軌道交通用電纜護套“刮白”產生的原因分析與質量改進

曾 軒

（株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

軌道交通用電纜護套“刮白”產生的原因分析與質量改進

曾 軒

（株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

為解決軌道交通用電纜護套“刮白”問題，從護套材料組成的角度分析了護套“刮白”現象產生的原因，提出了調整材料中阻燃劑粒徑及其分布、添加適量表面活性劑或偶聯劑對無機阻燃劑進行表面處理、提高絕緣和護套交聯程度、添加恰當的防刮傷助劑和適當提高材料硬度等質量改進方案。

軌道交通用電纜；護套；刮白

0 引 言

隨著國內軌道交通的快速發展，與其配套的電線電纜產品需求也與日俱增。從起步之初幾乎全部采購進口電纜到現在大量使用國產電纜，國產的軌道交通車輛用電纜已逐漸取代進口電纜產品，其產品性能符合相關標準要求。由于標準要求電纜護套材料為低煙無鹵阻燃材料，為了達到一定的阻燃效果，材料中需要添加相當量的白色粉末狀無鹵阻燃劑。電纜在生產、運輸及使用的過程中，不可避免地會相互產生摩擦或者受到硬物的摩擦，嚴重時會出現白色刮痕，被業內稱為“刮白”，對電纜的外觀質量產生很大的影響［1］。因此，如何提高電纜的耐刮磨性能是一個非常重要且亟待解決的問題。

1 軌道交通用電纜現行標準

目前，軌道交通用電纜的常用標準如表1所示。

表1 軌道交通用電纜的常用標準

2 電纜護套“刮白”產生的常見工序

電纜護套“刮白”現象主要發生在以下工序：

（1）在護套擠出時，電纜經過導線輪，當導線輪表面有損傷或轉動不順暢時，容易產生“刮白”現象；

（2）在輻照工序中，電纜在輻照設備內穿行時，如牽引張力過大容易造成護套“刮白”；

（3）在下線、搬運和布線中特別是需要穿管拖曳時，都有可能造成電纜護套“刮白”。

總之，在所有可能發生相互摩擦或和外物碰撞的地方均有可能導致電纜護套“刮白”的產生。這種刮擦痕跡雖然較輕微時可以擦除，通常也不會影響到電纜的使用性能，但影響了電纜外觀質量。對于電纜外觀質量要求特別嚴格的場合，這種情況很難獲得客戶的認可。

3 電纜護套“刮白”現象產生的原因分析

3.1 電纜護套的材料組成

軌道交通用電纜護套材料的主要基料為乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）。由于在分子鏈段中引入了極性基團（乙酸酯），提高了分子鏈的柔韌性、耐沖擊性、熱密封性及與填料的相容性，因此EVA材料在較寬的溫度范圍內具有良好的柔韌性、耐沖擊強度和耐環境應力開裂等性能。在EVA基料的基礎上，添加增塑劑、阻燃劑、防老劑和交聯劑等配合材料，共同組成混合物配方，并通過混煉工序制成適合擠出的顆?；蚰z片。

3.2 “刮白”現象產生的原因

EVA的分子主要由碳、氫原子組成，材料本身為易燃物質。為了達到阻燃效果，電纜生產廠家在材料配方中添加了較多的無鹵阻燃劑。目前使用的無鹵阻燃劑主要為氫氧化鋁和氫氧化鎂，這類阻燃劑多為白色粉末狀物質，若電纜表面受到摩擦后很容易出現白痕。

此外，客戶方通常希望電纜具有一定的彎曲性能，為確保線纜的柔軟性，電纜生產廠家使用的材料相對較軟，而一般軟質材料本身就容易受到摩擦而損傷。同時電纜在生產和使用過程中都難以避免會發生摩擦，嚴重時便會出現白痕。電纜受到摩擦前后護套表面的對比照片如圖1所示。圖1右側為刮磨前的電纜，表面完好，左側為刮磨后的電纜，表面出現白色痕跡。

圖1 電纜刮磨前后護套表面的對比照片

4 電纜“刮白”現象的解決方案

4.1 調整阻燃劑粒徑及其分布

現材料配方中使用的阻燃劑如氫氧化鎂、氫氧化鋁等，粒徑約為1～5μm。一般情況下，阻燃劑的粒徑越小，分布越窄，生產出來的護套材料的性能會越好。通過試驗，采用0.1～1μm粒徑的阻燃劑對電纜刮磨產生的白色刮痕有較好的改善作用。

4.2 添加適量表面活性劑或偶聯劑對無機阻燃劑進行表面處理

氫氧化鎂、氫氧化鋁作為無機阻燃劑，雖然無毒、不揮發、價廉、阻燃，以及在燃燒時無二次污染物，但是其添加量必須在50%以上時，才能充分發揮阻燃效果。這么高的填充量勢必影響高聚物與無機填料的相容性和力學性能，因為無機填料和有機高聚物在物理形態和化學結構上極不相同，兩者親和性差。如果直接填充，會造成分散不均，而且粒徑較大者還會成為復合材料的應力集中點，成為材料的薄弱環節，這樣不僅會限制填充劑在聚合物中的添加量，而且還會嚴重影響到電纜性能［2］，并會造成電纜“刮白”現象的產生。

為改善聚烯烴類材料與氫氧化鋁、氫氧化鎂的界面親合力，一般加入適當的表面活性劑或偶聯劑對無機阻燃劑進行表面處理，進而達到有效提高材料的阻燃性、改善材料的擠出加工性能、提高電纜的電氣性能和降低電纜生產成本的目的。常用的偶聯劑有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑。

4.3 提高絕緣和護套的交聯程度

絕緣和護套材料經交聯后，材料分子結構由線型轉變成立體網狀結構，材料性能得到了優化。交聯度是衡量材料交聯程度的指標，交聯度越高，也就是單位體積內的交聯鍵越多，材料交聯越充分，分子間結構越穩定，材料性能如抗拉強度、耐油性能等越好。

經試驗，交聯度與電纜產品表面摩擦效果的關系見表2。由表2可以看出，電纜交聯度越低，電纜表面受到摩擦后白色痕跡越明顯，也就是越容易產生“刮白”。當交聯度在96%以上時，材料分子間結構更穩定，可有效提高電纜的耐刮磨性。

表2 材料交聯度與電纜表面摩擦效果的關系

4.4 添加合適的防刮傷助劑

在材料中添加防刮傷助劑，降低材料表面的摩擦系數，可提高電纜的耐刮磨性。關鍵在于尋找到合適的防刮傷助劑，既能與材料中的其他組份有效結合，又能在不影響其他性能的前提下，提高電纜的耐刮磨性。經過試驗，發現部分防刮傷助劑添加后能提高耐刮磨性，但經過一段時間后，電纜表面會析出一些白色物質，但可擦除，電纜生產廠家習慣稱之為“噴霜”，這是由于其中一些不穩定的小分子物質在一定的溫度和濕度環境下析出在電纜表面，雖然不影響電纜性能，但會影響電纜外觀質量，這也是我們不希望看到的。目前，電纜生產廠家及材料供應商都在進行相關研發工作，研究添加何種恰當的防刮傷助劑。

4.5 適當提高材料硬度

適當提高材料硬度，對解決電纜“刮白”問題有一定幫助。雖然大部分的客戶都希望電纜越柔軟越好，但現行電纜標準中對電纜柔軟性并沒有提出衡量的指標，所以電纜的柔軟性可以根據客戶要求和電纜的使用狀況綜合決定。電纜生產廠家認為在不影響電纜的使用、安裝、維護和敷設的前提下，可適當提高護套材料的硬度。

5 結束語

本文分析了軌道交通用電纜護套“刮白”現象產生的主要原因，提出了相應的改善措施。經生產實踐，能提高電纜的耐刮磨性能，有效解決護套“刮白”問題。

［1］ 王林，李玉虎，程慶，等.無鹵阻燃電線電纜料的耐刮擦性能研究［J］.合成材料老化與應用，2014，43（6）：15-19.

［2］ 侯海良，高海峰.環保型電線電纜材料的現狀及發展思考［J］.電線電纜，2006（3）：1-3.

Causal Analysis and Quality Im provement of the“Scraping W hite”of Cable Sheath for Rail Transit

ZENG Xuan
（Zhuzhou CRRC Times Electric Co.，Ltd.，（TEC），Zhuzhou 412001，China）

In order to solve the problem of rail transit for cable sheath“scraping white”，from the perspective of the sheath material produced“scraping white”phenomenon，put forward to adjust the flame retardantmaterial particle size and its distribution，adding surfactant or coupling agent to improve the inorganic flame retardant surface treatment，improve insulation and sheath crosslinking the degree and quality of anti scratch and add appropriate additives to increase the hardness of cable“scraping white”phenomenon of appropriate improvement scheme.

cable for rail transit；sheath；scraping white

TM246.9

：A

：1672-6901（2016）06-0027-03

2016-07-06

曾 軒（1976-）男，高級工程師.

作者地址：湖南株洲市石峰區田心高科園時代電氣物流中心［412001］.