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BVR型电线铜导体发黑现象原因分析及预防改善

2025-03-27 1 上传者：管理员

摘要：BVR型电线铜导体发黑现象不仅降低了产品使用性能，也影响了企业声誉。通过激光拉曼光谱仪和酸/碱溶液测得BVR型电线铜导体发黑物质成分为CuO。经分析发现铜导体发黑现象是铜材料自身原因与BVR型电线生产、运输、储存、敷设、使用等环节中控制疏漏相结合的结果。针对性地提出拉丝工艺有效控制、绞合导体转运防护加强、挤塑绝缘线芯端头处理、聚氯乙烯(PVC)绝缘料抗氧化能力改进、电线存储和使用过程加强防护等预防改善措施。最终有效改善了BVR型电线铜导体氧化发黑现象，提高产品内在质量和使用寿命，降低企业售后服务成本。

关键词：
BVR型电线
拉丝工艺
绝缘材料
表面钝化处理
铜导体
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铜芯聚氯乙烯(PVC)绝缘软电线(即BVR型电线)作为一种配电柜专用软电线,被广泛应用于各类建筑和公共场所中｡但在安装使用过程中,时常有用户反映BVR型电线出现铜导体发黑现象｡该现象的出现不仅造成了用户使用的困扰,也影响了企业的声誉,对此各线缆企业均极为重视｡本文通过对BVR型电线铜导体发黑物质成分确定,指出铜导体发黑是铜材料自身原因与BVR型电线生产､运输､储存､敷设､使用过程中各环节控制疏漏相结合的结果,进而提出改善措施,以改善电线铜导体发黑现象,提高电线质量和使用寿命｡

1、BVR型电线铜导体发黑物质成分

激光拉曼光谱仪可分析各种固态/液态/气态物质的分子组成､结构及相对含量等,故可用于对物质成分的鉴别与定性｡为了鉴定BVR型电线铜导体发黑物质的具体成分,采用488nmAr离子激光器为光源的激光拉曼光谱仪,分别对取自3根发黑铜导体的发黑物质样品进行光谱照射,测得的拉曼光谱如图1所示｡由此发现3次拉曼光谱谱线均在632cm-1处出现明显的特征峰,结合SpectralID数据库可知,该特征峰主要对应于CuO和Cu2O,表明铜导体发黑物质主要为CuO和Cu2O｡

图1测得的铜导体发黑物质拉曼光谱

为了进一步确定BVR型电线铜导体发黑物质的具体成分,将发黑的铜导体分别放入碱性溶液(NaOH水溶液,pH值为12)和酸性溶液(HCl水溶液,pH值为1)中进行观察,发现放入碱性溶液的发黑铜导体未反应､溶液无变色,而放入酸性溶液的发黑铜导体发生反应(铜导体表面发黑物质瞬间脱落)､溶液变成淡蓝色,由此最终确定铜导体发黑物质为碱性物质CuO｡

2、BVR型电线铜导体发黑原因分析

2.1铜导体材料自身原因分析

铜原子的电子层分布为1s22s22p63s23p63d10-4s1(即2-8-18-1),其最外层为1个电子,按照电子构型原理,其容易失去1个电子而达到更稳定的状态,这也导致了铜在没有保护措施的情况下容易被氧化｡因此,铜导体若长期裸露在空气中,易与空气中的O2反应生成CuO,而且在加热或高温情况下会加速氧化;在潮湿空气中,易与H2O､O2､CO2反应生成Cu2(OH)2CO3,Cu2(OH)2CO3在加热或高温情况下会进一步分解为CuO､CO2和H2O;在碱性环境中,易与OH-反应生成Cu(OH)2,Cu(OH)2在加热情况下会进一步分解为CuO和H2O｡综上,BVR型电线铜导体发黑的诱因是铜材料自身易遭受外部环境因素(水分､潮气､空气､碱性物质)侵蚀使表面氧化形成黑色CuO,但这需与BVR型电线的生产､运输､储存､敷设､使用过程中各环节控制疏漏相结合,才能最终导致铜导体发黑｡

2.2生产过程原因分析

2.2.1拉丝和绞合工序原因分析

BVR型电线铜导体基本采用多根软铜丝束绞结构,对此分析得出铜导体发黑原因主要与铜导体拉丝和绞合工序相关｡在BVR型电线铜单丝拉制过程中,特别是采用多头拉丝机拉制时,因拉制速度较快,冷却液的水分沾到单丝表面｡如果在上收线盘前铜单丝表面水分没有完全吹干,则水分子就会黏附在拉制完成的单丝表面,当单丝在空气中放置一段时间后,其表面就会出现氧化变红现象｡此外,如果拉制完成的铜单丝冷却不充分,在高温的状态下收线,则铜单丝表面也会很快氧化呈现红色｡

在拉制完成的铜单丝储存及绞合过程中,如果铜单丝及绞合后的铜导体未能妥善保管,长期暴露在空气中也易出现氧化变色｡根据相关研究报道,当环境湿度高于临界湿度(45%RH~60%RH)时铜导体的氧化变色速度会陡然增加,而环境湿度低于该临界湿度时铜导体的氧化变色速度会减缓｡同时,在环境湿度高于临界湿度时,铜导体表面会出现水膜/水珠,当大气中含有的大量尘埃(如烟雾､煤炭燃烧颗粒､汽车排放的废气､氯化物和其他酸､碱､盐颗粒等,其主要成分是SO2､CO2､H2S､NH3､HCl等)溶解于水膜/水珠中即形成了电解液,从而加剧铜导体的氧化变色,轻则影响产品外观品质和成品质量信誉,重则影响铜导体使用,造成报废损失｡

2.2.2绝缘工序原因分析

BVR型电线采用PVC绝缘挤出包覆软铜丝绞合导体,对此分析得出铜导体发黑原因与绝缘挤出工序也相关｡在BVR型电线绝缘挤出过程中,因挤出速度较快(≥100m/min),故所配套的冷却水槽设置也较长,如果挤出绝缘线芯的端头在过水槽冷却时被水分侵入,则水分会渗入导体缝隙处使铜导体氧化变色｡在正常情况下热塑性PVC绝缘料不会引起铜导体氧化,但如果采用由劣质原/辅材料制成的PVC绝缘料,即使原料常规进厂检测指标合格,在长期使用后仍会损害铜导体;同时,PVC绝缘料制备时需加入一定量的增塑剂[如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)､癸二酸二辛酯(DOS)､邻苯二甲酸双十一酯(DUP)､偏苯三酸三辛酯(TOTM)､氯化石蜡等],会析出游离酸离子,腐蚀铜导体,使其氧化发黑;如果采用的PVC绝缘料中含有环氧大豆油成分,则在BVR型电线长期使用后绝缘表面会出油,而导致铜导体氧化变色,影响电缆产品质量[1]｡

2.3储存运输和敷设使用过程原因分析

在BVR型电线储存过程中,如果储存环境较潮湿或裸露的电线端头受水汽侵入,则会引起铜导体氧化变色｡在BVR型电线运输过程中,如果电缆绝缘层不慎受到挤压､磕碰､刮划等损坏,则绝缘局部损伤处的铜导体就会因与空气中氧气或水分长期接触而导致氧化变色｡在BVR型电线敷设使用过程中,如果敷设初期穿好管的电线裸露在外的端头受周围空气､潮气､水汽或碱性物质的入侵(特别是在炎热的夏季),则会在敷设一段时间后引起铜导体氧化变黑;有时甚至在电线端头已包裹绝缘胶布的情况下,但因绝缘胶布起不到防水作用,水汽仍会通过绝缘胶布表层渗透进铜导体而引起变色;有时用户自行对电线分段且在分段后未对电线端头密封,使端头长期暴露在空气中引起铜导体氧化变黑｡

3、BVR型电线铜导体发黑预防改善

BVR型电线的多根软铜丝束绞结构形式使铜单丝间空隙容易遭受外界空气中的氧气､水汽､潮气入侵,若再叠加生产/施工时的高温,则铜导体氧化发黑将难以避免,因此必须采取相应的预防改善措施｡

3.1生产过程预防改善

3.1.1拉丝工序预防改善措施

BVR型电线拉丝工序预防改善措施主要包括确保拉丝后导体表面干燥和对拉丝后导体表面进行钝化处理｡一般采用连拉连退机组将铜杆拉制成铜单丝,在连拉连退(拉丝-退火-冷却)过程中应保证蒸汽保护装置处于正常运行状态,确保拉制的铜单丝表面无退火液成分残留;每2个月定期更换拉丝退火后的吹干模具,以避免吹干模具因磨损造成孔径过大而使水分残留;在吹干气体管道处增加油水分离器,以及时分离出潮湿空气中的水分,确保吹干气体无水分残留;在铜单丝上收线盘之前增加一吸水装置,采用棉布或羊毛毡擦拭掉铜单丝表面多余的水分,确保铜单丝表面干燥｡

考虑到拉制的铜单丝并非全部很快流入下一工序,若长时间存放于空气中将极易表面氧化,故在拉制的铜单丝上收线盘之前,对其进行表面钝化处理,以提高铜单丝表面抗氧化能力｡在对铜单丝表面进行钝化处理时,借助专用工具将由固体双酚A抗氧剂以一定比例溶解于工业酒精(酒精具有挥发性以实现润滑和冷却作用,在酒精挥发后残留在导体表面的抗氧剂即能有效抑制氧化)中配制而成的表面钝化处理液擦拭于铜单丝表面,擦拭量以湿润铜单丝表面为宜[2]｡

3.1.2绞合工序预防改善措施

BVR型电线绞合工序预防改善措施主要是加强绞合后铜导体转运和储存防护｡对于绞合后铜导体,在转运时应做好防护,避免下雨天跨车间转运,以免雨水腐蚀导体｡对于未能立即转入下一工序的绞合后铜导体,应及时采用聚乙烯(PE)自粘膜做好防护,避免铜导体在空气中存放过长时间,同时降低存放地点的湿度｡铜导体防护时所用的PE自粘膜为环保材料,其内部不会有Cl元素析出腐蚀导体｡

3.1.3绝缘工序预防改善措施

BVR型电线绝缘工序预防改善措施主要是剪除浸水的绝缘线芯端头和提高PVC绝缘料的抗氧化能力｡常用的BVR型电线规格为1.5~6mm2,通常小规格电线绝缘采用高速挤出,挤出绝缘线芯的端头无法抬出水面,而挤塑机的冷却水槽长度有30m,故每盘绝缘线芯的前后端头均会经过30m长的水槽进行冷却,此时端头处就会有水分子进入铜导体缝隙处,水分子与导体缝隙处空气中的O2､CO2反应生成Cu2(OH)2CO3,Cu2(OH)2CO3在高温下分解成黑色CuO和H2O｡通过大量实践验证,BVR型电线存放一段时间(约30d)后,绝缘线芯进水端头处铜导体均出现发黑现象,发黑长度约有2~3m｡因此,为避免浸水端头在交付客户使用后铜导体出现发黑现象,在BVR型电线工艺文件中规定挤塑时必须剪除绝缘线芯端头长度≥5m｡

虽然经试验室试验验证,常用PVC绝缘料配方中所含的氯化石蜡､环氧大豆油会腐蚀铜导体使其氧化变黑(铜单丝在其中存放3个月后就会出现发黑现象),但按常规挤出温度挤出PVC绝缘时,除检查到端头浸水处铜导体有发黑现象外,并没有在成品电线其他位置发现铜导体有发黑现象｡由此可确认PVC绝缘料配方中所含的少量氯化石蜡､大豆油在挤出温度下未导致铜导体氧化变色｡为了确保在使用场所BVR型电线铜导体在浸到水或碱性物质被腐蚀后,PVC绝缘能起到一定的抑制铜导体氧化变色的作用,BVR型电线绝缘工序采用了配方中含有抗铜氧化剂的PVC绝缘料｡该类PVC绝缘料通过加入适量的抗铜氧化剂,减少氯化石蜡､大豆油的加入量,具有较高的抗氧化能力,可进一步降低铜导体氧化变色现象发生[3]｡

3.1.4其他生产预防改善措施

BVR型电线其他生产预防改善措施主要是加强日常监管,即通过每日工艺纪律大检查,确保操作人员严格执行铜导体防护､挤塑绝缘线芯端头剪除､产品转运和储存的工艺要求,必要时可实施考核,同时为从源头严把质量关,可对操作人员进行专题培训,以提高其对铜导体氧化现象的认知和对每个工序质量控制要点的认识｡

3.2储存运输和敷设使用过程预防改善

BVR型电线成品包装时预防改善措施主要是加强防护｡由于BVR型电线产品一般都是百米成圈,有些商家为方便客户穿线,将每圈电线的端头都露出包装之外,若电线长时间未使用,裸露在空气中的端头就会受外界潮气､碱性物质或高湿热的空气影响,导致端头处铜导体氧化变黑,因此成品包装时电线端头一定要做好密封｡BVR型电线储存时预防改善措施主要是加强防护和确保储存环境阴凉､干燥｡BVR型电线运输､敷设､使用时预防改善措施主要是加强防护｡特别是对穿好管的BVR型电线裸露在外的端头加强防护,可采用涂油或镀锡等方式使铜导体表面钝化,形成一层保护膜,以避免铜导体氧化变色｡

若在施工完接线时发现BVR型电线铜导体端头出现发黑现象,可采取如下改善措施:a.对于铜导体端头有轻微发黑的情况,可用工业纱布反复擦拭发黑铜导体表面进行处理｡因为此时发黑物质为铜导体表面形成的氧化层,较易擦除,且不会影响电线使用｡b.对于铜导体端头有严重发黑的情况,可直接更换掉铜导体发黑段电线;如电线敷设较牢固而无法实施更换时,可将发黑的铜导体端头浸入盐酸或食醋溶液中进行处理｡盐酸溶液可瞬间清洗掉发黑物质,食醋溶液则需浸泡约2h后才能清洗掉发黑物质,待发黑物质全部清洗掉后用热风枪或吹风机把潮湿导体吹干即可使用｡

4、结束语

经过分析和研究发现,导致BVR型电线铜导体氧化发黑现象的原因较多,涉及到生产､运输､储存､敷设､使用各环节｡通过大量试验验证,制定一系列改善措施,即对拉丝工艺有效控制､绞合导体转运防护加强､挤塑绝缘线芯端头处理､PVC绝缘料抗氧化能力改进､电线存储和使用过程加强防护,最终有效改善了BVR型电线铜导体氧化发黑现象,提高产品内在质量,降低产品售后服务成本｡

参考文献:

[1]顾坤林.如何降低电线电缆生产过程中铜导体氧化变色[J].电线电缆,2011(2):22-24.

[2]陈鼎彪,凌小八.如何有效降低电线电缆生产过程中铜导体氧化变色[J].新材料与新工艺,2018(4):123.

[3]吴庆丰.电缆导体氧化的原因及解决方案[J].光纤与电缆及其应用技术,2014(3):35-36.

文章来源:李艳华,夏君山,金素波,等.BVR型电线铜导体发黑现象原因分析及预防改善[J].光纤与电缆及其应用技术,2025,(02):28-30+34.