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电线电缆铜丝发黑，原因竟然是这些...

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文章附图
铜丝发黑的原因是多种因素造成的，不仅仅是配方问题，还与铜丝本身所处的状态、橡胶加工工艺、橡胶硫化工艺、电缆的结构、护套橡胶配方、生产环境等诸多因素有关。

01

导致铜丝发黑的原因


1、拉丝乳化油池面积较小，回流管道短，且密封，造成散热慢，导致乳化液油温度高。
2、是铜丝退火原因造成的。
  • ①连拉连退的冷却水一般都是用自来水、地下水，由于水质各地不尽相同，有些地区水质的PH 值较低，只有5.5~5.0（正常是7.0~7.5），把原来乳化液中抗氧化油膜都清洗掉了，退火后的铜线易氧化、发黑；
  • ②在普通拉丝机拉好的成品铜丝在另一条退火线上退火，冷却水也没有使用抗氧化剂，抗氧时间短，很快就会出现氧化发黑现象。
3、一些老厂沿用退火缸来退火，因此以下几种原因也会造成氧化、发黑：
  • ①该退火缸螺母没拧紧，冲完二氧化碳或高纯氮后漏气；
  • ②出缸的铜线温度过高，超出30℃时；
  • ③拉丝乳化液保养不够，PH 值过低。
这些情况夏天气温高时较为常见，乳化液不停地使用会有所损耗，温度高时则损耗较快，如果不及时补充新的原油，这时候含脂肪量很少，再加上气温高，乳化液的温度也可能超出45℃，就很容易造成氧化发黑。
4、另外一种情况是，由于目前普遍使用高速拉丝，其速度提高了，相对散热时间减少了，给氧化带来了一定空间与时间。因此，建议生产厂家多注意乳液的含脂量情况、使用温度、PH 值等是否恰当，春天黄霉雨季节细菌繁殖较快，可使用杀菌防霉剂，夏天可用抗氧化剂，解决氧化、发黑等问题。
▎原因

  • ①成品模的变形量太小所致
  • ②模具镶套的外围及前方没有密封好
解决方法


成品模出口方向加一个橡皮垫，然后螺纹压紧成品模，解决漏油的问题。


成品模的变形量偏小，是常犯的错误，单模变形需有一个最小的变形量，产生的压力才可能大于金属的屈服极限，才可以实现是塑性变形，尺寸才能稳定，单线表面才会有冷拉产生的光照。


02

引起线圈发黑的原因


我们经常会用到各种使用线圈的产品，如马达、助听器、遥控玩具、无线充电器、电源开关、电脑······线圈发黑是因为铜线的氧化，线圈的主要材质基本使用铜线，而金属都会氧化，所以我们就会看到线圈发黑的情况。
1、技术原因
以前国内大多数厂家均使用通用性铜杆，铜含量可达99.95%，可是就算如此，铜之中还是存在氧 。因为铜本身不是无氧铜，在加工过程中，铜的表面难免会与空气接触而出现氧化。
现在，国内引进了无氧铜的先进生产技术，以及国内自行开发的无氧铜生产技术，使整个铜线行业均用上了无氧铜，这无疑已经大大改善了铜丝的发黑问题。
不过，由于对铜杆的加工，特别是韧炼工艺的运用，和成品铜线芯存放的条件不好，使得铜线本身还是会有轻微的氧化。
2、绝缘层的材料问题
绝缘漆可分为浸渍漆、漆包线漆、覆盖漆、硅钢片漆、防电晕漆等五类。其中浸渍漆就是用作浸渍处理电机、电器线圈的。浸渍漆能起到填充绝缘系统中的间隙和微孔的作用，并在被浸渍物表面形成连续漆膜，使线圈粘结成一个结实的整体，有效提高绝缘系统的整体性、导热性、耐潮性、介电强度和机械强度的性能。
其次，也起到散热的作用。绝缘漆在浸透时，烘干后的线圈可以看做一个整体，内外层热量能够轻易的传导，从而起到散发热量的作用。
现在我国的浸渍漆、绝缘油生产工艺、制备方法、专利配方技术资料还相对落后，生产加工的浸渍漆基本只起到短暂的作用，时间一长就会出现掉落、失效的现象。
3、使用的问题
我们在使用线圈铜线的过程中，经常会出现这样的问题：碰撞摩擦；冲洗较慢，水分大量与线圈接触；使用废机油润滑，造成导体表面有残留物和绝缘层的破坏；在后续加工时造成导体氧化；
4、铜线退火工艺
铜线退火指将铜线缓慢加热到一定的高温后，持续保持一段时间，然后以相应的速度冷却的一种金属热处理方法。
铜线退火工艺可以降低硬度，改善切削加工性、消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。不过，一旦生产过程中温度高于50 ℃出罐，规定抽气时间不足、SO₂含量高，保护气体不纯就会造成退火不足，一段时间后铜线就会容易发黑。
线圈铜丝发黑是多种因素造成的，不仅仅是以上四个问题，还与铜丝本身所处的状态、线圈加工工艺、硫化工艺、线圈的结构、配方、线圈生产环境等诸多因素有关。
图片

03

橡套电缆铜丝发黑的原因


橡套电缆铜丝发黑是多种因素造成的，不仅仅是橡皮的配方问题，还与铜丝本身所处的状态、橡胶加工工艺、橡胶硫化工艺、电缆的结构、护套橡胶配方、生产环境等诸多因素有关。
1、橡皮发粘和铜丝发黑的原因分析
1.1 铜丝本身的原因
在20世纪50到60年代，国内大多数厂家均使用普通铜杆，铜含量为99.99%，均为有氧铜杆，生产方法都是铜锭加热后经多道压延后制得黑色铜杆，经过大、中、小拉将铜杆制成比较细的铜丝。因为铜本身不是无氧铜，在加工过程中铜丝表面难免出现氧化。
到了20世纪80年代，国内引进了无氧铜杆的先进生产技术，以及国内自行开发的无氧铜杆生产技术，使整个电线电缆行业均用上了无氧铜杆，这无疑是改善了铜丝的发黑问题。但由于对铜杆的加工，特别是韧炼工艺的掌握以及加工好的铜线芯存放的条件不好，使铜线芯本身已有轻微的氧化，这也是铜丝发黑的原因之一。
1.2 橡胶配方的原因
20世纪50年代，橡胶绝缘均采用天然胶和丁苯胶并用配方。由于绝缘橡皮直接与铜线接触，所以就不能直接使用硫磺作硫化剂，即使用很少的硫磺也会使铜线发黑。必须使用一些能够分解出游离硫的化合物，如前面提到过的促进剂TMTD 、硫化剂VA-7，同时还要配合一些硫化促进剂来提高硫化速度和硫化程度，确保绝缘橡皮的物理机械性能和电气性能。但从绝缘橡皮的弹性、强力和永久变形看，都不如加有硫磺的橡皮（如果不考虑铜丝发黑的话）。几十年的实践已经证实TMTD 无法解决铜丝的发黑问题。
另外，绝缘橡皮要有各种颜色，红、蓝、黄、绿、黑是基本颜色，这些颜色的出现也会促使橡皮发粘和铜丝发黑。配方中的主要填充剂是轻质碳酸钙和滑石粉，由于价格的关系，有些厂家为了降低成本，用价格特别便宜的碳酸钙和滑石粉，这些填充剂粒子粗、游离碱的含量大、杂质多，所以物理机械性能比较差，电性能不好，还容易造成铜丝发黑。
还有的厂用活性超细碳酸钙来提高绝缘橡皮的物理机械性能，而活性钙多数是用硬脂酸来处理的，这种酸也是促使铜丝发黑的原因。硫化剂VA-7的使用，可以改善铜丝发黑，但由于硫化程度不够，橡皮的永久变形大，会造成橡皮发粘。特别是加入促进剂ZDC 以后，提高了硫化速度，为了防止焦烧，还要加入促进剂DM 来延缓焦烧时间。
从促进剂ZDC的结构看，是在TETD 结构中两个相连接的硫中间接上一个金属锌，结构式为S S H5C2 ‖ ‖ H5C2 ＞N-C-S-Zn-S-C-N ＜ H5C2 H5C2 与TETD 结构式 S S H5C2 ‖ ‖ H5C2 ＞N-C-S-S-C-N ＜ H5C2 H5C2 十分接近，在配方中还无法避开和秋兰姆相似的结构铜丝发黑可能时间略长一点，但没有从根本上解决。
2、从电线电缆结构分析
2.1 铜的催化老化是橡皮发粘的重要原因。
前苏联电缆科学研究院试验证明：硫化过程中铜从与橡胶接触处渗入到绝缘橡胶中，1.0-2.0mm 厚度的绝缘橡皮含铜0.009-0.0027%。众所周知，微量铜对橡皮有极大的破坏作用，也就是我们通常说的重金属对橡胶的催化老化。
在绝缘硫化过程中，秋兰姆析出若干游离硫与铜反应，形成活性含铜基团 CH3 │ CH2-CH-C-CH2- │ │ S S │ │ Cu Cu 在老化时，较弱的-S-S-键断裂，形成活性含铜基：Cu-S-，它与橡胶作用，同时与氧作用，破坏橡胶的长键分子，使橡胶变软变粘，是低分子链的组合。法国橡胶研究院研究发粘重现问题时也指出：如果橡胶中含有有害的金属，如铜、锰等重金属盐类，那么不管促进剂的种类，均会发生橡胶发粘现象。
2.2 橡套电缆中硫磺向绝缘橡皮和铜线表面的迁移
前苏联科学家应用放射性同位素证实了电缆护套橡胶中硫扩散的可能性。以天然橡胶为基的硫化胶中，在130-150℃的温度下，游离硫的扩散系数约为10-6cm²/s。连续硫化的生产厂，硫化护套橡胶时，温度在185-200℃之间，这个扩散的系数就更大。
由于橡套游离硫的扩散，改变了秋兰姆橡胶的结构，可能形成多硫键。这些多硫化合物通过化学分解和化合实现迁移，即“ 化学扩” 。由于迁移的结果，不仅可改变绝缘橡皮的结构，降低其耐热性，而且硫与铜表面反应，形成硫化铜和硫化亚铜，导致铜线发黑。反过来，硫化铜和硫化亚铜加速橡胶的老化，又导致发粘现象的发生。
3、加工工艺方面的原因
3.1 橡料加工方面的原因
在以天然胶和丁苯胶并用为基础的绝缘配方中，天然胶需要通过塑炼来提高橡胶的可塑性。有些大厂为了产量，用密炼机塑炼，还要加入少量的化学增塑剂--促进剂M 来提高塑性。如果塑炼温度和生胶滤橡时的温度控制不好，出现140℃以上的高温，当生胶放到开炼机上缓慢通过滚筒，而上面的积胶由于受到热氧和促进剂M 的同时作用，会发现橡胶表面好象涂了一层油，实际上是橡胶分子在化学增塑剂的促进下断链比较严重，产生了比较软和粘的较小分子量橡胶。
虽然后来与丁苯胶并用混炼出绝缘橡料，这些小分子量的天然胶被均匀地分散在胶料中，这些胶料挤包在铜丝上进行连续硫化后，当时可能看不出什么问题，但已经为橡胶粘铜丝埋下了一个隐患，也就是说，这些小分子量的天然胶将首先出现局部粘铜丝现象。
绝缘橡皮加硫化剂和促进剂的工艺也十分重要。有些小厂在开炼机上加硫化剂，就是将装有硫化剂的罐子，在滚筒的中部倒入，中间很多，而两边较少。当硫化剂吃入橡皮中，翻三角的次数较少，会使硫化剂在橡料中分布不均匀。这样在挤包连续硫化时，含硫化剂比较多的地方很容易出现铜丝发黑现象，在发黑的地方时间一长，还会出现橡皮粘铜丝的现象。
3.2 绝缘橡皮硫化方面的原因
有些企业为了追求产量，连续硫化管只有60米长，蒸汽压力是1.3Mpa，而硫化速度要开到120米/分，这样绝缘橡胶在管中的停留时间只有30秒。
橡皮本身是热的不良导体，绝缘线芯表面温度大于190℃，当温度传热到与铜线接触的里层橡皮时，又被铜线吸热，铜线升温到与里层橡皮温度接近时，硫化的橡皮电线芯已经出硫化管了。这样里层橡皮温度比较低，大约为170℃，停留只有几秒钟就出硫化管，进入冷却和收线，绝缘橡皮就会硫化不足。为了达到足够的硫化。促进剂TMTD 的用量（作硫化剂用）高达3.4%，过量的硫化剂，在硫化过程中放出的游离硫也多，除供交联橡胶分子外，还有多余的游离硫。这是促使铜线表面发黑的原因。
总之，解决铜线发黑的问题，难度仍然较大，从铜丝到橡皮的每一道工序都要认真对待，才能取得较好的效果。胶种选择和硫化体系的采用仍是问题的关键所在。这个问题的解决需要经历时间的考验。