聚氯乙烯绝缘电线产品制造质量控制的探讨

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摘要：文章从产品导体质量控制（包括拉丝模、液、退火、氧化）和绝缘挤塑质量控制（包括塑料、挤塑）两个方面来提高产品质量，就各工序质量控制要求进行了分析探讨，并提出了控制要求和建议。

关键词：聚氯乙烯；电线；质量；控制

中图分类号：TM244 文献标识码：A

近年来我国电气火灾时有发生，给人身和财产造成很大经济损失，而电线电缆质量不合格是引起电气火灾的重要原因。据央视《每周质量报告》得到的数据，2005年电气火灾占总火灾比例为21.9%，06年为23%，07年为28%，08年1-11月统计数据已上升到30%，在所有火灾起因中遥遥领先，而大部分的电气火灾都与聚氯乙烯电线绝缘老化、导体发热、发烫、接触不良引起有关。电线电缆产品不同于一般的商品，一当施工完毕，埋于墙体内，使用寿命都是几十年以上，而且在使用过程中很难更换和维修，随着时间的推移，电线绝缘性能会逐步降低，绝缘开裂后导体会加速氧化，从而电阻增加容易引起发热、发烫。因此，提高电线电缆产品质量是有效减少电气火灾的关键因素之一，笔者以下就以建筑工程中最常使用的BV、BVVB线为例，就各工序质量控制要求进行分析探讨，为企业生产提供借鉴。

1. 导体（铜丝）质量的控制

影响导体电阻的最主要因素为导体直径，其次为导体的纯度和导体表面质量（如氧化程度等）。1.1拉丝模质量的控制

一般导体的表面应圆滑、光亮、无毛刺、不氧化等。为了控制好导体直径，必须采用合格的拉丝模。但由于电线导体的生产是一个动态的过程。要做到导体表面圆滑、无毛刺和直径均匀一致，对拉丝模具的配比及设计非常重要。拉丝模的结构按工作性质可分为：入口区、区、工作区、定径区、出口区。模芯各区的作用分别是：入口区，方便穿线及防止铜丝从入口方向擦伤拉丝模；区，通过它使铜丝易于带入剂；工作区，是模孔的主要部分，铜丝的变形过程在这里进行，它对工作区的圆锥半角（模孔半角）设计要求较高；定径区的作用在于取得拉拔铜丝的准确尺寸；出口区是用于防止铜丝出口不平稳而刮伤铜丝表面。由上可见，在铜丝拉伸过程中，对拉丝模特别是最后一道模的质量要求非常高，因此一般拉丝最后一道模均采用进口聚晶模或钻石模。

随着拉丝速度的提高，拉丝模的寿命成为突出的问题。近年来，国内拉丝行业对“直线型拉丝模”和“弧线型拉丝模”进行了广泛的讨论，直线型拉丝模入口区、区合二为一，具有使减少的趋势，使剂进入工作区前就受到一定的压力，从而引起更好的效果。如果入口区和工作区加长，可以建立较好的压力。定径区必须平直且长度合理，以利于铜丝直径定型；弧线型拉丝模模芯工作区呈“弧线型”，会使金属在变形区内的滑动更加曲折，导致附加剪切变形及多余变形功的增加，继而使拉拔力增加。金属在内孔中的变形可随其加工硬化程度的增加而逐渐变小，内孔壁上的压力分布和磨损都比较均匀，故“弧线型”工作区耐磨性好，特别是当道次压缩较小时（小于10%），采用“弧线型”工作区。

1.2液质量的控制

在导线拉制过程中，拉丝油是一个很重要的辅助材料，液（由拉丝油和自来水按一定比例配制而成）主要是对铜丝起着、冲洗、冷却的作用。性能优良的拉丝油不仅能增加金属铜丝的变形程度，减少断头率，减少能量消耗和加工道次，还能增加模具的寿命。

配制拉丝液时应按下列步骤进行：

（1）用自来水（或清水）清洗拉丝机、模架、塔轮、管道等，打开循环泵，让自来水（或清水）在系统中循环一定时间，用泵抽去池中的水，清理池内“铜粉或铜泥”；然后打开循环泵用自来水（或清水）再循环清洗，直到拉丝机、模架、塔轮、管道清洗干净为止（必要时，可用专用清洗剂进行辅助清洗），抽去池中的水。

（2）再次往池内注入自来水（软水），按产品说明书配制要求注入拉丝油，配制成一定浓度的拉丝液。

（3）开动循环泵，让拉丝油充分地与清水混合开溶解，用手持式折光仪测试其浓度，达到规定要求浓度后就可以使用。

对正常使用中的液，要定期进行维护和净化管理，维护包括液的浓度控制、PH值控制、防腐控制；净化管理包括安装过滤冷却系统，定期对拉丝设备进行检修及维护，防止拉丝机漏油，使机械油及液压油浸入拉丝液中，引起拉丝油腐败变质产生浮油。

此外，还要定期对液进行过滤清洗，做到液在进入拉丝机前要通过筛网过滤。有效减少铜屑或铜粉进入拉丝机，同时根据使用情况定期（一般3～6个月）更换池内的液，并清洗池。夏天还要对液加大冷却措施，防止拉丝机内液因温度过高影响拉丝质量。

1.3退火质量控制

铜线经过拉制，线材截面缩小，长度增加，金属晶粒细化，晶格发生畸变、错位而产生内应力，即加工硬化现象，拉制后提高了强度和硬度，但延伸率和导电率均降低，电阻系数增大。因此，根据使用要求，对电线用的铜线必须要经过退火，使铜丝达到GB/T3953-2009标准要求。

目前电线厂对铜丝退火主要是采用退火炉退火和接触式电刷传输大电流退火，前者优点为：设备简单，易维护，退火后单丝性能较稳定；缺点为：耗电量大，且周期较长，不利于大批量生产。后者连拉连退韧炼装置已被大多数厂家采用，这是一种单线式通电连续退火的设备，该退火装置一般装在拉丝机的最后拉线轮与收线盘之间，构成拉线―退火―收线的连续生产。该装置的优点为：在拉线的同时完成了退火，提高了效率，电流大少、收线速度调节方便，从而有利于控制铜线的柔软性。

接触式连续退火的基本工艺参数为：退火电压、退火电流、收线速度。

两退火轮间退火所需的能量（动态与静态类似）为：

Q=I2・R・t

=I2・ρ・L2/S・V

=I2・ρ・L2/πr2・V

=（ρ・L2）・（I/r）2/（V・π）

由公式可知：拉同一种规格铜线时，Q只与I、V有关。只要控制好I、V参数即可，拉不同规格铜线时，只要控制好I、r、V参数即可。

式中，ρ――铜导线的电阻率；L――两退火轮间通过导线的距离；V――铜线的收线速度；――通过导线的电流；――铜导线（退火处）的半径。

1.4防氧化质量控制

铜杆拉制成各规格的铜丝，要经过拉丝、退火、冷却、烘干、收线等过程。在连拉连退时，一定要注意蒸汽保护装置正常运行，要使用含有抗氧剂的拉丝乳化液。铜丝进收线盘前一定要进行吹干或烘干，表面不得有残留的拉丝液。拉丝成盘后用塑料膜包裹好，存放于干燥环境中，以减少铜丝表面的氧化变色。同时要求铜丝在最短时间内（最好一周内）用于生产。

铜丝在挤塑前需设一定径模，尺寸比铜丝直径小20～30微米，铜丝出模后用棉纱等擦拭铜丝表面的铜粉、铜屑，并用气体吹掉铜粉、铜屑后再进入挤塑机。

2. 绝缘挤塑质量的控制

2.1塑料质量（绝缘材料）的控制

目前，BV、BVVB用的绝缘、护套料均为聚氯乙烯。聚氯乙烯的电绝缘性能较好，有一定的耐热耐寒性、柔软性，介电性能好，有一定的阻燃性。但为了增强绝缘材料的各种性能，必须要添加各种添加剂，如阻燃剂、增塑剂、稳定剂等。同时供应商为了降低成本，添加了一定比例的CaCO3，塑料中CaCO3含量过高，绝缘的柔软性会大大降低，断裂伸长率将变小而达不到标准要求。严禁在塑料粒子中添加回收料、废塑料。需要指出的是粒子经加工挤塑后，抗张强度会下降15%～20%，比如供应商粒子通过熔融压片后测得抗张强度为17MPa，而电线生产企业用同一批粒子经塑化熔融螺杆挤塑制成电线后，测得抗张强度为14MPa，损失17.6%，这说明供应商提供粒子的抗张强度要有一定的富余度。

2.2挤塑工艺质量的控制

挤塑工艺主要由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。

（1）挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、模具等组成。

螺杆是挤塑机的最主要部件，普通的BV、BVVB线生产一般用Ø45、Ø60挤出机生产。长径比取15～25倍之间。

电线挤出机头一般采用直角机头，在机头前部装有均压环，用于均衡压力。模芯模套可通过螺栓来支撑调节绝缘的同心度，由于绝缘挤出量较小，绝缘与导体间需有一定的粘合，故模芯模套采用挤压式。

（2）传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电机、减速器和轴承组成。

塑料聚氯乙烯的挤出与螺杆长径比、直径、压缩比、螺距、螺槽宽度、深度、螺旋角以及螺杆与机筒之间的间隙、收线速度有关。当挤出机固定时，绝缘挤塑质量则决定于挤塑各区的温度控制、收线速度及螺杆转速。一般地当挤塑温度增加，绝缘抗张强度会增加；螺杆转速增加，绝缘塑化可能不充分，断裂伸长率会降低；收线速度增加时，绝缘塑化也可能不充分，相应要提高各区温度和加大螺杆转速以保证绝缘厚度值。因此挤塑工艺是一个较复杂的各参数调节过程，要使绝缘性能达到最佳，操作者的长期经验积累是必不可少的。当挤塑温度超过某种塑料的最佳塑化温度时，就容易使塑料焦烧和老化，也容易产生气孔、汽泡，定型不好等质量问题，严重时还会造成挤出过程中压力波动，塑料在机筒内“打滑”，造成挤出量不稳，导致绝缘厚度不均匀、绝缘表面不平整。温度过底，则会造成塑料塑化不好，挤出表面有未塑化好的小颗粒或树脂疙瘩，绝缘伸率底，绝缘与线径间难以剥离，不但影响质量，还容易造成塑料层脱节、裂纹等。因此要按根据工艺规定控制温度，同时，工艺也需要根据设备新旧、环境温度（冬、夏天挤塑温度有所不同）、料的批次不同而有所调整。

（3）加热和冷却是塑料挤出过程进行的必要条件，现在挤塑机通常用的是电加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。

冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用风冷比较合适；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。

挤塑后的电线在离开机头后，应立即进行冷却定型，否则会在重力的作用下发生变形。冷却的方式通常采用水冷却，并根据水温不同，分为急冷和缓冷。急冷就是冷水直接冷却，急冷对塑料挤包层定型有利，但对结晶高聚物而言，因骤热冷却，易在挤包层组织内部残留内应力，导致使用过程中产生龟裂，一般PVC塑胶层采用急冷。

参考文献：

[1] JB/T5820-2008.电线电缆挤塑设备技术要求[S].北京,机械工业出版社,2008.

[2] GB/T5023.1-2008.额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆.第1部分：一般要求[S].北京,中国标准出版社2008年.

[3] GB/T3953-2009.电工圆铜线[S].北京,中国标准出版社2008年.

[4] 王卫东.电缆工艺技术原理及应用[M].北京,机械工业出版社,2011.

[5]央视《每周质量报告》.电气火灾猛于虎.2008年12月28日.