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【學(xué)術(shù)精選】歐標(biāo)鋁塑復(fù)合帶屏蔽綜合護(hù)套的生產(chǎn)工藝探討

來(lái)源: 作者: 時(shí)間:2024-07-17
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當(dāng)電纜系統(tǒng)敷設(shè)在地下、易積水的地下通道或水中時(shí),為防止水蒸氣和水進(jìn)入電纜絕緣層,保證電纜使用壽命,電纜應(yīng)采用徑向不透水的阻擋層結(jié)構(gòu),阻擋層包括金屬護(hù)套及金屬塑料復(fù)合護(hù)套。鉛、銅、鋁等金屬材料常用作電纜的金屬護(hù)套;金屬塑料復(fù)合帶和聚乙烯護(hù)套組成電纜的金屬塑料復(fù)合護(hù)套。金屬塑料復(fù)合護(hù)套又稱綜合護(hù)層,其特點(diǎn)是柔軟、輕便,且水的透過(guò)性遠(yuǎn)小于塑料、橡皮護(hù)層,適用于防水性能要求較高的地方,但與金屬護(hù)套相比,金屬塑料復(fù)合護(hù)套仍有一定的透氣性。


在國(guó)內(nèi),鋁塑復(fù)合帶通常采用雙面覆膜結(jié)構(gòu),即在鋁箔兩面各覆有一層厚度為0.04~0.06mm的乙烯共聚物塑料膜,形成“塑料膜”-“鋁箔”-“塑料膜”的多層復(fù)合結(jié)構(gòu),用作電力電纜的防水護(hù)層。


在HD 620 S2:2009,NF C33-226:2016,UNE 211620:2020等歐洲中壓電纜標(biāo)準(zhǔn)中,采用單面覆膜鋁塑復(fù)合帶作為電力電纜的綜合防水護(hù)層。單面覆膜鋁塑復(fù)合帶的金屬層與絕緣屏蔽直接接觸,同時(shí)起到金屬屏蔽的作用。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)中,需要檢測(cè)鋁塑復(fù)合帶與電纜護(hù)套之間的剝離力并進(jìn)行耐腐蝕試驗(yàn),以衡量電纜的徑向阻水能力;同時(shí),也需要測(cè)量鋁塑復(fù)合帶的直流電阻,衡量其承載短路電流的能力。


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鋁塑復(fù)合帶分類

鋁塑復(fù)合帶由鋁基帶及表面貼覆的塑料薄膜組成,鋁基帶厚度一般為0.05,0.15,0.20mm。塑料層大多采用乙烯共聚物,塑料層在70~90℃之間即可軟化,采用熱貼式生產(chǎn)法將塑料層覆于鋁基帶材表面。熱貼式生產(chǎn)法是將鋁基帶材和塑料層對(duì)正后,將鋁基帶材加熱到170~200℃范圍內(nèi),經(jīng)輥輪輥壓后將塑料層和鋁基帶材黏合的生產(chǎn)工藝方法。


根據(jù)鋁基帶材貼覆的塑料薄膜層數(shù)不同,可分為雙面覆膜鋁塑復(fù)合帶和單面覆膜鋁塑復(fù)合帶兩種縱包工藝,其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。


圖1 鋁塑復(fù)合帶的結(jié)構(gòu)示意圖


由圖1(a)可知,雙面覆膜鋁塑復(fù)合帶和聚乙烯、聚烯烴等護(hù)套組成的中低壓電力電纜和光纜的綜合防水防潮護(hù)層,起到徑向阻水和防潮的作用。由圖1(b)可知,單面覆膜鋁塑復(fù)合帶大多用于通信電纜的金屬屏蔽。


在歐洲的一些標(biāo)準(zhǔn)中,單面覆膜鋁塑復(fù)合帶除用作綜合防水護(hù)層外,也被用作中壓電纜的金屬屏蔽,與銅屏蔽相比,鋁帶屏蔽具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),為了降低電纜成本,單面覆膜鋁塑復(fù)合帶金屬屏蔽也逐漸被國(guó)內(nèi)的客戶接受。

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鋁塑復(fù)合帶的縱包工藝

鋁塑復(fù)合帶的縱包工藝是指將鋁塑復(fù)合帶經(jīng)過(guò)一系列的模具變形,由原來(lái)的平板狀變成管狀,并對(duì)鋁塑復(fù)合帶兩條邊緣進(jìn)行黏結(jié)的工藝過(guò)程。鋁塑復(fù)合帶兩條邊緣搭接平整、光滑,邊緣黏結(jié)緊實(shí),未出現(xiàn)鋁塑剝離是鋁塑復(fù)合帶縱包工藝的理想目標(biāo)。


可采用縱包喇叭模、穩(wěn)線模、定徑模組成的縱包模具實(shí)現(xiàn)將鋁塑復(fù)合帶從平板狀變成管狀的過(guò)程,鋁塑復(fù)合帶縱包成型模具流程示意圖見圖2,管狀鋁塑復(fù)合帶的兩條邊緣黏結(jié)可采用熱黏結(jié)和冷黏結(jié)兩種工藝。


圖2 鋁塑復(fù)合帶縱包成型流程示意圖


由圖2可知,縱包喇叭模將鋁塑復(fù)合帶由原來(lái)的平板狀結(jié)構(gòu)變成類似管狀的結(jié)構(gòu);穩(wěn)線模使鋁塑復(fù)合帶進(jìn)一步變形,確保管狀鋁塑復(fù)合帶的內(nèi)徑接近于纜芯外徑;定徑模固定管狀鋁塑復(fù)合帶的內(nèi)徑值,以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。


鋁塑復(fù)合帶很薄,在縱包過(guò)程中容易產(chǎn)生斷帶、荷葉邊、鋁塑帶翹邊、回彈等質(zhì)量缺陷,這些質(zhì)量缺陷又會(huì)影響到電纜護(hù)套的表面質(zhì)量。相比電纜內(nèi)在質(zhì)量問(wèn)題,電纜表面質(zhì)量問(wèn)題更易被客戶發(fā)現(xiàn),進(jìn)而產(chǎn)生退貨等損失。在鋁塑復(fù)合帶縱包工藝過(guò)程中,應(yīng)注意如下幾個(gè)方面。


首先,鋁塑復(fù)合帶縱包工藝對(duì)纜芯外徑的均勻性要求十分嚴(yán)格??v包喇叭模、穩(wěn)線模和定徑模的出線孔的直徑均需要根據(jù)纜芯外徑進(jìn)行設(shè)計(jì)、匹配。當(dāng)電纜纜芯直徑不均勻時(shí),在纜芯直徑大的位置鋁塑復(fù)合帶極易斷帶,斷帶經(jīng)常發(fā)生在縱包喇叭模和定徑模的兩個(gè)出口位置。當(dāng)縱包喇叭模和定徑模出口的直徑小于纜芯的最大外徑時(shí),鋁塑復(fù)合帶會(huì)被模具拉斷。在纜芯直徑小的位置,鋁塑復(fù)合帶和下層纜芯結(jié)構(gòu)包覆不緊,纜芯易松脫。


根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),喇叭模、穩(wěn)線模和定徑模出口直徑比電纜纜芯直徑大1.5~2.5mm。工藝技術(shù)人員可以結(jié)合纜芯直徑的均勻程度,適當(dāng)調(diào)整模具的直徑配置,解決鋁塑復(fù)合帶縱包過(guò)程中的斷帶質(zhì)量問(wèn)題。


其次,在鋁塑復(fù)合帶縱包過(guò)程中,若鋁塑復(fù)合帶與纜芯間的相對(duì)位置發(fā)生偏移變化,鋁塑復(fù)合帶通過(guò)縱包模具時(shí)兩條邊緣會(huì)產(chǎn)生不同程度的拉伸,使縱包后的鋁塑復(fù)合帶搭接邊緣產(chǎn)生不同程度的凸起,形似荷葉,行業(yè)內(nèi)將其稱為“荷葉邊”。通常,在鋁塑綜合護(hù)層生產(chǎn)引頭和收尾過(guò)程中,由于擠出機(jī)的前牽引和后牽引只有一個(gè)能夠起到牽引作用,導(dǎo)致電纜張力不均勻,鋁塑復(fù)合帶位置偏移而產(chǎn)生荷葉邊。


解決荷葉邊問(wèn)題有兩種方法:①優(yōu)化、設(shè)計(jì)縱包模具機(jī)臺(tái),使鋁塑復(fù)合帶與電纜纜芯的位置保持相對(duì)固定;②在電纜纜芯的引頭和收尾處各加一根輔助拉線,讓擠出機(jī)的前牽引和后牽引同時(shí)起作用,保證電纜受到張力的均勻。


最后,鋁塑復(fù)合帶縱包工藝中最主要的是鋁塑復(fù)合帶兩邊緣的黏結(jié)工藝,黏結(jié)不牢極易造成邊緣翹曲、鋁塑剝離等質(zhì)量問(wèn)題。鋁塑復(fù)合帶的縱包工藝有熱黏結(jié)工藝和冷黏結(jié)工藝兩種工藝。


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熱黏結(jié)工藝


熱黏結(jié)工藝是利用鋁塑復(fù)合帶的塑料層在70~90℃時(shí)會(huì)軟化的性能,在鋁塑復(fù)合帶變形過(guò)程中,使用熱風(fēng)槍或噴燈火焰對(duì)鋁塑復(fù)合帶搭接處的塑料層進(jìn)行加熱,利用塑料層軟化后的黏性將鋁塑復(fù)合帶兩條邊緣黏結(jié)到一起,再通過(guò)定徑模的壓力,將鋁塑復(fù)合帶的兩條邊緣粘貼牢固。


熱黏結(jié)工藝因采用熱風(fēng)槍和噴燈火焰等熱源加熱,易燙傷電纜纜芯和操作人員,存在一定的安全隱患。


熱黏結(jié)工藝依賴鋁塑復(fù)合帶塑料層在高溫軟化后產(chǎn)生的黏性,故僅適用于雙面覆膜鋁塑復(fù)合帶的縱包,單面覆膜鋁塑復(fù)合帶的縱包只能采用冷黏結(jié)工藝。


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冷黏結(jié)工藝


冷黏結(jié)工藝分為兩種,一種是在定徑模和擠出機(jī)機(jī)頭中間增加一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的穩(wěn)定模,使鋁塑復(fù)合帶在進(jìn)入擠出機(jī)的機(jī)頭前保持相對(duì)穩(wěn)定的管狀結(jié)構(gòu),穩(wěn)定模的出口靠近擠出機(jī)的模芯出口,鋁塑復(fù)合帶出穩(wěn)定模后立即進(jìn)入擠出機(jī)模芯,利用護(hù)套材料的擠出壓力使鋁塑復(fù)合帶繼續(xù)保持管狀結(jié)構(gòu),同時(shí)利用擠出塑料的高溫使鋁塑復(fù)合帶塑料層軟化進(jìn)而完成黏結(jié)工作。這種工藝技術(shù)適用于雙面覆膜鋁塑復(fù)合帶,其生產(chǎn)設(shè)備操作簡(jiǎn)單,但模具加工相對(duì)復(fù)雜,且鋁塑復(fù)合帶易回彈。


另外一種冷黏結(jié)工藝是采用熱熔膠黏結(jié),熱熔膠經(jīng)過(guò)擠膠機(jī)融化后在縱包喇叭模位置擠在鋁塑復(fù)合帶一側(cè)外邊緣,鋁塑復(fù)合帶兩條邊緣位置經(jīng)過(guò)穩(wěn)線模和定徑模后被熱熔膠黏連。這種工藝技術(shù)既適用于雙面覆膜鋁塑復(fù)合帶,也適用于單面覆膜鋁塑復(fù)合帶,其模具加工和生產(chǎn)設(shè)備操作均簡(jiǎn)便,但其黏結(jié)效果受熱熔膠質(zhì)量影響較大。

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熱熔膠的選擇

熱熔膠是冷黏結(jié)工藝的主要原材料,熱熔膠的質(zhì)量好壞嚴(yán)重影響鋁塑復(fù)合帶的黏結(jié)效果。


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黏度


黏度是流體對(duì)流動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的阻力,通常溫度越高,材料的黏度越小。在鋁塑復(fù)合帶縱包過(guò)程中,鋁塑復(fù)合帶從平板狀結(jié)構(gòu)逐漸變成管狀結(jié)構(gòu),鋁塑復(fù)合帶在管狀結(jié)構(gòu)下仍保留能夠使其變回平板狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)熱熔膠的黏度不足時(shí),管狀鋁塑復(fù)合帶的黏結(jié)邊緣會(huì)在其內(nèi)應(yīng)力的作用下回彈裂開。電纜外護(hù)套材料從擠出機(jī)的機(jī)頭擠出時(shí)仍為黏流態(tài),但回彈裂開的鋁塑復(fù)合帶會(huì)將電纜護(hù)套材料拉薄,甚至拉破,導(dǎo)致電纜產(chǎn)品質(zhì)量不合格。


熱熔膠有滾輪、擠出、刮膠和噴膠等4種上膠方式,電線電纜行業(yè)中大多采用擠出上膠方式。熱熔膠擠膠機(jī)的操作溫度通常在160~180℃之間,熱熔膠在160~180℃之間的黏度是穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo),操作溫度在160~180℃時(shí)熱熔膠之間的黏度不小于3000cps可以滿足生產(chǎn)需要。


聚乙烯或聚烯烴作為鋁塑復(fù)合帶綜合護(hù)層的外護(hù)套材料,外護(hù)套材料從擠出機(jī)的機(jī)頭擠出時(shí),會(huì)立即與鋁塑復(fù)合帶黏連在一起,外護(hù)套的熱量瞬間傳遞給熱熔膠。熱熔膠在外護(hù)套材料擠出溫度下的黏度也是穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo),熱熔膠在外護(hù)套的擠出溫度下、其黏度在2000cps以上時(shí)可以滿足生產(chǎn)需要。


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沸點(diǎn)


在鋁塑復(fù)合帶綜合護(hù)層生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)外護(hù)套鼓包的現(xiàn)象,其主要原因是選擇的熱熔膠的沸點(diǎn)過(guò)低。


沸點(diǎn)是液體沸騰時(shí)的溫度,在該溫度下液體內(nèi)部和液體表面會(huì)同時(shí)發(fā)生劇烈的汽化現(xiàn)象。在鋁塑復(fù)合帶綜合護(hù)層生產(chǎn)過(guò)程中,若外護(hù)套的擠出溫度高于熱熔膠的沸點(diǎn)溫度,熱熔膠會(huì)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。熱熔膠的汽化會(huì)增加外護(hù)套的擠出工藝難度,使外護(hù)套產(chǎn)生鼓包等質(zhì)量缺陷,根據(jù)外護(hù)套材料的擠出溫度,選擇合適沸點(diǎn)的熱熔膠,即可解決護(hù)套鼓包的問(wèn)題。


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軟化點(diǎn)


熱熔膠在軟化點(diǎn)溫度時(shí),其黏度會(huì)相差數(shù)十倍,軟化點(diǎn)是熱熔膠重要的技術(shù)參數(shù),該參數(shù)直接影響電纜的使用壽命。


大多數(shù)物體均具有熱脹冷縮的性質(zhì),熱脹冷縮的程度與物體的線性膨脹系數(shù)有關(guān)。鋁的熱膨脹系數(shù)約為2.35×10-5-1,交聯(lián)聚乙烯的熱膨脹系數(shù)約為1×10-5-1。


交聯(lián)聚乙烯是中壓電力電纜常用的絕緣材料,在電纜正常運(yùn)行過(guò)程中導(dǎo)體溫度可達(dá)90℃。通過(guò)計(jì)算軟件模擬,中壓電纜在40℃溫度下滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),絕緣的溫度約為80℃,鋁塑復(fù)合帶綜合護(hù)層的溫度約為73℃。本工作以18/30kV 1×630mm2中壓電纜為例,其絕緣標(biāo)稱厚度為8.0mm,而鋁塑復(fù)合帶的厚度為0.25mm。在電纜正常運(yùn)行狀態(tài)下,交聯(lián)聚乙烯絕緣的膨脹程度遠(yuǎn)比鋁塑帶的膨脹程度大。


采用不同軟化點(diǎn)的熱熔膠生產(chǎn)數(shù)段樣品,將樣品同時(shí)置于100℃的空氣烘箱中進(jìn)行觀察。經(jīng)過(guò)48h后,軟化的熱熔膠在樣品兩端會(huì)有不同程度的滲出,是由于交聯(lián)聚乙烯絕緣和鋁塑復(fù)合帶在高溫下的膨脹差產(chǎn)生的壓力所致。同時(shí),采用低軟化點(diǎn)的熱熔膠生產(chǎn)的樣品的護(hù)套均發(fā)生了不同程度的開裂,且開裂部位均在鋁塑復(fù)合帶邊緣搭接處;雖然軟化點(diǎn)高的熱熔膠生產(chǎn)的樣品兩端也有熱熔膠滲出,但護(hù)套表面均未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。



本工作對(duì)鋁塑復(fù)合帶作為電纜的金屬屏蔽層的生產(chǎn)工藝中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了探討,并給出了相應(yīng)的解決辦法。然而,為確保電纜系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,金屬屏蔽必須與電纜的絕緣屏蔽電氣相連,故必須采用單面覆膜鋁塑復(fù)合帶作為電纜的金屬屏蔽。如2.1節(jié)和2.2節(jié)中,熱黏結(jié)工藝只適用于雙面覆膜鋁塑復(fù)合帶,而采用熱熔膠的冷黏結(jié)工藝更適用于單面覆膜鋁塑復(fù)合帶。本工作供行業(yè)同仁進(jìn)行參考,也希望能夠解決一些生產(chǎn)過(guò)程中遇到的工藝問(wèn)題。



《電線電纜》1958年正式創(chuàng)刊,上海電纜研究所有限公司主辦,是電線電纜行業(yè)的電工技術(shù)類科技期刊。及時(shí)、全面地刊載國(guó)內(nèi)外電線電纜行業(yè)專業(yè)領(lǐng)域的新理論、新方法、新技術(shù)、新成果,引導(dǎo)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究融會(huì)貫通,推動(dòng)學(xué)科交叉融合,為電線電纜的研究、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用等方面構(gòu)建學(xué)術(shù)交流和科技開放平臺(tái)。主要欄目有綜述、線纜產(chǎn)品、線纜材料、測(cè)試技術(shù)、敷設(shè)運(yùn)行、工藝設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)交流等。歡迎來(lái)稿!

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來(lái)源 | 上纜所傳媒


編輯 | 常   佳

審核 | 何曉芳


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