生活电器用氯化聚乙烯绝缘105℃软电线的抗机械损伤性能

('生活电器用氯化聚乙烯绝缘105℃软电线的抗机械损伤性能高峰;王晓荣;刘洋【摘要】介绍UL62第18版中对生活电器用氯化聚乙烯(CPE)绝缘105℃软电线(HPN-R)主要性能要求,尤其对新增加的抗机械损伤的要求作了详述,对抗机械损伤性能的研究也作了简介,并提出了较佳方案.【期刊名称】《电线电缆》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P16-18)【关键词】软电线;氯化聚乙烯;损伤;磨损测试;夹挤测试;压碾测试;挠曲测试【作者】高峰;王晓荣;刘洋【作者单位】东莞市联升电线电缆有限公司,广东东莞523920;衡阳恒飞电缆有限责任公司,湖南衡阳421008;衡阳恒飞电缆有限责任公司,湖南衡阳421008【正文语种】中文【中图分类】TM2460引言在生活电器使用中，可能存在多种不利电线安全使用的环境:因物品的跌落或放置，对电线产生压碾;因家具或座椅移动，对电线产生强烈冲击性的夹挤;因电器移动或电线收放，在墙角或家具边缘对电线产生磨擦和刮伤。为了防止触电和引发火灾，保护人身和财产安全。美国UL保险商在电器制造商的提议下，在UL62第18版中，通过对HPN软线增加机械损伤性能要求，而新增HPN-R软线。本公司对HPN-R软电线抗机械损伤性能进行了一段时间的摸索与试验，已取得了可喜成效，现就其中的问题与大家交流与探讨。1电线结构与性能1.1电线结构以16AWG/2C电线为例，结构尺寸和图示见表1和图1。表1HPN/HPN-R16AWG/2C电线结构尺寸(单位:mm)导体铜丝65/0.16绝缘材料CPE绝缘混合物绝缘厚度1.14绝缘最大厚度1.26导体最小间距2.03图1HPN/HPN-R16AWG/2C结构示意图1.2主要性能原HPN电线主要性能要求见表2。1.3新增-R性能要求HPN-R电线是以HPN电线结构和性能为基础，增加抗机械损伤性能(-R)，包括磨损、夹挤、压碾和挠曲四项要求，具体要求值见表3。1.3.1磨损测试与评定表2HPN主要性能要求注:空气老化条件为136±2℃，168h;浸油老化条件为121±2℃，18h，浸ASTM2#或IRM902油。检验项目标准要求老化前抗张强度/(N/mm2)≥8.28老化前伸长率/%≥机械性能空气老化200抗张强度保留率/%≥50断裂伸长保留率/%≥50抗张强度保留率/%≥浸油60断裂伸长率保留率/%≥20低温弯曲试验(－20±1℃，4h)60标准电弧/次≥不开裂VW-1燃烧/%纸旗燃烧面积≤0.76225绝缘电阻/MΩ·kM≥表3HPN-R机械损伤性能要求磨损次数≥5000夹挤时间/s≥2机械损伤压碾时间/h≥7挠曲次数≥3100(1)取5条各100mm长的样品。(2)使用美规等级为1/2型的金钢沙布，让沙布的沙面向外，并紧紧包围在直径为88.9mm的圆柱表面。(3)每个样品的末端吊(3.3±0.1)N的砝码。(4)电线扁平面平行于圆柱轴线，电线以每分钟28个周期在沙布表面做水平行程为160mm的来回磨损(见图2)，每800个周期更换新的沙布。(5)在磨完5000个周期前，5个测试样品不能有任何的导电部件外露。图2磨损测试1.3.2夹挤测试与评定(1)取5条各30mm长样品。(2)样品扁平面置于水平的钢板表面，电线轴垂直于夹挤器具的刀刃轴线。(3)夹挤器具以5mm/min的速度夹压在电线表面(见图3)，及到对电线的压力值升到2254N，导体之间及导体与夹挤器具之间不能有任何的导通。(4)刀刃圆弧半径为1.19mm。图3夹挤测试局部1.3.3压碾测试与评定(1)取5条各30mm长样品。(2)样品扁平面置于水平的钢板表面。电线轴垂直于夹挤器具的刀刃轴线。(3)夹挤器具以5mm/min的速度下降，夹压在电线表面压力达890N持续7h(见图4)，在持续的7h期间，导体之间及导体与夹挤器具之间不能有任何的导通。(4)刀刃圆弧半径为1.19mm。图4压碾测试1.3.4挠曲测试与评定(1)取6条约100mm样品。(2)给样品施加负载电流和回路保护电流(见表3)。表3负载电流和回路保护电流(单位:A)0.824(18)10151.31(16)1520(3)测试回路施加300V工频交流电。(4)测试样品向左右二个方向各弯曲90℃，以每分钟20个周期进行，电线尾端吊重110g，在3100个周期内，导体之间不能有任何的导通，绝缘不可破损，导体断裂数量不能超过10%。2机械损伤性能的摸索与试验2.1摸索与试验介绍针对HPN-R电线四项机械损伤性能，我们主要从材料、工艺、结构这三个方面进行摸索与试验。抽测了多家HPN电线，磨损试验集中在2000～4000次，夹挤试验最好的也在1800N压力时绝缘破裂、压碾试验在2～5h出现导通。如何在符合基本性能要求的同时满足抗机械损伤性能，并且保持性能的稳定性和可操作性，这需要找到各项性能的平衡点，下面介绍几个摸索案例。2.1.1工艺选择辐照交联比蒸汽交联操作简单、废品率少、便于控制、制样周期又短，较适合重复摸索与试验，同时对比试验发现，挠曲试验辐照交联也要好于蒸汽交联，所以本公司选用了辐照交联工艺进行试验生产。2.1.2结构选择为提高电线抗机械损伤性能，以物理学角度可通过增加或加厚防护层或改善损耗对象的方式。(1)增大电线的厚度与宽度，实际上就增大了损耗对象的损耗量，可以在一定范围内提高抗机械损伤。但UL在认证时对绝缘厚度有最大的限定，绝缘厚度增加值不能超出0.127mm，我们选用了最大允许值，电线外观从通常的3.8×7.6mm提高到4.05×8mm。(2)在绝缘材料的内部或外表，增加性能优良的材料层，可提高抗损伤性能，曾尝试过聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二(醇)酯(PBT)、聚丙烯(PP)、热塑性聚氨酯(TPU)等材料，由于增加层的同时不能影响电线的VW-1阻燃、老化、耐油等性能，增加层的厚度同时受到了UL不成文规定的制约，增加后的效果不是很明显，而且出现了因材料物理性能的差异，导致材料之间明显的分层，最后放弃了通过增加层来改善机械损伤性能的方案。2.1.3材料配方摸索材料主要成份:CPE橡胶45%;耐磨炭黑12%;滑石粉TALC18%;增塑剂10%;其他助剂15%。(1)增加耐磨炭黑含量以提高磨损性能，但耐磨炭黑具有导电性，会影响绝缘电阻。(2)增加碳酸钙、镁强粉含量来提高夹挤、压碾性能，会影响材料的软硬度，使电线变硬，伸长率下降。(3)提高材料的交联度来提高夹挤、压碾性能，增加交联助剂量和辐照剂量，会使绝缘材料老化后变脆，老化后的伸长残余变小。综合上述问题的出现，同时考虑电线的力学、绝缘、老化等性能，采用了CPE与三元乙丙橡胶(EPDM)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)并用方式，在CPE中并入12%～25%EPDM和5%～10%LLDPE，混炼均匀的CPE混合物经交联后，能较好地解决绝缘电阻、老化、机械损伤等性能。2.2检测结果本公司在2010年分别送样UL和ETL测试，试验结果全部符合要求，并取得了认证和生产许可，部分UL检测结果见表3。表3HPN-R性能测试检验项目单位要求值测试值老化前抗张强度/(N/mm2)8.2816.2老化前伸长率/%≥空气老化200280抗张强度保留率/%≥5085断裂伸长保留率/%≥5072抗张强度保留率/%≥浸油6080断裂伸长保留率/%≥6071VW-1燃烧/%≤255磨损次数≥5000机械损伤通过夹挤时间/s≥2通过压碾时间/h≥7通过挠曲次数≥3100通过3结束语本文介绍了生活电器用CPE绝缘105℃软电线的主要性能要求，特别对新增加的抗机械损伤性能要求进行了详细介绍，并且从工艺、材料、结构三个方面对抗机械损伤性能进行了探讨。如何进一步提高性能稳定性、提高生产效率、降低生产成本，是接下来需要解决的问题。相信随着时间的推移、技术水平的提高和经验的积累，这些问题都能逐步得到解决。参考文献:【相关文献】［1］汪景璞，邹元传.电缆材料［M］.北京:机械工业出版社，1983.［2］UL62—201018theditionFexiblecordsandcables［S］.［3］UL2556—2007Wireandcabletestmethods［S］.［4］徐曼立.高聚物的辐照交联［J］.电线电缆，1986(6):13-19.［5］欧迪恒.氯化聚乙烯的配合与加工［J］.电线电缆，1996(2):17-19.［6］王柏东，曾立平，刘吉兆.氯化聚乙烯HPN线材料的研制［J］.橡胶工业，2005(12):12-14.',)