包頭銅業

新聞分類

產品分類

聯系我們

包頭華鼎銅業發展有限公司

地   址:稀土高新區希望工業園區

電 話:0472-2293808

傳   真:0472-2293808

網址:  www.zftiwl.live


PVC電線銅導體氧化變色的影響因素 以及可采取的預防改進措施

您的當前位置: 首 頁 >> 新聞中心 >> 華鼎新聞

PVC電線銅導體氧化變色的影響因素 以及可采取的預防改進措施

發布日期:2019-05-07 作者: 點擊:

  銅是電的良導體,電阻率小,導熱性好,塑性好,耐腐蝕性較好,易于焊接,力學性能較好,有足夠的抗拉強度和伸長率[1],無磁性,全頻率傳導平衡,且來源廣泛,價格便宜,被廣泛用作電線導體。然而,隨著銅電線的廣泛應用,人們在使用中發現,銅導體表面易出現氧化變黑的現象,嚴重時會影響電線的正常使用,PVC電線尤為明顯。銅線芯作為電流和數據的傳輸介質的重要載體,其質量水平直接影響電線電纜的質量[2]。而銅導體氧化變黑的現象是電線電纜行業的老大難問題,一直困擾著眾多電線電纜企業。為了讓大家對這種現象有一個充分的認識,本文從以下幾個方面對PVC電線銅導體氧化現象進行了闡述:銅的氧化機理;銅導體常見的氧化現象;可能導致銅導體氧化的因素;可采取的預防改進措施。


包頭銅業

  

  一、銅的氧化機理

  

  銅的化學活性排在氫之后,是一種不活潑性的金屬,與酸堿物質基本上不發生化學反應。

  

  在干燥的空氣中,銅的化學性質是比較穩定的,只有在高溫條件下才會與空氣中的氧氣反應,在其表面生成氧化膜。這一點從銅的標準電極反應及電極電位便可看出:

  

  Cu2++e=Cu+;E0=+0.170V

  

  Cu2++2e=Cu;E0=+0.340V

  

  Cu++e=Cu;E0=+0.552V

  

  銅被氧化成一價銅比被氧化成二價銅要困難。銅被氧化成一價銅后,很容易被繼續氧化成二價銅。

  

  在酸性條件下,氧氣的標準電極反應及電極電位為:

  

  O2+4H++4e=2H2O;E0=+1.229V

  

  銅的電極電位比氧氣的電極電位低,在酸性條件下,銅絲表面很容易被氧化成黑色的氧化銅[3]。

  

  銅導體的氧化還有一類被稱之為電化學氧化,由于原電池反應造成的銅線銹蝕,由于極性水分子的作用表面Cu2+發生水化,水化力克服Cu2+與電子之間的引力而離開陽極進入水膜層,產生電化學氧化作用,引起銅導體的銹蝕現象[2]。

  

  廣義上銅的氧化,還包括銅與硫化物的反應以及銅與氯離子的反應。銅與S2-反應首先生成紫紅色的硫化亞銅,進一步反應生成黑色的硫化銅;銅與二氧化硫及氧氣反應生成藍色硫酸銅。而銅導體與氯離子反應先生成棕黃色氯化物,而后進一步氧化變黑。

  

  二、銅導線常見的氧化現象

  

  PVC電線在生產、運輸、貯存和使用過程中,受潮濕環境和溫度影響,銅導體及其合金容易被氧化,尤其是在炎熱夏季的來臨,使得空氣中的濕度和溫度大幅提高。銅導體在氧化初期呈現粉紅色(氧化亞銅),隨著時間的增加,逐漸變成黑色(氧化銅)[4][5]。為了便于分析,現將常見的銅導線氧化現象匯總如下:1.電解銅生產銅桿時引起的氧化;2.銅桿拉絲時氧化;3.銅絲退火時氧化;4.銅絲拉絲退火成盤后,在盤的外表面上的銅絲氧化;5.銅絲束絲或絞線后導體氧化;6.電線的開端和末端氧化;7.電線中間連續一定長度或某一截面的導體表面導體出現氧化現象;8.絕緣層破損或絕緣材料老化處銅導體氧化變黑

  

  三、可導致銅導線氧化的因素

  

  銅導體表面變黑的根本原因是銅導體表面發生了氧化現象,其表面的氧化膜主要由Cu2O、CuO、CuCO3、Cu(OH)2組成,并含有少量銅的氯化物、硫化物、鈉鹽以及SiO2等[6][7][8][9]。而引起銅導體氧化的因素主要有以下幾個方面:

  

  (1)銅導體自身的因素

  

  目前,電解銅加工成銅桿通常有下面兩種方法:上引法和連鑄連軋法[2]。

  

  低氧銅的生產采用連鑄連軋法。連鑄連軋法是通過熔化爐將電解銅熔化后,使銅液經過兩爐之間的狹小的熔溝進入保溫爐進行保溫,而后通過連鑄機、牽引機、滾剪機、校直刨角機、打毛機、連軋機、收桿裝置制成銅桿。熔化的銅在連鑄時,銅的表面與空氣中的氧氣接觸,會形成氧化銅。雖然連軋工序會除去部分外層氧化膜,但是還會有部分氧化銅皮軋進銅桿中。生產過程中使用含抗氧劑的冷卻液,可減少銅桿表面的氧化變色。在混雜廢銅直接再生連鑄連軋低氧銅桿的情況下,銅導體的質量控制更加困難,銅桿中含有一定量的氧和雜質,為后續生產和使用埋下隱患。

  

  而無氧銅的生產采用上引發。上引法是通過工頻感應熔化爐將電解銅進行熔化,熔化后的銅液經過兩爐之間的狹小的熔溝進入保溫爐進行保溫,然后由引桿機構利用結晶器冷卻水冷卻控制引出銅桿,銅桿冷卻到室溫后進入空氣中,最后由收線機構將銅桿盤成圈供下一道工序使用。整個生產過程中實現了隔氧狀態下的全過程生產,確保了產品的純度與無氧,避免了銅桿的氧化。使用上引法生產的銅桿具有以下優點:電阻率低、加工性能好、外觀光潔、機構密實、表面圓整、無氧化、無裂紋、無毛刺、無起皮和夾雜缺陷[10][11]。

  

  (2)銅桿拉絲過程

  

  銅桿制成各種規格的銅絲是通過拉絲工序實現的。對于大拉、中拉、細絲過程中,拉絲乳化液的質量嚴重影響銅絲表面效果[3]。拉絲乳化液中應包含抗氧劑和潤滑液。抗氧劑的存在可以保護銅導體表面在拉絲過程中不被氧化。潤滑液的潤滑效果、抗清洗能力、及其穩定性決定了銅絲質量的穩定性。潤滑液一般情況下為堿性,堿性潤滑液易在水中吸收二氧化碳,而在水中的二氧化碳與拉絲時產生的銅沫以及水中的重金屬離子發生化學反應生成堿式碳酸銅和其他重金屬的碳酸鹽,其反應式如下:2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3[12]。

  

  銅與游離皂中的脂肪酸根會發生反應,產生不溶于水的銅皂,會影響潤滑液的潤滑效果和抗清洗能力,縮短潤滑液的使用壽命[2]。不溶于水的銅皂和重金屬皂累積起來形成淤渣混雜在其中,不易沉淀,會造成銅線表面質量不良。

  

  另外,單絲拉制時,選取的拉絲模具若有損傷,孔徑粗糙不光滑,會造成銅絲表面出現拉傷現象,增大銅絲被氧化的幾率。

  

  (3)銅絲的退火過程

  

  銅絲經過多道拉絲延伸后,晶體結構發生變化,會產生內應力,具體表現為:銅絲硬化,延伸率下降,導體電阻率上升。而退火的目的是改善銅絲的韌性和塑性,使晶格從新排列,消除內應力。退火過程中會使用退火冷卻液,是由水和抗氧劑組成,其作用是在銅線韌煉后降低銅線的表面溫度,防止銅線與空氣中的氧氣接觸而發生氧化反應。

  

  目前,許多公司所使用的水基本上都是自來水,而自來水都是經過氯消毒殺菌的,所以水中會含有少量的氯離子。氯離子易于變形和極化,當其吸附在銅導體的表面時,會產生一個很強的誘導電場,足以將銅離子拉出晶格,對銅導體表面造成破壞,加速其表面銹蝕的發生。另外,水中的重金屬離子,如鈉離子、鎂離子、鈣離子都會對銅的氧化有一定的影響,但是沒有氯離子明顯[12]。

  

  冷卻液中抗氧劑的選用恰當與否以及抗氧劑的含量是否適中都會影響銅導體的表面穩定性。

  

  另外,銅導體表面水分未清理干凈,有水跡的情況下可產生原電池反應。電化學氧化是銅導體在潮濕的環境中,常溫下就可發生,發生過程較為緩慢,但是一旦發生損失往往較大。且電化學氧化在成品下線后不是立刻出現,往往是在兩三天后才出現,并且越來越嚴重。

  

  (4)束絲和絞線過程

  

  束絲和絞線工序過程中,緊壓導體在過拉拔模時溫度會升高,可引起銅導體表面氧化。

  

  (5)繞包過程

  

  銅絲經過束絲和絞線工序后,會有一道繞包工序,常用的繞包材料有:無紡布、聚酯帶、聚酰亞胺帶、云母帶等。繞包材料在生產、運輸和使用過程中一旦受到污染,就極易包裹或包含水份和活性離子如Cl-、S2-、Na+等,而后經過擴散和滲透作用到達銅導體表面并與之反應。導體表面氧化黑膜中的SiO2則是由繞包材料和銅導體在運輸及繞包生產過程中空氣中的粉塵微粒污染而帶入的[6]。

  

  (6)PVC材料本身的因素

  

  熱塑性絕緣材料正常情況下不會引起銅絲表面氧化。但是,一些劣質原輔材料,常規檢測指標合格,而長期使用就會對銅絲產生危害。[3]PVC絕緣材料常用的增塑劑,如DOP、DOS、鄰苯二甲酸雙十一酯、偏苯三酸三辛酯、氯化石蠟等存在游離酸離子,析出后會腐蝕銅絲而氧化發黑。而含有環氧大豆油的電纜料,長時間使用后表面會出油,也會引起銅絲表面氧化變色。[13]PVC料常用的一些填料,如碳酸鈣和滑石粉,有些廠家為了降低成本,選用價格特別便宜的劣質碳酸鈣和滑石粉,而這些填料粒徑大、雜質多、游離堿的含量大,造成其物理機械性能比較差和電性能不好的同時,還容易造成銅絲氧化發黑。還有的廠家選用活性超細碳酸鈣來提高其物理機械性能,而活性碳酸鈣多數是利用硬脂酸對其進行活化處理里的,這種酸也是促使銅絲發黑的原因之一。

  

  另外,PVC材料的熱穩定性差,若PVC絕緣料中所添加的熱穩定劑和抗氧劑不合適,其分子鏈容易降解、破壞而釋放出HCI,而HCI會進一步促進PVC的分解,導致電線絕緣層失效,在輸電線高熱和氧的作用下,銅芯表面會被氧化而呈現出黑色。

  

  (7)電線生產工藝的因素

  

  生產工藝的控制對PVC電線質量的影響也很大。擠包前不對PVC絕緣料進行干燥處理、不對銅絲預熱處理,可能會造成絕緣層有氣孔、絕緣層和導體間有水分和空氣,在一定條件下會使銅導體表面氧化變黑。PVC電線生產過程中加工溫度控制不精密,經常出現超出190℃的情況,也可導致電線導體氧化發黑[14]。

  

  (8)電線運輸和使用過程

  

  電線成品運輸和使用過程中,絕緣層受到擠壓、磕碰、刮劃等損壞時,當導體與空氣中氧和水分接觸時就有可能被氧化。電線的兩端若不提前做好密封防護,電線兩端的銅絲被氧化的可能性就變大。在炎熱的夏季,這些現象尤為明顯。

  

  四、可采取的預防改進措施

  

  銅導體表面的黑色氧化物CuO嚴重影響到其外觀、表面質量和許多優良性能,如在焊接時容易導致虛焊或焊接失效。銅的氧化對其導熱性和導電性也有嚴重影響,銅中的自由電子在導電過程中具有趨膚效應,當銅表面被氧化時,氧化層的導電性與銅相比極差,趨膚效應就會受到影響,從而影響其導電性和導熱性[15]。而對于PVC線纜銅導體氧化變色問題,應該以預防為主,防治結合。具體的預防改進措施可以從以下幾個方面著手:

  

  (1)選用優質的電解銅為原料,采用合適的銅桿加工工藝[3],從源頭做起,選擇有技術實力的銅桿生產廠家,并要求其將出廠檢測報告隨貨一并發出。

  

  (2)做好拉絲液的防護措施:拉絲過程中添加抗氧劑和殺菌劑,防止潤滑液中的細菌繁殖,加大使用過程中的維護,定期對潤滑液的百分比濃度、PH值(冬季控制在下限,夏季控制在上線,PH值為8-11)、溫度、細菌含量等各項指標進行檢測并記錄,隨時根據潤滑液的變化情況進行調整。下盤后的銅絲應用塑料膜包裹好,并存放在干燥環境中[2]。

  

  (3)在退火冷卻液中添加合適的抗氧劑,且濃度要適中;對冷卻液水質進行改進,消除重金屬離子和氯離子對銅導體氧化的影響;適時補充抗氧劑;清除干凈銅導體表面的水分,防止產生電化學反應。保持生產環境和生產裝備的干燥和干凈。在高溫和高濕度的環境下尤其夏季,保持銅線干燥,加快銅線的生產和使用周期。

  

  (4)銅線束絞前,若沒有經過抗氧劑的鈍化處理,可以在束絲和絞線過程中補充處理。具體做法是用輸液管將抗氧劑溶液滴入束絞絲中,其抗氧劑溶液是0.2%-0.4%苯并三氮唑酒精溶液。酒精溶液的揮發能起到潤滑和冷卻束絞線的作用。束絞銅導體下盤后,應用塑料膜包裹好,存放于干燥環境中。

  

  (5)繞包材料在運輸、存儲和使用過程中要保持其干燥、無粉塵,繞包工序過程中銅導體表面要干燥無粉塵,繞包完成下盤后要包覆塑料膜防止其吸潮和粉塵的混入,并存放于干燥環境中。

  

  (6)選用優質的PVC絕緣料,并做好檢測,質量嚴格把關。其中一種檢測方法為將擠包PVC材料后的銅線(或者是裸銅線夾在PVC膠片中,要密閉),放置在100℃的烘箱中處理72h,銅絲無明顯變黃變黑為合格。

  

  (7)加強對生產工藝和車間衛生的管理工作。擠出前對銅導體進行預熱處理,減小導體與PVC料的溫度差,同時也可除去導體表面的水份;擠出前對PVC絕緣料進行烘干處理;控制擠出機溫度在工藝要求范圍內,避免溫度過高造成PVC絕緣料分解;進入水槽冷卻時,做好擠出線纜開端的密封,防止水分進入導體;未使用完的材料,應及時將其封口防止材料吸潮或混入粉塵;保持生產車間干燥和無塵,防止導體受到污染。

  

  (8)對半成品和成品存放和運輸過程中多加注意,防止發生擠壓、磕碰、刮劃等損壞現象,而引起導體被氧化變黑現象。

  

  五、結束語

  

  PVC線纜銅導體氧化變色是一個很復雜的化學變化,是由多種因素引起的綜合性問題。根據自身情況,在電線電纜生產過程中采取多種有效防護措施,防患于未然,才有可能減少甚至是避免銅導體氧化變色現象的發生。

  

  免責聲明:轉載內容均來自于網絡,如有異議請及時聯系,本人將予以刪除。


相關標簽:包頭銅業

上一篇:電纜銅導體防氧化的控制方法
下一篇:沒有了

最近瀏覽:

在線客服
分享
歡迎給我們留言
請在此輸入留言內容,我們會盡快與您聯系。
姓名
聯系人
電話
座機/手機號碼
> pc蛋蛋大神