎng)的樣品。

(2)使用美規(guī)等級(jí)為1/2型的金鋼沙布，讓沙布的沙面向外，并緊緊包圍在直徑為88.9 mm的圓柱表面。

(3)每個(gè)樣品的末端吊(3.3±0.1)N的砝碼。

(4)電線扁平面平行于圓柱軸線，電線以每分鐘28個(gè)周期在沙布表面做水平行程為160 mm的來(lái)回磨損(見(jiàn)圖2)，每800個(gè)周期更換新的沙布。

(5)在磨完5 000個(gè)周期前，5個(gè)測(cè)試樣品不能有任何的導(dǎo)電部件外露。

圖2 磨損測(cè)試

1.3.2 夾擠測(cè)試與評(píng)定

(1)取5條各30 mm長(zhǎng)樣品。

(2)樣品扁平面置于水平的鋼板表面，電線軸垂直于夾擠器具的刀刃軸線。

(3)夾擠器具以5 mm/min的速度夾壓在電線表面(見(jiàn)圖3)，及到對(duì)電線的壓力值升到2 254 N，導(dǎo)體之間及導(dǎo)體與夾擠器具之間不能有任何的導(dǎo)通。

(4)刀刃圓弧半徑為1.19 mm。

圖3 夾擠測(cè)試局部

1.3.3 壓碾測(cè)試與評(píng)定

(1)取5條各30 mm長(zhǎng)樣品。

(2)樣品扁平面置于水平的鋼板表面。電線軸垂直于夾擠器具的刀刃軸線。

(3)夾擠器具以5 mm/min的速度下降，夾壓在電線表面壓力達(dá)890 N持續(xù)7 h(見(jiàn)圖4)，在持續(xù)的7 h期間，導(dǎo)體之間及導(dǎo)體與夾擠器具之間不能有任何的導(dǎo)通。

(4)刀刃圓弧半徑為1.19 mm。

圖4 壓碾測(cè)試

1.3.4 撓曲測(cè)試與評(píng)定

(1)取6條約100 mm樣品。

(2)給樣品施加負(fù)載電流和回路保護(hù)電流(見(jiàn)表3)。

表3 負(fù)載電流和回路保護(hù)電流 (單位:A)

(3)測(cè)試回路施加300 V工頻交流電。

(4)測(cè)試樣品向左右二個(gè)方向各彎曲90℃，以每分鐘20個(gè)周期進(jìn)行，電線尾端吊重110 g，在3 100個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)體之間不能有任何的導(dǎo)通，絕緣不可破損，導(dǎo)體斷裂數(shù)量不能超過(guò)10%。

2 機(jī)械損傷性能的摸索與試驗(yàn)

2.1 摸索與試驗(yàn)介紹

針對(duì)HPN-R電線四項(xiàng)機(jī)械損傷性能，我們主要從材料、工藝、結(jié)構(gòu)這三個(gè)方面進(jìn)行摸索與試驗(yàn)。抽測(cè)了多家HPN電線，磨損試驗(yàn)集中在2000～4 000次，夾擠試驗(yàn)最好的也在1 800 N壓力時(shí)絕緣破裂、壓碾試驗(yàn)在2～5 h出現(xiàn)導(dǎo)通。如何在符合基本性能要求的同時(shí)滿足抗機(jī)械損傷性能，并且保持性能的穩(wěn)定性和可操作性，這需要找到各項(xiàng)性能的平衡點(diǎn)，下面介紹幾個(gè)摸索案例。

2.1.1 工藝選擇

輻照交聯(lián)比蒸汽交聯(lián)操作簡(jiǎn)單、廢品率少、便于控制、制樣周期又短，較適合重復(fù)摸索與試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，撓曲試驗(yàn)輻照交聯(lián)也要好于蒸汽交聯(lián)，所以本公司選用了輻照交聯(lián)工藝進(jìn)行試驗(yàn)生產(chǎn)。

2.1.2 結(jié)構(gòu)選擇

為提高電線抗機(jī)械損傷性能，以物理學(xué)角度可通過(guò)增加或加厚防護(hù)層或改善損耗對(duì)象的方式。

(1)增大電線的厚度與寬度，實(shí)際上就增大了損耗對(duì)象的損耗量，可以在一定范圍內(nèi)提高抗機(jī)械損傷。但UL在認(rèn)證時(shí)對(duì)絕緣厚度有最大的限定，絕緣厚度增加值不能超出0.127 mm，我們選用了最大允許值，電線外觀從通常的3.8×7.6 mm提高到4.05×8 mm。

(2)在絕緣材料的內(nèi)部或外表，增加性能優(yōu)良的材料層，可提高抗損傷性能，曾嘗試過(guò)聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二甲酸丁二(醇)酯(PBT)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚氨酯(TPU)等材料，由于增加層的同時(shí)不能影響電線的VW-1阻燃、老化、耐油等性能，增加層的厚度同時(shí)受到了UL不成文規(guī)定的制約，增加后的效果不是很明顯，而且出現(xiàn)了因材料物理性能的差異，導(dǎo)致材料之間明顯的分層，最后放棄了通過(guò)增加層來(lái)改善機(jī)械損傷性能的方案。

2.1.3 材料配方摸索

材料主要成份:CPE橡膠45%;耐磨炭黑12%;滑石粉TALC 18%;增塑劑10%;其他助劑15%。

(1)增加耐磨炭黑含量以提高磨損性能，但耐磨炭黑具有導(dǎo)電性，會(huì)影響絕緣電阻。

(2)增加碳酸鈣、鎂強(qiáng)粉含量來(lái)提高夾擠、壓碾性能，會(huì)影響材料的軟硬度，使電線變硬，伸長(zhǎng)率下降。

(3)提高材料的交聯(lián)度來(lái)提高夾擠、壓碾性能，增加交聯(lián)助劑量和輻照劑量，會(huì)使絕緣材料老化后變脆，老化后的伸長(zhǎng)殘余變小。

綜合上述問(wèn)題的出現(xiàn)，同時(shí)考慮電線的力學(xué)、絕緣、老化等性能，采用了 CPE與三元乙丙橡膠(EPDM)和線性低密度聚乙烯(LLDPE)并用方式，在CPE中并入12%～25%EPDM和5%～10%LLDPE，混煉均勻的CPE混合物經(jīng)交聯(lián)后，能較好地解決絕緣電阻、老化、機(jī)械損傷等性能。

2.2 檢測(cè)結(jié)果

本公司在2010年分別送樣UL和ETL測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果全部符合要求，并取得了認(rèn)證和生產(chǎn)許可，部分UL檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 HPN-R性能測(cè)試

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了生活電器用CPE絕緣105℃軟電線的主要性能要求，特別對(duì)新增加的抗機(jī)械損傷性能要求進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并且從工藝、材料、結(jié)構(gòu)三個(gè)方面對(duì)抗機(jī)械損傷性能進(jìn)行了探討。如何進(jìn)一步提高性能穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，是接下來(lái)需要解決的問(wèn)題。相信隨著時(shí)間的推移、技術(shù)水平的提高和經(jīng)驗(yàn)的積累，這些問(wèn)題都能逐步得到解決。

［1］汪景璞，鄒元傳.電纜材料［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［2］UL 62—2010 18thedition Fexible cords and cables［S］.

［3］UL 2556—2007 Wire and cable test methods［S］.

［4］徐曼立.高聚物的輻照交聯(lián)［J］.電線電纜，1986(6):13-19.

［5］歐迪恒.氯化聚乙烯的配合與加工［J］.電線電纜，1996(2):17-19.

［6］王柏東，曾立平，劉吉兆.氯化聚乙烯HPN線材料的研制［J］.橡膠工業(yè)，2005(12):12-14.