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耐高溫線知識

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新型耐高溫電纜的設計生產工藝

2018年03月04日 16:43:09 瀏覽量：文章來源：線纜傳媒

1、新型高溫導體的設計要求

耐高（gāo）溫導線可在各類變壓器、互感器、傳感器中用於傳輸（shū）模擬信號、電脈衝、控製電流等，以封（fēng）閉電磁場傳輸方式工作（zuò）的耐（nài）高溫同（tóng）軸電纜在高溫場合（hé）可以用於傳輸高頻信號或一般場合傳輸較大功率的高頻信號。隨著（zhe）科技的不斷發展（zhǎn），對耐高溫導線使用溫度的要求越來越高，導線尺寸也越來越小。表1為（wéi）一（yī）種新型耐高溫導（dǎo）線的（de）主要電性能和機械（xiè）性能要求。

2、新型耐高（gāo）溫導體的選（xuǎn）材和結構

a．合理（lǐ）選（xuǎn）擇耐高溫導線的（de）結構，使其滿足導線使用溫度、絕緣電阻和機械性能的要求（qiú）。結構尺寸確定的原則是在限定的耐高溫導線總外徑下盡可（kě）能地放大芯線的絕緣外徑，以減小高（gāo）溫導（dǎo）線的直流（liú）電阻。

b．強化工藝過（guò）程控製，采取特殊而有效的工藝（yì）措施，確保耐高溫導線的電氣性（xìng）能和連續製造長度。

2．1 導體材料

耐高溫導線的導（dǎo）體基料一般是以銅為主，其表麵可以鍍上耐高溫的（de）金屬鍍（dù）層。在高溫狀態下銅導體的表（biǎo）麵隨著溫度的升（shēng）高和時間的增長，加速老化的過程變得越來越嚴重，老化過程最終使導體（tǐ）的傳輸能力逐漸降低，而（ér）這是人（rén）們所不希望的。在選擇新型耐高（gāo）溫導線的導體（tǐ）材料時，不僅要考慮（lǜ）其必須傳輸較大的電流，而且還（hái）應考慮到大電流會使導線發（fā）熱。為（wéi）了避免和延遲這個過程（chéng），可以在銅導體的表麵鍍上分子結構比較穩定的金屬，如銀或鎳。為確保該（gāi）新型耐（nài）高溫導線在高溫狀態下的導電性，我們采用了直徑為0．75 mm軟態銅線進行鍍鎳，鍍鎳後的（de）導線用孔徑為0．70 mm的（de）拉絲模過模，以保證芯體直徑（jìng）在(O．7O士0．02)mm之間。根據相關試驗，鍍鎳銅線的鍍鎳層厚度必須大於3 p．m，且過模後的導線最好不再進行彎曲。

2．2 絕緣材料

由於高矽氧玻璃纖（xiān）維紗(玻璃（lí）絲)具有良好（hǎo）的絕緣性和（hé）優良的耐高溫特性（xìng），因而是耐高溫導線首（shǒu）選的絕緣材料之一。通常（cháng）根據高溫導線的規格來選（xuǎn）擇高矽氧玻璃纖維紗的耐溫等級（jí）及其（qí）規格（gé）支數。支數越大，高矽氧（yǎng）玻璃纖維紗就越細，而且（qiě）柔軟，但其（qí）抗拉強度相對較差；反之，支數越（yuè）小，高矽氧玻璃纖（xiān）維紗就越粗，其抗拉強度越大，但（dàn）柔軟度較差。

普通高矽氧玻璃（lí）纖維紗（shā）絕緣耐高溫導線能在400℃左右使用，也可在特殊高溫(如瞬間達到800℃)的場（chǎng）合中使用。但長期在過高溫度狀態下（xià）使用，其電性能和機械性能就會被破壞，嚴重時將影響其正常使用。由表1可知，此新型耐高溫導線的規格較小，絕緣層較（jiào）薄，需長期（qī）在500℃甚至更高溫（wēn）度（dù）下工作，且在如（rú）此高溫下絕緣電阻須達到50 MΩ(50O V)，國產的高矽氧玻璃纖維紗通過傳統工藝很難（nán）滿足這些要求。雖然國產高矽氧玻璃纖維紗已從（cóng）質量（liàng）上很大的提高，部分技（jì）術指標也逐漸趨於穩定，但生產廠家提供的樣本中電性能指標語焉不（bú）詳，有些甚至是（shì）空白。例如：某專業生產廠（chǎng）采用（yòng）三元係統玻璃製造設備生（shēng）產後再進行處理的高矽氧玻璃纖維（wéi）紗(性能指標如表2所示)，具有較高（gāo）的機械強度，耐高（gāo）溫性能也較好，能長期在500℃環境中工作；但當溫度為400℃左（zuǒ）右（yòu）時，其絕緣性能因溫度的升高而（ér）降（jiàng）低，當溫度為（wéi）500℃時，其絕緣電阻幾乎為零。

顯然，用此高矽氧玻璃纖維紗和傳統工藝製造的高（gāo）溫導線隻能滿足機械性能要求，難以滿足（zú）絕緣性能的要求（qiú）。通過多（duō）次實（shí）踐（jiàn），我們製（zhì）作絕緣時采用在（zài）高矽氧玻璃纖（xiān）維紗中塗（tú）覆具有優良絕緣性能的（de）耐高溫塗料並烘烤（kǎo）的方法，實現了（le）導線在500℃時絕緣電阻達到（dào）50 MΩ(500 V)的要求（qiú）。因而，我們所選（xuǎn）擇的高（gāo）矽氧玻（bō）璃纖維紗必須（xū）是能耐500℃的高（gāo）溫，可（kě）方便地塗覆耐高溫塗料，並且塗覆後的導線應能承受使導線表麵幹燥的高溫爐烘（hōng）烤及之後的卷繞。

2．3 導線的結構

高矽氧玻璃（lí）纖維紗絕緣耐高溫導線的結構有多種形式：裸銅線+高（gāo）矽氧玻璃纖維紗繞包、鍍鎳銅線+高矽氧（yǎng）玻璃（lí）纖維紗繞包、鍍銀銅線+高（gāo）矽氧玻璃纖維紗繞包十四氟乙烯護套、鍍銀銅線+高矽氧玻璃纖維紗繞包+矽脂浸漬+四氟乙烯護套（tào）、鍍鎳銅線+高矽氧玻璃纖維紗繞包+耐高溫（wēn）塗覆液浸漬等。我們采用了（le）鍍鎳（niè）銅線+高矽（guī）氧玻璃纖維紗繞包（bāo）+耐高（gāo）溫塗覆（fù）液浸漬結構。為了減小耐高溫導線的直流電阻，鍍鎳銅（tóng）線應平整、圓滑（huá），高矽氧玻璃纖維紗應均勻柔軟，耐高溫塗覆液應為有機固化油漆，並且采用（yòng）合理的工藝措（cuò）施，合（hé）適（shì）的固化燒結溫度。

3 、新（xīn）型耐高溫導線的製作

由（yóu）於耐（nài）高溫導線的使用（yòng）環（huán）境比較特（tè）殊，在數百攝氏度的（de）高溫環境（jìng）中導（dǎo）線幾乎一直進行著加速老（lǎo）化，導線上任何瑕疵和斑點都將影響導線（xiàn）的使用壽命（mìng），因此耐高溫導線的材料選擇、工藝製作、製造環境、清潔程度十分重要。耐高溫導線整個製（zhì）造過程可分為導體尺（chǐ）寸定位、高矽氧玻璃纖（xiān）維紗複繞、絕緣繞（rào）製、塗覆液（yè）浸漬、高溫烘烤燒結（jié）等幾個步驟。在試製過程中必須根據工藝要求對導線製造（zào）設備進行必（bì）要調整，如（rú）與理想的工藝相差（chà）距離太大時還須對製造設備進（jìn）行部分改造。

3．1 導體整形

鍍（dù）鎳銅線導體可用拉拔模進行整形，使導體尺寸定位在規定的範圍中。在拉拔過程中必須注意的是應選用合適的拉絲液，並且在整形後必須將拉絲液清洗幹淨，以免殘（cán）留而在（zài）高溫狀態時對導線造成不良（liáng）影響，以及在特（tè）定環境（jìng）中釋放不良氣體而對環境造成不（bú）必要的汙染（rǎn）。

3．2 高矽氧玻璃纖（xiān）維紗複繞

一般是將選定支數的幾（jǐ）股高矽氧玻璃纖維紗複繞合並起來作為耐高溫導線的絕緣，使導線更細膩、光滑、柔軟。複繞時（shí）高矽氧玻璃纖維（wéi）紗被（bèi）安放在特（tè）定的支架上，通過（guò）上引法導出纖維紗並控製（zhì）好每股的張（zhāng）力，經過蜂房式（shì）繞線收（shōu）在繞包設備專用骨（gǔ）架上。如纖（xiān）維紗（shā）張力控製不當，合並後的高矽氧玻璃纖維紗會（huì）鬆緊（jǐn）不均勻、粗細不一致、表麵毛糙（cāo）；反之，則合並後的高矽氧玻璃纖維紗粗（cū）細均勻、平整光滑。高（gāo）矽氧玻璃纖維紗（shā）合並複（fù）繞中的清潔問題必須引起重視，一旦粉塵侵入合並後的高矽氧玻璃纖維紗中，粉塵將永遠存在而無法清除，造成耐高溫導線在耐（nài）溫等級、絕緣性能、傳（chuán）輸損耗等方麵的性能急速降低，嚴重時將影（yǐng）響到耐高溫（wēn）導線的使用壽命。

3．3 絕緣繞製

耐高溫導線製作過程中的絕緣繞製是非常關鍵的工序，絕緣繞製時必須嚴格控製高矽氧玻璃纖維紗繞包的節（jiē）距和（hé）外徑，其（qí）關鍵是選（xuǎn）用合理的配合齒輪，嚴（yán）格控製高矽氧（yǎng）玻（bō）璃纖維紗（shā）的放紗張力（lì）。繞製成型（xíng）後的導線須平整、光滑、圓整。從新型耐高（gāo）溫導線要求的尺寸可以看出，高矽氧玻璃纖維紗絕緣層厚度隻有0．2 mm，所以對繞包工藝要求（qiú）相當高。

耐（nài）高（gāo）溫導線的（de）導體在專用的繞包機上進行高矽（guī）氧玻璃纖（xiān）維紗的繞製。通常繞包機的（de）繞包頭有切（qiē）線式和同心式兩種。切線式繞包的優點是當專用骨架上（shàng）繞包材料（liào）繞完（wán）後，添加材料時不必剪斷主導體（tǐ），這樣能保證被加（jiā）工導線的連續長度；缺點是繞製時導線晃動較大以及高矽氧玻璃纖維紗在通過數道過渡導輪後（hòu）纖維（wéi）起毛而影響後道工序。在繞製其他材（cái）料時切線式繞包是一種很好（hǎo）的繞製方式，但在繞製高矽氧玻璃纖維紗或類似的材料時需慎重考慮。同心（xīn）式繞包的優點是繞製時導線（xiàn）晃動較小，並且高矽氧玻（bō）璃（lí）纖維紗通過的過渡導輪也較少，起毛現象沒有切線（xiàn）式繞包嚴重，繞包時張力的調節也（yě）比較方便；缺點是當專用骨架上的繞包（bāo）材料繞（rào）完後，添加材（cái）料時必須剪斷主導體，然（rán）後再進行換盤、穿線、重新接線，這給繞（rào）包操作（zuò）帶來一定（dìng）不便。無論采取那種繞包形式，第一層繞包和第二層繞包的繞製方向必須（xū）相反。如需（xū）要進行多（duō）層繞製時，必須遵守（shǒu）的原則是正（zhèng）在（zài）繞製的繞製方向須與上一層的方向相反（fǎn），這樣導線的表（biǎo）麵非常（cháng）緊湊、光滑、平整，整（zhěng）個絕緣層細膩均勻。在繞包時我們采用了較小（xiǎo）的繞（rào）包節（jiē）距，繞包後導線（xiàn）表麵非常平整（zhěng）、光滑，最（zuì）終（zhōng）將導線的外徑控製在1．1 mm 以內，符（fú）合（hé）了（le）新型耐高溫導線技術指標的（de）要（yào）求。

3．4 塗覆（fù）層塗（tú）製

在進行高矽氧玻璃纖維紗繞（rào）包時，必須同步進行有機耐（nài）高溫塗覆材（cái）料的塗製。由於高溫塗覆材（cái）料一（yī）般都是比較稀薄的（de）液體(如（rú）水一般)，因此在（zài）導線放出到達繞包頭之間可以放置一個容（róng）器，導線穿過含有高溫塗（tú）覆液的容器時，導體表麵（miàn）被高溫塗覆液（yè）浸潤塗覆（fù）。高（gāo）溫塗覆液塗覆後的導線通過第一個繞包（bāo）頭完成了高矽（guī）氧玻璃纖維紗第（dì）一層繞包；接著通過含有高（gāo）溫塗覆液的容器進行二次塗覆；然（rán）後通過（guò）第二個繞包頭（tóu）完成高（gāo）矽氧玻璃纖維（wéi）紗的第二層繞包；再次通過含（hán）有高溫塗覆液的容器進行三次塗覆。我們根據新（xīn）型耐高（gāo）溫導線的技術指標和（hé）設計的需要，選擇了（le）合適的繞包層數、塗覆浸漬液和塗覆（fù）的次數，使高溫導線達到了設計的要求。在整個繞（rào）包（bāo）塗覆過程中還必須注意：a．製作環境(特別是塗覆容器)的清（qīng）潔。b．塗覆液的配比和濃度，製造時環境溫度最好為18～26℃。c．導線（xiàn）的圓周麵不允許出現垂滴現（xiàn）象。

3．5 烘烤燒結

在高矽氧玻璃纖維紗表麵浸漬液未幹（gàn）燥前導線絕對不能卷繞，隻有經過燒結爐高溫烘烤燒結，且導線表（biǎo）麵的塗（tú）覆幹燥後才可收盤。烘烤燒結時要考慮烘烤（kǎo）溫度和烘烤時間這兩個（gè）參（cān）數。烘烤溫度是由導線的材料、導線的幾何尺寸和浸漬液的配比等因素確定。烘烤溫度過低，會使導線表麵幹燥，而絕緣內部還有殘留的（de）未燒結浸（jìn）漬液，影響導線的電氣性能；烘烤溫度過高，導線將會被烤焦，影響導線的機械性能，嚴重時（shí）甚至導致導線損壞，無法使（shǐ）用。烘烤溫度的選（xuǎn）擇還須根（gēn）據烘烤燒結的（de）時間綜合（hé）考慮。烘烤（kǎo）時間一般由導線（xiàn）在燒結爐內停留的時間（jiān）決定。合（hé）適的烘烤溫度和必（bì）要烘烤時間將使最終製得的耐高（gāo）溫導線（xiàn）表麵幹燥、光滑、無疙瘩、無起皮，導線彎曲自如（rú），通過（guò）收線裝置可將（jiāng）導線（xiàn）均勻收排到合適的導線盤上。

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