轨道交通用电缆护套“刮白”产生的原因分析与质量改进

曾 轩

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲412001）

轨道交通用电缆护套“刮白”产生的原因分析与质量改进

曾 轩

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲412001）

为解决轨道交通用电缆护套“刮白”问题，从护套材料组成的角度分析了护套“刮白”现象产生的原因，提出了调整材料中阻燃剂粒径及其分布、添加适量表面活性剂或偶联剂对无机阻燃剂进行表面处理、提高绝缘和护套交联程度、添加恰当的防刮伤助剂和适当提高材料硬度等质量改进方案。

轨道交通用电缆；护套；刮白

0 引 言

随着国内轨道交通的快速发展，与其配套的电线电缆产品需求也与日俱增。从起步之初几乎全部采购进口电缆到现在大量使用国产电缆，国产的轨道交通车辆用电缆已逐渐取代进口电缆产品，其产品性能符合相关标准要求。由于标准要求电缆护套材料为低烟无卤阻燃材料，为了达到一定的阻燃效果，材料中需要添加相当量的白色粉末状无卤阻燃剂。电缆在生产、运输及使用的过程中，不可避免地会相互产生摩擦或者受到硬物的摩擦，严重时会出现白色刮痕，被业内称为“刮白”，对电缆的外观质量产生很大的影响［1］。因此，如何提高电缆的耐刮磨性能是一个非常重要且亟待解决的问题。

1 轨道交通用电缆现行标准

目前，轨道交通用电缆的常用标准如表1所示。

表1 轨道交通用电缆的常用标准

2 电缆护套“刮白”产生的常见工序

电缆护套“刮白”现象主要发生在以下工序：

（1）在护套挤出时，电缆经过导线轮，当导线轮表面有损伤或转动不顺畅时，容易产生“刮白”现象；

（2）在辐照工序中，电缆在辐照设备内穿行时，如牵引张力过大容易造成护套“刮白”；

（3）在下线、搬运和布线中特别是需要穿管拖曳时，都有可能造成电缆护套“刮白”。

总之，在所有可能发生相互摩擦或和外物碰撞的地方均有可能导致电缆护套“刮白”的产生。这种刮擦痕迹虽然较轻微时可以擦除，通常也不会影响到电缆的使用性能，但影响了电缆外观质量。对于电缆外观质量要求特别严格的场合，这种情况很难获得客户的认可。

3 电缆护套“刮白”现象产生的原因分析

3.1 电缆护套的材料组成

轨道交通用电缆护套材料的主要基料为乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）。由于在分子链段中引入了极性基团（乙酸酯），提高了分子链的柔韧性、耐冲击性、热密封性及与填料的相容性，因此EVA材料在较宽的温度范围内具有良好的柔韧性、耐冲击强度和耐环境应力开裂等性能。在EVA基料的基础上，添加增塑剂、阻燃剂、防老剂和交联剂等配合材料，共同组成混合物配方，并通过混炼工序制成适合挤出的颗粒或胶片。

3.2 “刮白”现象产生的原因

EVA的分子主要由碳、氢原子组成，材料本身为易燃物质。为了达到阻燃效果，电缆生产厂家在材料配方中添加了较多的无卤阻燃剂。目前使用的无卤阻燃剂主要为氢氧化铝和氢氧化镁，这类阻燃剂多为白色粉末状物质，若电缆表面受到摩擦后很容易出现白痕。

此外，客户方通常希望电缆具有一定的弯曲性能，为确保线缆的柔软性，电缆生产厂家使用的材料相对较软，而一般软质材料本身就容易受到摩擦而损伤。同时电缆在生产和使用过程中都难以避免会发生摩擦，严重时便会出现白痕。电缆受到摩擦前后护套表面的对比照片如图1所示。图1右侧为刮磨前的电缆，表面完好，左侧为刮磨后的电缆，表面出现白色痕迹。

图1 电缆刮磨前后护套表面的对比照片

4 电缆“刮白”现象的解决方案

4.1 调整阻燃剂粒径及其分布

现材料配方中使用的阻燃剂如氢氧化镁、氢氧化铝等，粒径约为1～5μm。一般情况下，阻燃剂的粒径越小，分布越窄，生产出来的护套材料的性能会越好。通过试验，采用0.1～1μm粒径的阻燃剂对电缆刮磨产生的白色刮痕有较好的改善作用。

4.2 添加适量表面活性剂或偶联剂对无机阻燃剂进行表面处理

氢氧化镁、氢氧化铝作为无机阻燃剂，虽然无毒、不挥发、价廉、阻燃，以及在燃烧时无二次污染物，但是其添加量必须在50%以上时，才能充分发挥阻燃效果。这么高的填充量势必影响高聚物与无机填料的相容性和力学性能，因为无机填料和有机高聚物在物理形态和化学结构上极不相同，两者亲和性差。如果直接填充，会造成分散不均，而且粒径较大者还会成为复合材料的应力集中点，成为材料的薄弱环节，这样不仅会限制填充剂在聚合物中的添加量，而且还会严重影响到电缆性能［2］，并会造成电缆“刮白”现象的产生。

为改善聚烯烃类材料与氢氧化铝、氢氧化镁的界面亲合力，一般加入适当的表面活性剂或偶联剂对无机阻燃剂进行表面处理，进而达到有效提高材料的阻燃性、改善材料的挤出加工性能、提高电缆的电气性能和降低电缆生产成本的目的。常用的偶联剂有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。

4.3 提高绝缘和护套的交联程度

绝缘和护套材料经交联后，材料分子结构由线型转变成立体网状结构，材料性能得到了优化。交联度是衡量材料交联程度的指标，交联度越高，也就是单位体积内的交联键越多，材料交联越充分，分子间结构越稳定，材料性能如抗拉强度、耐油性能等越好。

经试验，交联度与电缆产品表面摩擦效果的关系见表2。由表2可以看出，电缆交联度越低，电缆表面受到摩擦后白色痕迹越明显，也就是越容易产生“刮白”。当交联度在96%以上时，材料分子间结构更稳定，可有效提高电缆的耐刮磨性。

表2 材料交联度与电缆表面摩擦效果的关系

4.4 添加合适的防刮伤助剂

在材料中添加防刮伤助剂，降低材料表面的摩擦系数，可提高电缆的耐刮磨性。关键在于寻找到合适的防刮伤助剂，既能与材料中的其他组份有效结合，又能在不影响其他性能的前提下，提高电缆的耐刮磨性。经过试验，发现部分防刮伤助剂添加后能提高耐刮磨性，但经过一段时间后，电缆表面会析出一些白色物质，但可擦除，电缆生产厂家习惯称之为“喷霜”，这是由于其中一些不稳定的小分子物质在一定的温度和湿度环境下析出在电缆表面，虽然不影响电缆性能，但会影响电缆外观质量，这也是我们不希望看到的。目前，电缆生产厂家及材料供应商都在进行相关研发工作，研究添加何种恰当的防刮伤助剂。

4.5 适当提高材料硬度

适当提高材料硬度，对解决电缆“刮白”问题有一定帮助。虽然大部分的客户都希望电缆越柔软越好，但现行电缆标准中对电缆柔软性并没有提出衡量的指标，所以电缆的柔软性可以根据客户要求和电缆的使用状况综合决定。电缆生产厂家认为在不影响电缆的使用、安装、维护和敷设的前提下，可适当提高护套材料的硬度。

5 结束语

本文分析了轨道交通用电缆护套“刮白”现象产生的主要原因，提出了相应的改善措施。经生产实践，能提高电缆的耐刮磨性能，有效解决护套“刮白”问题。

［1］ 王林，李玉虎，程庆，等.无卤阻燃电线电缆料的耐刮擦性能研究［J］.合成材料老化与应用，2014，43（6）：15-19.

［2］ 侯海良，高海峰.环保型电线电缆材料的现状及发展思考［J］.电线电缆，2006（3）：1-3.

Causal Analysis and Quality Im provement of the“Scraping W hite”of Cable Sheath for Rail Transit

ZENG Xuan
（Zhuzhou CRRC Times Electric Co.，Ltd.，（TEC），Zhuzhou 412001，China）

In order to solve the problem of rail transit for cable sheath“scraping white”，from the perspective of the sheath material produced“scraping white”phenomenon，put forward to adjust the flame retardantmaterial particle size and its distribution，adding surfactant or coupling agent to improve the inorganic flame retardant surface treatment，improve insulation and sheath crosslinking the degree and quality of anti scratch and add appropriate additives to increase the hardness of cable“scraping white”phenomenon of appropriate improvement scheme.

cable for rail transit；sheath；scraping white

TM246.9

：A

：1672-6901（2016）06-0027-03

2016-07-06

曾 轩（1976-）男，高级工程师.

作者地址：湖南株洲市石峰区田心高科园时代电气物流中心［412001］.