耐熱、高溫和超高溫電線(xiàn)電纜的特性與用途
一般的電線(xiàn)電纜是以塑料和橡膠為絕緣護(hù)套，這些材料都是常規(guī)程材料，具有豐富的來(lái)源，能夠滿(mǎn)足大規(guī)模生產(chǎn)，而且成本相對(duì)較低。但對(duì)于一些特殊行業(yè)如石油化工、鋼鐵、航空航天、造船、軍工、制藥、食品、塑料機(jī)械、鍋爐等與熱與高溫有關(guān)的行業(yè)，都需要能夠耐一定較高溫度的電線(xiàn)電纜，普通的電線(xiàn)電纜顯然不能使用，需能耐溫的電線(xiàn)電纜才能保證其電力和信號(hào)的安全運(yùn)行。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，特種行業(yè)對(duì)高溫電纜的需求已顯高速增長(zhǎng)階斷，耐熱和高溫電纜每年以20%的速度增長(zhǎng)，高溫電纜作為特種電纜的重要組成部分，具有極強(qiáng)的生命力，供不應(yīng)求，我國(guó)每年從國(guó)外進(jìn)口約二十億元用于國(guó)內(nèi)建設(shè)。
下面我們了解一下什么樣的工作溫度稱(chēng)為耐熱與高溫電纜。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)絕緣的耐熱的等級(jí)一般按規(guī)定分為：
耐熱的等級(jí)的規(guī)定
我們普通用的電線(xiàn)電纜絕緣和護(hù)套為普通工程橡膠和塑料為基本樹(shù)脂，但要求是絕緣級(jí)的。常見(jiàn)電纜用橡膠材料有：丁本橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠和氯磺化聚乙烯等，工作溫度為(60～75)℃;常見(jiàn)電纜用塑料材料有聚氯乙烯、聚乙烯(包括交聯(lián)聚乙烯)和聚丙烯等，工作溫度為(70～90)℃。由此可見(jiàn)，這些電纜不是嚴(yán)格意義上的耐熱或高溫電纜。
耐熱電纜一般指(90～155)℃及以下的電纜，而高溫電纜則是180℃及以上的電纜。而要解決普通電纜不耐高溫的狀況，則是要對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)，或使用能夠耐高溫的絕緣級(jí)材料。
二、耐熱和高溫電線(xiàn)電纜的主要特點(diǎn)
耐熱和高溫電線(xiàn)電纜一般是由兩種需求決定的。第一種是電線(xiàn)電纜環(huán)境溫度較高，電纜在長(zhǎng)期在高溫下能夠正常傳輸信號(hào)或電能;另一種是電力傳輸電纜，主要是增加截流能力為主要目的。
高溫環(huán)境下工作的電纜。普通電纜在高溫時(shí)易產(chǎn)生絕緣老化和焦燒現(xiàn)象，使用電纜失去性能，受破壞而不能使用。高溫電纜在額定高溫下能夠正常穩(wěn)定地工作，信號(hào)或電能傳輸性能不受影響，還能保證電纜具有較長(zhǎng)的使用壽命。這類(lèi)功能電纜是高溫電纜最常見(jiàn)最多的一種，使用特性也最易于理解的。
增載型高溫電纜，主要是為了保證載流的前題下減小電纜外徑和重量，向輕量化發(fā)展的。一般來(lái)說(shuō)，電纜的工作溫度越高，同樣截面的電纜通過(guò)的載流量越大。象飛機(jī)和汽車(chē)等場(chǎng)合，減輕重量的意義相當(dāng)大，利用高溫電纜大大減少了截面。工作溫度從90℃升到155℃，則載流能力上升50%，同樣載流量下，電纜重量要減輕一半，成本也有所降低。當(dāng)然高截流的同時(shí)，大多數(shù)絕緣材料的電能損耗也會(huì)有所增加。
三、耐熱型電線(xiàn)電纜
耐熱型電線(xiàn)電纜分：耐熱材料和普通材料的耐熱改性?xún)煞N。
(一)耐熱材料的電線(xiàn)電纜
耐熱材料的電線(xiàn)電纜是絕緣和護(hù)套材料本體樹(shù)脂具有耐熱性能，主要品種有：聚氨脂(可達(dá)155℃級(jí))、聚脂(可達(dá)135℃)、聚偏氟乙烯(150℃)和尼龍(可達(dá)115℃)的絕緣或護(hù)套材料。常用于通信、汽車(chē)、電機(jī)、建筑等行業(yè)。
(二)普通電纜材料通過(guò)各種方式的改性而達(dá)到耐熱性：
1、橡膠材料的耐熱改性
橡膠材料因其耐熱性差，因而提高工作溫度的余度較小，普通橡膠填加較多熱穩(wěn)定劑和經(jīng)交聯(lián)處理才能達(dá)到90℃，因而不能稱(chēng)為耐熱電纜，如丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯等。主要應(yīng)用于橡膠絕緣移動(dòng)用軟電線(xiàn)、橡膠絕緣軟電力電纜和控制電纜等。
但三元乙丙橡膠可經(jīng)改性，使耐溫等級(jí)提高到135℃，加上具有較好的絕緣性能，因而在橡膠方面具有較好的發(fā)展前景。
2、聚氯乙烯電纜的改性
普通聚氯乙烯電纜的工作溫度為70℃，聚氯乙烯電纜料的高可混性，使其改性成為可能，多量的熱穩(wěn)定劑的使用，可便PVC 的耐熱從70℃上升到90℃或105℃，因而大大擴(kuò)大了PVC 這種老式材料的適用性，也許這就是PVC 電纜長(zhǎng)盛不衰的原因之一吧?90℃PVC 電纜料常用于交聯(lián)聚乙烯電纜護(hù)套，主要用于電力、控制和電氣裝備線(xiàn)纜，由于PVC 的改性，使本可淘汰的PVC 電纜料在護(hù)套的使用上將會(huì)延續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。聚氯乙烯丁腈復(fù)合物的主要成分是PVC，因而與聚氯乙烯丁腈復(fù)合物電纜與PVC 絕緣電纜具有相同的改性性能。
3、聚乙烯電纜的改性
聚乙烯材料的塑性較好，但可填充性較差，因而不能填加熱穩(wěn)定劑方法提高耐熱溫度。聚乙烯電纜可通過(guò)DCP 干法化學(xué)交聯(lián)和硅烷溫水交聯(lián)將工作溫度提高到90℃，前者用于中高壓電力電纜，后者用于低壓電纜。但另一種交聯(lián)方式——輻照交聯(lián)改性，則可將聚烯烴(主要是聚乙烯)的工作溫度大幅度提高，經(jīng)輻照的絕緣料可按條件不同，耐溫可達(dá)到105℃、125℃、135℃、150℃，國(guó)外則有能提高到180℃。主要是通過(guò)高能電子轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的鍵能，使其分子結(jié)構(gòu)對(duì)熱穩(wěn)定性加強(qiáng)，同時(shí)配以適當(dāng)?shù)臒岱€(wěn)定劑，根據(jù)能級(jí)大小和熱穩(wěn)定劑的效能，分為不同耐熱等級(jí)。
輻照交聯(lián)工業(yè)常用加工設(shè)備為電子加速器，是將電子束高壓增加能量，達(dá)到交聯(lián)聚烯烴材料的目的，電費(fèi)加工常用加速器能級(jí)為1.0 ~ 3MeV。輻照交聯(lián)還可對(duì)橡膠、PVC 和氟塑料等材料進(jìn)行交聯(lián)。輻照交聯(lián)聚烯烴電線(xiàn)電纜主要用于耐熱建筑線(xiàn)、汽車(chē)線(xiàn)、航空導(dǎo)線(xiàn)、機(jī)車(chē)線(xiàn)電線(xiàn)和電機(jī)電器引接線(xiàn)等。
耐熱電纜是中等溫度的電纜，具有一定耐熱性，能適應(yīng)一定溫度環(huán)境。而應(yīng)用最多的是，在電力傳輸電纜中，在能夠保證絕緣性能的同時(shí)，增加電纜載流能力，減少電纜重量和截面，意義重大。
四、高溫和超高溫電線(xiàn)電纜
高溫電纜分：有機(jī)高分子材料高溫電纜和無(wú)機(jī)材料超高溫電纜。
(一)有機(jī)高分子材料高溫電纜主要是氟塑料和硅橡膠電纜。
1、氟塑料絕緣電線(xiàn)電纜
氟塑料是塑料的一個(gè)重要品類(lèi)，通常人們認(rèn)識(shí)氟塑料是從接觸塑料王--聚四氟乙烯(PTFE)開(kāi)始的。其實(shí)聚四氟乙烯只是產(chǎn)量和用量最大的氟塑料品種，電線(xiàn)電纜常用的氟塑料是：聚全氟乙丙烯(FEP，俗稱(chēng)F46)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE，俗稱(chēng)F40)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。
各種氟塑料性能
氟塑料電纜主要有：高溫通訊電纜、耐高溫引按線(xiàn)和安裝線(xiàn)、高溫補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)和工業(yè)用耐高溫電力和控制信號(hào)電纜，原子反應(yīng)堆用耐輻射電纜和機(jī)車(chē)車(chē)輛用電線(xiàn)等。
(2)硅橡膠絕緣電線(xiàn)電纜
硅橡膠主要是以硅元素代替碳元素形成的高分子材料，硅橡膠具有較好的耐熱性能。電線(xiàn)電纜常用硅橡膠為甲基乙烯硅橡膠，工作溫度范圍是-60℃～180℃。
硅橡膠具有較好的彎曲性能和低溫性能，不易損壞和開(kāi)裂，這些性能是一般高溫電纜不具有的，因而硅橡膠電纜具有較寬的應(yīng)用范圍，已是高溫電纜的一個(gè)亮點(diǎn)。
硅橡膠電纜在高溫移動(dòng)電纜、軟電力電纜、電機(jī)引接線(xiàn)、低溫環(huán)境高溫運(yùn)行場(chǎng)所。
(二)無(wú)機(jī)材料超高溫電纜
無(wú)性較差，而且絕緣性能比高分子材料要低，但優(yōu)異的高溫性能，能夠滿(mǎn)足特種高溫行業(yè)的需求。
1、礦物絕緣防火電纜
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為銅芯銅護(hù)套氧化鎂絕緣電纜，主要是電力電纜、控制電纜、加熱電纜和布電線(xiàn)。常規(guī)工作溫度是250℃，但實(shí)際工作溫度可更高，因?yàn)檠趸V的熔點(diǎn)是2852℃，遠(yuǎn)高于銅的熔點(diǎn)(1083℃)，電纜經(jīng)火災(zāi)后仍可重復(fù)安全使用。
本電纜生產(chǎn)是氧化鎂定型瓷柱穿于銅導(dǎo)體外，銅導(dǎo)體與外套銅管同時(shí)拉撥退火而形成，氧化鎂瓷柱經(jīng)壓碎均勻形成電纜絕緣，礦物絕緣防火電纜生產(chǎn)長(zhǎng)度受到一定限制，大規(guī)格則更短。
礦物絕緣防火電纜具有耐高溫、防火、防爆、防水、耐輻射、耐腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、具有良好的接地性能、體積小、壽命長(zhǎng)、載流量大、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
礦物絕緣電纜的絕緣使用氧化鎂,優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)高(2852℃),但缺點(diǎn)是介電常數(shù)大(9.8),易吸潮,而且在高溫時(shí)的電阻比二氧化硅低1-2 個(gè)數(shù)量級(jí),所以不適合作為信號(hào)電纜的絕緣介質(zhì)。而且該生產(chǎn)方法不能實(shí)現(xiàn)電性能指標(biāo)的精確控制，所以在要求高的信號(hào)傳輸場(chǎng)合中，特別是微波傳輸，二氧化硅電纜是唯一可用的無(wú)機(jī)絕緣電纜。而氧化鎂絕緣電纜一般用在傳輸電能的場(chǎng)合中。
二氧化硅超高溫電纜因?yàn)槭褂昧四透邷氐牟讳P鋼護(hù)套，而且內(nèi)導(dǎo)體使用27%的鎳包銅合金，甚至使用純鎳線(xiàn)為導(dǎo)體(熔點(diǎn)為1455℃)，特殊高溫二氧化硅(熔點(diǎn)為1723℃)，所以使用溫度可以達(dá)到1000℃，甚至到1300℃，短時(shí)間的耐溫可以更高。
2、無(wú)機(jī)包制絕緣超高溫電纜
無(wú)機(jī)絕緣包制絕緣電纜一般采用無(wú)機(jī)包帶和絲，采用電纜采用工藝加工而成。耐火包帶作為耐高溫材料，在800℃時(shí)仍能正常保持絕緣性能，因而是耐高溫電纜的主要材料之一;無(wú)堿玻璃絲為無(wú)機(jī)硅材料，具有一定絕緣性，熔化溫度為600℃以上，采用編織工藝加工，也作為加強(qiáng)件;以上兩種材料不能形成密封性和緊密的絕緣，因而通過(guò)涂無(wú)機(jī)固化漆、硅微粉和硼砂等，才能形成絕緣體。在無(wú)機(jī)材料中，耐高溫的材料較多，但可加工性和成形性較差，按以上方法形成電纜絕緣也易于損壞，根據(jù)選取材料不同可制成工作溫度500℃、800℃，甚至于1000℃的電纜，除此之外導(dǎo)體應(yīng)選用鍍鎳銅導(dǎo)體或相匹配的耐高溫合金導(dǎo)體。對(duì)于信號(hào)電纜來(lái)說(shuō)，使用上面的纏繞方法是一種不可靠的絕緣層，特別是有各種添加劑時(shí)，所以目前沒(méi)有這種生產(chǎn)方式的無(wú)機(jī)絕緣信號(hào)電纜。
超高溫電纜常應(yīng)用于航空航天、軍工、加熱爐、化學(xué)反應(yīng)釜、核電站核島內(nèi)和鋼鐵等行業(yè)。
五、結(jié)論
在特種電纜品種中，高溫電纜和超高溫電纜已是一個(gè)重要趨勢(shì)，雖然高溫電纜電能損耗稍大，在一些較高溫度的場(chǎng)合，用普通電纜則極易損壞，高溫電纜能夠安全運(yùn)行，是現(xiàn)代工業(yè)和軍工中不可缺少的品種。
目前我國(guó)高溫電纜的研制技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足新市場(chǎng)需求，我國(guó)在這方面的技術(shù)遠(yuǎn)落后于國(guó)外先進(jìn)國(guó)家，近一半的高溫電纜需從國(guó)外進(jìn)口，而國(guó)內(nèi)有些生產(chǎn)廠多集中于一些小廠，技術(shù)研制和生產(chǎn)能力較弱，特別是生產(chǎn)加工仍局限于電纜現(xiàn)有設(shè)備和工裝，材料的開(kāi)發(fā)也沒(méi)能突破現(xiàn)有電纜料的圈子。希望國(guó)內(nèi)有能力開(kāi)發(fā)高溫特種電纜的廠家能夠?qū)彆r(shí)度勢(shì)，針對(duì)我國(guó)資源情況，開(kāi)發(fā)推廣高溫系列電纜，提高我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域的水平，滿(mǎn)足我國(guó)高溫行業(yè)的需求。
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