『转贴 』耐热和高温电线电缆简述

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耐热和高温电线电缆简述

2 f( J/ I8 A- x摘要：本文内容主要将一些比常规工作温度高的电线电缆品种作简单介绍，围绕电缆使用的耐热和高温材料，结合产品的品种和耐热性能略作叙述，使大家能更多了解高温电线电缆这一特种领域。
关键词：电线电缆；氟塑料；辐照交联；聚氨脂；硅橡胶

, q! y: A+ s/ z& g一、前  言
一般的电线电缆是以塑料和橡胶为绝缘护套，这些材料都是常规工程材料，具有丰富的来源，能够满足大规模生产，而且成本相对较低。但对于一些特殊行业如石油化工、钢铁、航空航天、造船、军工、制药、食品、塑料机械、锅炉等与热与高温有关的行业，都需要能够耐一定较高温度的电线电缆，普通的电线电缆显然不能使用，需能耐高温的电线电缆才能保证其电力和信号的安全运行。
+ W+ z- [% ~( \8 K( R随着我国经济快速发展，特种行业对高温电缆的需求已显高速增长阶断，耐热和高温电缆每年以20%的速度增长，高温电缆作为特种电缆的重要组成部分，具有极强的生命力，供不应求，我国每年从国外进口约二十亿元用于国内建设。
* E5 n# o1 L; }& b4 _% D下面我们了解一下什么样的工作温度称为耐热与高温电缆。国际电工委员会（IEC）对绝缘的耐热的等级一般按表1规定分为：
表1  耐热的等级的规定
耐 热 等 级                        最高允许工作温度/℃
   
Y                                                      90         
0 b$ O; S, w0 Z1 I8 K  y   
( m5 g1 y8 C# @9 h, U! {& G4 r. a1 i7 d( AA                                                     105
1 F8 v1 P* w) C  u/ T9 A   
E                                                     120
6 @" ?& c! `" K3 o6 f& ?   
' X& s2 K/ G. W2 z2 ]! O  ]  VB                                                     130
   
$ A) y  `7 i) b. k$ X8 s3 QF                                                      155
- H' J$ k/ j% y1 C4 c   
H                                                     180
   
* A; u0 e8 V  z( G1 @/ LC                                                      ≥180

   
6 ]/ g  M1 F4 E8 f( l6 |
3 C6 D5 K! _" v# G+ T5 s   

   

我们普通用的电线电缆绝缘和护套为普通工程橡胶和塑料为基本树脂，但要求是绝缘级的。常见电缆用橡胶材料有：丁本橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶和氯磺化聚乙烯等，工作温度为（60～75）℃；常见电缆用塑料材料有聚氯乙烯、聚乙烯（包括交联聚乙烯）和聚丙烯等，工作温度为（70～90）℃。由此可见，这些电缆不是严格意义上的耐热或高温电缆。
, U9 k7 q/ \8 p% k1 f4 q耐热电缆一般指（90～155）℃及以下的电缆，而高温电缆则是180℃及以上的电缆。而要解决普通电缆不耐高温的状况，则是要对材料进行改进，或使用能够耐高温的绝缘级材料。
3 M& P4 a4 A* N7 Q% G: U3 p+ q
二、     耐热和高温电线电缆的主要特点
' t/ l& _$ A0 }9 {耐热和高温电线电缆一般是由两种需求决定的。第一种是电线电缆环境温度较高，电缆在长期在高温下能够正常传输信号或电能；另一种是电力传输电缆，主要是增加截流能力为主要目的。
+ i9 @8 ]) w8 A2 ]7 e; {高温环境下工作的电缆。普通电缆在高温时易产生绝缘老化和焦烧现象，使用电缆失去性能，受破坏而不能使用。高温电缆在额定高温下能够正常稳定地工作，信号或电能传输性能不受影响，还能保证电缆具有较长的使用寿命。这类功能电缆是高温电缆最常见最多的一种，使用特性也最易于理解的。
7 m( g1 u! F1 x- m* e8 O5 Y4 \% V1 r2 R增载型高温电缆，主要是为了保证载流的前题下减小电缆外径和重量，向轻量化发展的。一般来说，电缆的工作温度越高，同样截面的电缆通过的载流量越大。象飞机和汽车等场合，减轻重量的意义相当大，利用高温电缆大大减少了截面。工作温度从90℃升到155℃，则载流能力上升50%，同样载流量下，电缆重量要减轻一半，成本也有所降低。当然高截流的同时，大多数绝缘材料的电能损耗也会有所增加。

三、耐热型电线电缆
耐热型电线电缆分：耐热材料和普通材料的耐热改性两种。
' b- |) A3 n- m3 F2 A（一）耐热材料的电线电缆
耐热材料的电线电缆是绝缘和护套材料本体树脂具有耐热性能，主要品种有：聚氨脂（可达155℃级）、聚脂（可达135℃）、聚偏氟乙烯（150℃）和尼龙（可达115℃）的绝缘或护套材料。常用于通信、汽车、电机、建筑等行业。
3 Q9 y) Z- L1 i( [" E: o# G（二）普通电缆材料通过各种方式的改性而达到耐热性：
/ _( q2 _7 C2 ^9 A* O1、橡胶材料的耐热改性
- ~9 ?6 F, n. f( z橡胶材料因其耐热性差，因而提高工作温度的余度较小，普通橡胶填加较多热稳定剂和经交联处理才能达到90℃，因而不能称为耐热电缆，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯等。主要应用于橡胶绝缘移动用软电线、橡胶绝缘软电力电缆和控制电缆等。
' U0 X  C, I0 d! j5 E$ M6 z3 Q但三元乙丙橡胶可经改性，使耐温等级提高到135℃，加上具有较好的绝缘性能，因而在橡胶方面具有较好的发展前景。
2、聚氯乙烯电缆的改性
普通聚氯乙烯电缆的工作温度为70℃，聚氯乙烯电缆料的高可混性，使其改性成为可能，多量的热稳定剂的使用，可便PVC的耐热从70℃上升到90℃或105℃，因而大大扩大了PVC这种老式材料的适用性，也许这就是PVC电缆长盛不衰的原因之一吧？
7 {$ ]+ E9 T  I& S! l$ v5 b% s& X% d90℃PVC电缆料常用于交联聚乙烯电缆护套，主要用于电力、控制和电气装备线缆，由于PVC的改性，使本可淘汰的PVC电缆料在护套的使用上将会延续相当长的时间。
聚氯乙烯丁腈复合物的主要成分是PVC，因而与聚氯乙烯丁腈复合物电缆与PVC绝缘电缆具有相同的改性性能。
3、聚乙烯电缆的改性
聚乙烯材料的塑性较好，但可填充性较差，因而不能填加热稳定剂方法提高耐热温度。聚乙烯电缆可通过DCP干法化学交联和硅烷温水交联将工作温度提高到90℃，前者用于中高压电力电缆，后者用于低压电缆。
但另一种交联方式——辐照交联改性，则可将聚烯烃（主要是聚乙烯）的工作温度大幅度提高，经辐照的绝缘料可按条件不同，耐温可达到105℃、125℃、135℃、150℃，国外则有能提高到180℃。主要是通过高能电子转化成稳定的键能，使其分子结构对热稳定性加强，同时配以适当的热稳定剂，根据能级大小和热稳定剂的效能，分为不同耐热等级。
' S6 j; Y7 o  ?# [6 ]' Z辐照交联工业常用加工设备为电子加速器，是将电子束高压增加能量，达到交联聚烯烃材料的目的，电费加工常用加速器能级为1.0 ~ 3MeV。辐照交联还可对橡胶、PVC和氟塑料等材料进行交联。
辐照交联聚烯烃电线电缆主要用于耐热建筑线、汽车线、航空导线、机车线电线和电机电器引接线等。
% e. V! f  y: I: U8 s耐热电缆是中等温度的电缆，具有一定耐热性，能适应一定温度环境。而应用最多的是，在电力传输电缆中，在能够保证绝缘性能的同时，增加电缆载流能力，减少电缆重量和截面，意义重大。
, F  B3 O' I3 V1 J% c& Z, h
# V/ E+ e8 [1 h3 Z5 Z; Z四、高温和超高温电线电缆
( h5 ^6 R! J8 Y4 |2 P" u高温电缆分：有机高分子材料高温电缆和无机材料高温电缆。
7 J' k' `) \7 a* N: u* Q6 h（一）有机高分子材料高温电缆主要是氟塑料和硅橡胶电缆。
, c  A+ r) b, c7 ^2 V1、氟塑料绝缘电线电缆
+ P9 A1 Y( k1 R( H/ ^, C! O氟塑料是塑料的一个重要品类，通常人们认识氟塑料是从接触塑料王--聚四氟乙烯（PTFE）开始的。其实聚四氟乙烯只是产量和用量最大的氟塑料品种，电线电缆常用的氟塑料是：聚全氟乙丙烯（FEP，俗称F46）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE，俗称F40）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。
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氟塑料电缆主要有：高温通讯电缆、耐高温引按线和安装线、高温补偿导线和工业用耐高温电力和控制信号电缆，原子反应堆用耐辐射电缆和机车车辆用电线等。
0 S! a& f2 Q; @' X) z7 b（2）硅橡胶绝缘电线电缆
硅橡胶主要是以硅元素代替碳元素形成的高分子材料，硅橡胶具有较好的耐热性能。电线电缆常用硅橡胶为甲基乙烯硅橡胶，工作温度范围是-60℃～180℃。硅橡胶具有较好的弯曲性能和低温性能，不易损坏和开裂，这些性能是一般高温电缆不具有的，因而硅橡胶电缆具有较宽的应用范围，已是高温电缆的一个亮点。
. _" L- X2 _5 [' L硅橡胶电缆在高温移动电缆、软电力电缆、电机引接线、低温环境高温运行场所。
0 q" }* `8 w$ L9 Z; i5 }: B
: M* f1 \8 z9 s（二）无机材料高温电缆
/ [' ?# E" C/ _: K# F" ^无机材料因不具有可挤塑等优良加工性能，因而加工形成电缆绝缘较为困难，附着性和均匀性较差，而且绝缘性能比高分子材料要低，但优异的高温性能，能够满足特种高温行业的需求。
3 ~) ^, l# e8 {1、矿物绝缘防火电缆
产品结构为铜芯铜护套氧化镁绝缘电缆，主要是电力电缆、控制电缆、加热电缆和布电线。常规工作温度是250℃，但实际工作温度可更高，因为氧化镁的熔点是2800℃，远高于铜的熔点，电缆经火灾后仍可重复安全使用。
本电缆生产是氧化镁定型瓷柱穿于铜导体外，铜导体与外套铜管同时拉拨退火而形成，氧化镁瓷柱经压碎均匀形成电缆绝缘，矿物绝缘防火电缆生产长度受到一定限制，大规格则更短。

矿物绝缘防火电缆具有耐高温、防火、防爆、防水、耐辐射、耐腐蚀性强、机械强度高、具有良好的接地性能、体积小、寿命长、载流量大、过载能力强等特点。
2、无机包制绝缘超高温电缆
无机绝缘包制绝缘电缆一般采用无机包带和丝，采用电缆采用工艺加工而成。耐火包带作为耐高温材料，在800℃时仍能正常保持绝缘性能，因而是耐高温电缆的主要材料之一；无碱玻璃丝为无机硅材料，具有一定绝缘性，熔化温度为600℃以上，采用编织工艺加工，也作为加强件；以上两种材料不能形成密封性和紧密的绝缘，因而通过涂无机固化漆、硅微粉和硼砂等，才能形成绝缘体。
4 Q& Z& P- S2 S& x4 J在无机材料中，耐高温的材料较多，但可加工性和成形性较差，按以上方法形成电缆绝缘也易于损坏，根据选取材料不同可制成工作温度500℃、800℃，甚至于1000℃的电缆，除此之外导体应选用镀镍铜导体或相匹配的耐高温合金导体。

超高温电缆常应用于航空航天、军工、加热炉、化学反应釜、核电站核岛内和钢铁等行业。

五、结  论
  在特种电缆品种中，高温电缆和超高温电缆已是一个重要趋势，虽然高温电缆电能损耗稍大，在一些较高温度的场合，用普通电缆则极易损坏，高温电缆能够安全运行，是现代工业和军工中不可缺少的品种。
" N' ^1 f0 P  y$ W7 G3 j/ h目前我国高温电缆的研制技术水平远远不能满足新市场需求，我国在这方面的技术远落后于国外先进国家，近一半的高温电缆需从国外进口，而国内有些生产厂多集中于一些小厂，技术研制和生产能力较弱，特别是生产加工仍局限于电缆现有设备和工装，材料的开发也没能突破现有电缆料的圈子。希望国内有能力开发高温特种电缆的厂家能够审时度势，针对我国资源情况，开发推广高温系列电缆，提高我国在这一技术领域的水平，满足我国高温行业的需求。