薄壁絕緣機車車輛電纜的改進與研制

安徽華菱電纜集團有限公司 康雪峰 潘國強 黃偉峰 朱學勇

1.引言

我國目前已對機車車輛、地鐵、輕軌等城市交通運輸投入大量資金進行升級換代或改造.以緩解交通運輸和城市路面擁擠的狀況，但目前我國與其相匹配的電線電纜質量參差不齊。

由于機車車輛電纜主要使用在通訊照明、電器、機車箱體之間的動力連接等場所，這就要求機車車輛電纜具有耐高低溫、外徑小、重量輕、低煙無鹵阻燃電氣性能和機械物理性能優異等特性要求，特別適用于升級換代、出口配套和要求高速重載的機車車輛、地鐵、輕軌等設備的動力傳輸和各種控制系統。又由于該電纜均是采用稱之為“潔凈”的低煙無鹵材料為絕緣的，其主要是在火災環境下燃燒產生很低的煙霧和微量的毒性氣體，從而為現場救援人員及內部受災人員創造了一個良好的生存和救護環境，同時又由于產生的鹵素很少，因此又減少了因火災給精密儀器設備等造成的“二次災害”，特別是像機車車輛、地鐵等這樣密閉性更強的環境，電纜的低煙無鹵特性尤為重要。

2.設計思路

基于機車車輛電纜性能的苛刻要求，傳統的絕緣加工工藝以及單一的電纜絕緣材料無法滿足要求，本文正是從絕緣的選材及加工工藝入手，目的是提升線纜的整體綜合性能，滿足耐高低溫、外徑小、重量輕、低煙無鹵、阻燃電氣性能和機械物理性能優異等特性要求。

機車車輛電纜材料大多采用以高能電子射線對有機熱縮性材料進行輻照而使其由線性高分子轉變成三維立體網狀交聯結構，即以熱塑性轉化為不溶熔的熱固態物質，以使電線電纜的工作溫度由原來的70℃達到了125℃，短路抗過載溫度由原來的160℃達到了250℃。同時亦改善和提高了物理機械性能，又大大降低了電線電纜的成品外徑。輻照交聯方式可避免被化學交聯破壞低煙無鹵特性，是機車車輛、地鐵車輛等密閉性強的場所使用的最佳選擇方案。而目前國內的絕緣材料普遍存在一個現象，即材料的電氣性能與機械物理性能往往難以平衡，滿足了電氣性能，機械物理性能就可能有所欠缺，滿足了機械物理性能，電氣性能就可能會有所折扣。主要體現在絕緣電阻、低煙無鹵性能、阻燃性能難以平衡。所以我們采用了材料性能優化整合的方法，即采用雙層共擠擠塑設備，將兩種絕緣材料共擠使用。其兩種絕緣材料的性能各有千秋，通過雙層共擠設備，將其形成一個整體絕緣層，在材料性能上取長補短，提高絕緣的整體綜合性能，滿足設計使用要求。

3.電纜性能指標的確定

為了保證機車車輛電纜耐高低溫、外徑小、重量輕、低煙無鹵阻燃電氣性能和機械物理性能優異等特性要求，應滿足以下幾個主要技術指標。

3.1 電纜的機械性能和電性能

符合GB/T12528-2008的要求。

3.2 電纜的透光率

按照GB/T17650.1-1998規定的條件下進行試驗，其透光率應不低于80%。

3.3 電纜的阻燃性能

單根電纜垂直燃燒試驗按GB/T18380.12-2008規定的條件下進行，其試驗結果符合規定要求；成束電纜燃燒試驗按GB/T18380.36-2008規定的條件下進行，其試驗結果符合規定要求。

4.電纜材料指標的確定

電纜材料的性能直接影響的電纜整體性能指標。目前機車車輛電纜所有使用的材料絕大多數為輻照交聯材料，其耐溫等級、抗過載能力、物理機械性能、使用壽命等具有獨特的優勢。該電纜絕緣的內外層材料的性能指標(輻照后)見表1。

表1 絕緣的性能指標(輻照后)

兩種材料的性能指標從表1的數據對比中可看出：

(1)內層絕緣材料，主要體現在優異的電氣性能、物理機械性能和燃燒時無煙性能。

(2)外層絕緣材料，主要體現在高氧指數，以提高線纜的阻燃性能。

5.樣品試制

例如一種機車車輛電纜(單芯1.5mm2)，絕緣的標稱厚度0.3mm，試制三個試樣，分別采用三種絕緣擠出工藝：

表2 試驗結果對比表

A試樣：采用絕緣X單層擠出；B試樣：采用絕緣Y單層擠出；C試樣：采用絕緣X+Y雙層擠出，內層厚度(X絕緣)0.1mm，外層厚度(Y絕緣)0.2mm。

X和Y絕緣擠出溫度控制(℃)：1區140±10，2區150±10，3區150±10，法蘭150±10，機頭160±10，模套160±10。對這第三個試樣進行同條件的型式試驗，試驗結果如表2所示。

通過兩種材料的擠出溫度可看出，擠出溫度幾乎相當，并且這兩種材料極性相同，根據相似相容原則，采用雙層共擠工藝，在擠出過程中兩種絕緣材料可緊密粘合，幾乎能做到“無縫連結”，杜絕空氣在兩層之間的存在，這對進一步提高電纜的阻燃性能有很大的作用。

6.結束語

通過樣品的試制以及試驗數據的對比表明，采用雙層共擠工藝能夠有效的體現兩種材料的獨特性能，取長補短，使得電纜具有優異的電絕緣性能、阻燃性能、優異的低煙無鹵性能，從而提高產品的綜合性能指標，滿足設計使用要求。

[1]GB/T18380.36-2008.電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第36部分:垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗D類.