新型耐高溫電纜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝
2018年03月04日 16:43:09 瀏覽量： 文章來(lái)源：線纜傳媒
1、新型高溫導(dǎo)體的設(shè)計(jì)要求
耐高溫導(dǎo)線可在各類變壓器、互感器、傳感器中用于傳輸模擬信號(hào)、電脈沖、控制電流等，以封閉電磁場(chǎng)傳輸方式工作的耐高溫同軸電纜在高溫場(chǎng)合可以用于傳輸高頻信號(hào)或一般場(chǎng)合傳輸較大功率的高頻信號(hào)。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)耐高溫導(dǎo)線使用溫度的要求越來(lái)越高，導(dǎo)線尺寸也越來(lái)越小。表1為一種新型耐高溫導(dǎo)線的主要電性能和機(jī)械性能要求。
2、新型耐高溫導(dǎo)體的選材和結(jié)構(gòu)
a．合理選擇耐高溫導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)，使其滿足導(dǎo)線使用溫度、絕緣電阻和機(jī)械性能的要求。結(jié)構(gòu)尺寸確定的原則是在限定的耐高溫導(dǎo)線總外徑下盡可能地放大芯線的絕緣外徑，以減小高溫導(dǎo)線的直流電阻。
b．強(qiáng)化工藝過(guò)程控制，采取特殊而有效的工藝措施，確保耐高溫導(dǎo)線的電氣性能和連續(xù)制造長(zhǎng)度。
2．1 導(dǎo)體材料
耐高溫導(dǎo)線的導(dǎo)體基料一般是以銅為主，其表面可以鍍上耐高溫的金屬鍍層。在高溫狀態(tài)下銅導(dǎo)體的表面隨著溫度的升高和時(shí)間的增長(zhǎng)，加速老化的過(guò)程變得越來(lái)越嚴(yán)重，老化過(guò)程最終使導(dǎo)體的傳輸能力逐漸降低，而這是人們所不希望的。在選擇新型耐高溫導(dǎo)線的導(dǎo)體材料時(shí)，不僅要考慮其必須傳輸較大的電流，而且還應(yīng)考慮到大電流會(huì)使導(dǎo)線發(fā)熱。為了避免和延遲這個(gè)過(guò)程，可以在銅導(dǎo)體的表面鍍上分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的金屬，如銀或鎳。為確保該新型耐高溫導(dǎo)線在高溫狀態(tài)下的導(dǎo)電性，我們采用了直徑為0．75 mm軟態(tài)銅線進(jìn)行鍍鎳，鍍鎳后的導(dǎo)線用孔徑為0．70 mm的拉絲模過(guò)模，以保證芯體直徑在(O．7O士0．02)mm之間。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)，鍍鎳銅線的鍍鎳層厚度必須大于3 p．m，且過(guò)模后的導(dǎo)線最好不再進(jìn)行彎曲。
2．2 絕緣材料
由于高硅氧玻璃纖維紗(玻璃絲)具有良好的絕緣性和優(yōu)良的耐高溫特性，因而是耐高溫導(dǎo)線首選的絕緣材料之一。通常根據(jù)高溫導(dǎo)線的規(guī)格來(lái)選擇高硅氧玻璃纖維紗的耐溫等級(jí)及其規(guī)格支數(shù)。支數(shù)越大，高硅氧玻璃纖維紗就越細(xì)，而且柔軟，但其抗拉強(qiáng)度相對(duì)較差；反之，支數(shù)越小，高硅氧玻璃纖維紗就越粗，其抗拉強(qiáng)度越大，但柔軟度較差。
普通高硅氧玻璃纖維紗絕緣耐高溫導(dǎo)線能在400℃左右使用，也可在特殊高溫(如瞬間達(dá)到800℃)的場(chǎng)合中使用。但長(zhǎng)期在過(guò)高溫度狀態(tài)下使用，其電性能和機(jī)械性能就會(huì)被破壞，嚴(yán)重時(shí)將影響其正常使用。由表1可知，此新型耐高溫導(dǎo)線的規(guī)格較小，絕緣層較薄，需長(zhǎng)期在500℃甚至更高溫度下工作，且在如此高溫下絕緣電阻須達(dá)到50 MΩ(50O V)，國(guó)產(chǎn)的高硅氧玻璃纖維紗通過(guò)傳統(tǒng)工藝很難滿足這些要求。雖然國(guó)產(chǎn)高硅氧玻璃纖維紗已從質(zhì)量上很大的提高，部分技術(shù)指標(biāo)也逐漸趨于穩(wěn)定，但生產(chǎn)廠家提供的樣本中電性能指標(biāo)語(yǔ)焉不詳，有些甚至是空白。例如：某專業(yè)生產(chǎn)廠采用三元系統(tǒng)玻璃制造設(shè)備生產(chǎn)后再進(jìn)行處理的高硅氧玻璃纖維紗(性能指標(biāo)如表2所示)，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，耐高溫性能也較好，能長(zhǎng)期在500℃環(huán)境中工作；但當(dāng)溫度為400℃左右時(shí)，其絕緣性能因溫度的升高而降低，當(dāng)溫度為500℃時(shí)，其絕緣電阻幾乎為零。
顯然，用此高硅氧玻璃纖維紗和傳統(tǒng)工藝制造的高溫導(dǎo)線只能滿足機(jī)械性能要求，難以滿足絕緣性能的要求。通過(guò)多次實(shí)踐，我們制作絕緣時(shí)采用在高硅氧玻璃纖維紗中涂覆具有優(yōu)良絕緣性能的耐高溫涂料并烘烤的方法，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線在500℃時(shí)絕緣電阻達(dá)到50 MΩ(500 V)的要求。因而，我們所選擇的高硅氧玻璃纖維紗必須是能耐500℃的高溫，可方便地涂覆耐高溫涂料，并且涂覆后的導(dǎo)線應(yīng)能承受使導(dǎo)線表面干燥的高溫爐烘烤及之后的卷繞。
2．3 導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)
高硅氧玻璃纖維紗絕緣耐高溫導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)有多種形式：裸銅線+高硅氧玻璃纖維紗繞包、鍍鎳銅線+高硅氧玻璃纖維紗繞包、鍍銀銅線+高硅氧玻璃纖維紗繞包十四氟乙烯護(hù)套、鍍銀銅線+高硅氧玻璃纖維紗繞包+硅脂浸漬+四氟乙烯護(hù)套、鍍鎳銅線+高硅氧玻璃纖維紗繞包+耐高溫涂覆液浸漬等。我們采用了鍍鎳銅線+高硅氧玻璃纖維紗繞包+耐高溫涂覆液浸漬結(jié)構(gòu)。為了減小耐高溫導(dǎo)線的直流電阻，鍍鎳銅線應(yīng)平整、圓滑，高硅氧玻璃纖維紗應(yīng)均勻柔軟，耐高溫涂覆液應(yīng)為有機(jī)固化油漆，并且采用合理的工藝措施，合適的固化燒結(jié)溫度。
3 、新型耐高溫導(dǎo)線的制作
由于耐高溫導(dǎo)線的使用環(huán)境比較特殊，在數(shù)百攝氏度的高溫環(huán)境中導(dǎo)線幾乎一直進(jìn)行著加速老化，導(dǎo)線上任何瑕疵和斑點(diǎn)都將影響導(dǎo)線的使用壽命，因此耐高溫導(dǎo)線的材料選擇、工藝制作、制造環(huán)境、清潔程度十分重要。耐高溫導(dǎo)線整個(gè)制造過(guò)程可分為導(dǎo)體尺寸定位、高硅氧玻璃纖維紗復(fù)繞、絕緣繞制、涂覆液浸漬、高溫烘烤燒結(jié)等幾個(gè)步驟。在試制過(guò)程中必須根據(jù)工藝要求對(duì)導(dǎo)線制造設(shè)備進(jìn)行必要調(diào)整，如與理想的工藝相差距離太大時(shí)還須對(duì)制造設(shè)備進(jìn)行部分改造。
3．1 導(dǎo)體整形
鍍鎳銅線導(dǎo)體可用拉拔模進(jìn)行整形，使導(dǎo)體尺寸定位在規(guī)定的范圍中。在拉拔過(guò)程中必須注意的是應(yīng)選用合適的拉絲液，并且在整形后必須將拉絲液清洗干凈，以免殘留而在高溫狀態(tài)時(shí)對(duì)導(dǎo)線造成不良影響，以及在特定環(huán)境中釋放不良?xì)怏w而對(duì)環(huán)境造成不必要的污染。
3．2 高硅氧玻璃纖維紗復(fù)繞
一般是將選定支數(shù)的幾股高硅氧玻璃纖維紗復(fù)繞合并起來(lái)作為耐高溫導(dǎo)線的絕緣，使導(dǎo)線更細(xì)膩、光滑、柔軟。復(fù)繞時(shí)高硅氧玻璃纖維紗被安放在特定的支架上，通過(guò)上引法導(dǎo)出纖維紗并控制好每股的張力，經(jīng)過(guò)蜂房式繞線收在繞包設(shè)備專用骨架上。如纖維紗張力控制不當(dāng)，合并后的高硅氧玻璃纖維紗會(huì)松緊不均勻、粗細(xì)不一致、表面毛糙；反之，則合并后的高硅氧玻璃纖維紗粗細(xì)均勻、平整光滑。高硅氧玻璃纖維紗合并復(fù)繞中的清潔問(wèn)題必須引起重視，一旦粉塵侵入合并后的高硅氧玻璃纖維紗中，粉塵將永遠(yuǎn)存在而無(wú)法清除，造成耐高溫導(dǎo)線在耐溫等級(jí)、絕緣性能、傳輸損耗等方面的性能急速降低，嚴(yán)重時(shí)將影響到耐高溫導(dǎo)線的使用壽命。
3．3 絕緣繞制
耐高溫導(dǎo)線制作過(guò)程中的絕緣繞制是非常關(guān)鍵的工序，絕緣繞制時(shí)必須嚴(yán)格控制高硅氧玻璃纖維紗繞包的節(jié)距和外徑，其關(guān)鍵是選用合理的配合齒輪，嚴(yán)格控制高硅氧玻璃纖維紗的放紗張力。繞制成型后的導(dǎo)線須平整、光滑、圓整。從新型耐高溫導(dǎo)線要求的尺寸可以看出，高硅氧玻璃纖維紗絕緣層厚度只有0．2 mm，所以對(duì)繞包工藝要求相當(dāng)高。
耐高溫導(dǎo)線的導(dǎo)體在專用的繞包機(jī)上進(jìn)行高硅氧玻璃纖維紗的繞制。通常繞包機(jī)的繞包頭有切線式和同心式兩種。切線式繞包的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)專用骨架上繞包材料繞完后，添加材料時(shí)不必剪斷主導(dǎo)體，這樣能保證被加工導(dǎo)線的連續(xù)長(zhǎng)度；缺點(diǎn)是繞制時(shí)導(dǎo)線晃動(dòng)較大以及高硅氧玻璃纖維紗在通過(guò)數(shù)道過(guò)渡導(dǎo)輪后纖維起毛而影響后道工序。在繞制其他材料時(shí)切線式繞包是一種很好的繞制方式，但在繞制高硅氧玻璃纖維紗或類似的材料時(shí)需慎重考慮。同心式繞包的優(yōu)點(diǎn)是繞制時(shí)導(dǎo)線晃動(dòng)較小，并且高硅氧玻璃纖維紗通過(guò)的過(guò)渡導(dǎo)輪也較少，起毛現(xiàn)象沒(méi)有切線式繞包嚴(yán)重，繞包時(shí)張力的調(diào)節(jié)也比較方便；缺點(diǎn)是當(dāng)專用骨架上的繞包材料繞完后，添加材料時(shí)必須剪斷主導(dǎo)體，然后再進(jìn)行換盤、穿線、重新接線，這給繞包操作帶來(lái)一定不便。無(wú)論采取那種繞包形式，第一層繞包和第二層繞包的繞制方向必須相反。如需要進(jìn)行多層繞制時(shí)，必須遵守的原則是正在繞制的繞制方向須與上一層的方向相反，這樣導(dǎo)線的表面非常緊湊、光滑、平整，整個(gè)絕緣層細(xì)膩均勻。在繞包時(shí)我們采用了較小的繞包節(jié)距，繞包后導(dǎo)線表面非常平整、光滑，最終將導(dǎo)線的外徑控制在1．1 mm 以內(nèi)，符合了新型耐高溫導(dǎo)線技術(shù)指標(biāo)的要求。
3．4 涂覆層涂制
在進(jìn)行高硅氧玻璃纖維紗繞包時(shí)，必須同步進(jìn)行有機(jī)耐高溫涂覆材料的涂制。由于高溫涂覆材料一般都是比較稀薄的液體(如水一般)，因此在導(dǎo)線放出到達(dá)繞包頭之間可以放置一個(gè)容器，導(dǎo)線穿過(guò)含有高溫涂覆液的容器時(shí)，導(dǎo)體表面被高溫涂覆液浸潤(rùn)涂覆。高溫涂覆液涂覆后的導(dǎo)線通過(guò)第一個(gè)繞包頭完成了高硅氧玻璃纖維紗第一層繞包；接著通過(guò)含有高溫涂覆液的容器進(jìn)行二次涂覆；然后通過(guò)第二個(gè)繞包頭完成高硅氧玻璃纖維紗的第二層繞包；再次通過(guò)含有高溫涂覆液的容器進(jìn)行三次涂覆。我們根據(jù)新型耐高溫導(dǎo)線的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)的需要，選擇了合適的繞包層數(shù)、涂覆浸漬液和涂覆的次數(shù)，使高溫導(dǎo)線達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。在整個(gè)繞包涂覆過(guò)程中還必須注意：a．制作環(huán)境(特別是涂覆容器)的清潔。b．涂覆液的配比和濃度，制造時(shí)環(huán)境溫度最好為18～26℃。c．導(dǎo)線的圓周面不允許出現(xiàn)垂滴現(xiàn)象。
3．5 烘烤燒結(jié)
在高硅氧玻璃纖維紗表面浸漬液未干燥前導(dǎo)線絕對(duì)不能卷繞，只有經(jīng)過(guò)燒結(jié)爐高溫烘烤燒結(jié)，且導(dǎo)線表面的涂覆干燥后才可收盤。烘烤燒結(jié)時(shí)要考慮烘烤溫度和烘烤時(shí)間這兩個(gè)參數(shù)。烘烤溫度是由導(dǎo)線的材料、導(dǎo)線的幾何尺寸和浸漬液的配比等因素確定。烘烤溫度過(guò)低，會(huì)使導(dǎo)線表面干燥，而絕緣內(nèi)部還有殘留的未燒結(jié)浸漬液，影響導(dǎo)線的電氣性能；烘烤溫度過(guò)高，導(dǎo)線將會(huì)被烤焦，影響導(dǎo)線的機(jī)械性能，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致導(dǎo)線損壞，無(wú)法使用。烘烤溫度的選擇還須根據(jù)烘烤燒結(jié)的時(shí)間綜合考慮。烘烤時(shí)間一般由導(dǎo)線在燒結(jié)爐內(nèi)停留的時(shí)間決定。合適的烘烤溫度和必要烘烤時(shí)間將使最終制得的耐高溫導(dǎo)線表面干燥、光滑、無(wú)疙瘩、無(wú)起皮，導(dǎo)線彎曲自如，通過(guò)收線裝置可將導(dǎo)線均勻收排到合適的導(dǎo)線盤上。
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