浅析软聚氯乙烯塑料电线电缆击穿

摘要：本文阐述了软聚氯乙烯塑料电线电缆普通生产工艺及配方，浅析软PVC电线电缆击穿原因，结合检验检测情况提出了一些改进的意见。

关键词：软聚氯乙烯塑料，电线电缆产品，检验检测

一、 电线电缆用软聚氯乙烯塑料(PVC)概述

电线电缆用软聚氯乙烯塑料(PVC)是电缆料的一种，主要以聚氯乙烯树脂为原料，加入增塑剂、稳定剂等助剂，经混合、塑化、成粒等工艺而制得。电线电缆的绝缘及护套用材料俗称电缆料，包括橡胶、塑料、尼龙等多个品种，电线电缆用软聚氯乙烯塑料(PVC)是电缆料中应用较为广泛的材料。

国家标准GB/T 8815-2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》中对该类产品的外观、机械性能、物理性能以及电性能提出要求，其中浸水电压试验项目是体现产品物理性能的指标之一。对现行电线电缆绝缘线芯耐电压试验在线检测设备一般使用高频火花机，绝缘线芯终端成品的例行试验一般使用交(直)流耐压机进行浸水电压试验。虽然PVC电缆料一般达到了GB/T 8815―2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》的要求，但是由于生产工艺、配方、产品表面瑕疵的影响，常常会出现检测设备报警和击穿电线电缆现象，笔者对产生的原因进行了探讨。

二、 电线电缆用软聚氯乙烯塑料(PVC)一般要求简介

一般对电线电缆用软聚氯乙烯塑料有以下要求和规定：①分类:聚氯乙烯电缆料按用途分为绝缘级和护层级两类。②命名:根据导体的工作温度等级和使用用途，由汉语拼音字头和数字组成不同的型号。汉语拼音字头和数字含义：--J：绝缘级；--H：绝缘级；--R：柔软；--GD：高电性能；--Ⅰ：Ⅰ型；--Ⅱ：Ⅱ型；--70、90：耐热等级。③外形:聚氯乙烯电缆料约为4mm×4mm×3mm的方形粒状物或具有相当大小的圆柱形粒状物。④颜色:绝缘级聚氯乙烯电缆料的颜色为红色、黑色、黄色、蓝色、绿色、棕色等;护层级聚氯乙烯电缆料的颜色为黑色、白色、灰色等;其他颜色由用户与生产厂双方协商确定。⑤外观:聚氯乙烯电缆应塑化很好、色泽均匀，不应有明显的杂质。⑥聚氯乙烯电缆料各品种的型号及名称。⑦聚氯乙烯电缆料各品种的型号、名称及其主要用途：按表一、聚氯乙烯电缆料各品种的型号、名称及其主要用途。

表一 聚氯乙烯电缆料各品种的型号、名称及其主要用途

型号 名称 导线线芯最高允许工作温度/℃ 主要用途

J-70 70℃绝缘级软聚氯乙烯塑料 70 仪表通讯电缆、0.6/1KV及以下电缆的绝缘层

JR-70 70℃柔软绝缘软聚氯乙烯塑料 70 450/750V及以下柔软电线电缆的绝缘层

H-70 70℃护层级软聚氯乙烯塑料 70 450/750V及以下柔软电线电缆的绝缘层

80 26/35KV及以下电力电缆的护层

HR-70 70℃柔软护层级软聚氯乙烯塑料 70 450/750V及以下柔软电线电缆的护层

JCD-70 70℃高电性能绝缘级软聚氯乙烯塑料 70 3.6/6KV及以下电力电缆的绝缘层

HⅠ-90 Ⅰ型90℃护层级软聚氯乙烯塑料 90 35KV及以下电力电缆及其他类似电缆护层

HⅡ-90 Ⅱ型90℃护层级软聚氯乙烯塑料 90 450/750V及以下电线电缆的护层

J-90 90℃绝缘级软聚氯乙烯塑料 90 450/750V及以下耐热电线电缆的绝缘层

注：聚氯乙烯电缆料的有关机械物理性能与电性能应符合相关标准的要求。

三、PVC电线电缆的生产工艺及配方

1、PVC电缆料生产工艺：

原料计量捏合挤出热切风冷检验入库。

2、PVC电线电缆生产工艺：

PVC电缆料挤出成型冷却定型在线检测印字成品收盘例行检验入库。

3、PVC电缆料基本配方：

PVC―SG3型树脂：100份、增塑剂(DOP、DIDP或POTM)：10～40份、稳定剂：3～5份、剂：O.8～1.2份、氯化石蜡：10～15份、陶土：4～6份、碳酸钙：10～20份、双酚A：1～2份、颜料：适量。

三、电气强度试验的意义和影响因素

在检测机构的实验室检测中，根据对材料电气强度的试验，以此试验能用来检测由于工艺变更、老化或其他制造或环境情况而引起的性能相对于正常值的变化或偏离，间接或直接的确定在实际应用中的绝缘材料的性能状态。而材料的电气强度测试值会受到如下多种因素的影响（在现场生产的在线检测和浸水耐压试验中也基本类同）：

（一）试样的状态：

1、试样的厚度和均匀性，是否存在机械应力；

2、试样预处理，特别是干燥和浸渍过程；

3、是否存在孔隙、水分或其他杂质；

（二）试验条件

1、施加电压的频率、波形和升压速度或加压时间；

2、环境温度、气压和湿度；

3、电极形状、电极尺寸及其导热系数；

4、周围媒质的电热特性。

（三）其他

在用不同方法得到的结果是不能直接相比的，但每一结果可提供关于材料电气强度的资料。而大多数材料的电气强度随着电极间试样厚度的增加而减少，也随着电压施加时间的增加而减小。由于击穿前的表面放电的强度和延续时间对大多数材料测得的电气强度有显著影响，为了设计直到试验电压无局部放电的电气设备，必须知道材料击穿前无放电的电气强度。具有高强度的材料未必能耐长时期的劣化过程，例如热老化腐蚀或者或由于局部放电而引起化学腐蚀或潮湿条件下的电化学腐蚀，而这些过程都会导致在运行中于较低的电场强度下发生破坏。

四、PVC电线电缆击穿原因

（一）针状气孔造成击穿

在PVC电线电缆的生产过程中，常常会出现挤出物料发虚(发泡)的现象，使产品表面和横截面上产生许多气孔，不但影响产品的外观质量、物理性能和力学性能，击穿电压也会大幅下降。

(1)挤出工艺分析：

①挤出机机身和机头温度过高；②捏合工艺过程中温度低、时间短，不能有效排除物料中的水分和挥发物；③造粒过程中真空排气效果不好，从而使挤出生产时产品产生较多气孔。

(2)材料配方分析：

①一些PVC电缆料生产厂家为了降低成本，使用了低档的增塑剂，其闪点低、挥发性大，在生产电线电缆的过程中常常会产生较多的烟雾，使产品表面出现大量气孔。②稳定剂中有效成分含量低，对PVC树脂和氯化石蜡的稳定效果差。因此，在正常的生产工艺条件下，PVC树脂分解产生HCL气体，促使物料进一步分解，使产品出现较多的气孔，严重时会出现糊料现象。

（二）外来杂质造成击穿

在PVC电线电缆在线检测时，高频火花机经常报警和击穿一些产品表面的点状物，该情况在成品的浸水电压试验中也较常见。通过观察分析，产品表面的点状物主要有：金属杂质、非金属固体颗粒以及稳定剂等原材料中的不熔物。解决办法为：严格控制挤出造粒工艺，主要原辅料须过筛；使用性能较好的磁力架；定时更换筛网；对送风设备定期清理，并保持风机周围环境清洁，避免将粉尘等杂质吸进送料通道；对原料进行严格检验，除去原料中较大的固体不熔物。

（三）电线电缆产生最薄点造成击穿

在PVC电线电缆生产过程中，如果某一部位的壁厚过小(偏离了标准规定值)，在线检测及终端浸水电压试验时就会出现击穿现象。产生的原因主要有：

1、挤出工艺控制不严格，线性摆动过大，局部进料不均匀，挤出不稳定、不均匀，局部壁厚相差过大，出现严重的电线电缆偏心现象;

2、从配方考虑，如果内外不平衡，也会造成挤出不稳定。壁厚不均匀。解决方法为：严格控制挤出工艺；加强过程检验频次，及时修正线性摆幅；定期检查所用模具是否有局部损伤，确保模具完好无损；优化配方设计，加强原材料检验。

值得提出的是，在在线检测过程中，笔者发现产品表面有些点状物并不会造成击穿现象。但如果这种现象出现频率较高，会影响产品的外观质量，甚至造成经济损失。经过对这些点状物的检测分析，发现其产生原因是PVC树脂晶点较多、局部分子质量过大或PVC树脂含有粘釜料。更换PVC树脂即可解决。根据实际生产经验，乙烯法PVC树脂比电石法PVC树脂产生的晶点要少一些，采用乙烯法PVC树脂生产的电线电缆的外观质量好一些。

四、结语

虽然PVC电线电缆是传统产品，工艺技术都很成熟，但也要从原料、配方、造粒工艺和电线电缆生产工艺方面进行严格控制，才能确保产品质量。

参考文献:

[1] GB/T 8815―2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》

[2] GB/T 1408.1―2006《绝缘材料电气强度试验方法 第1部分：工频下试验》

[3] GB/T 7113.2―2005《绝缘软管 试验方法》

[4] GB/T 5023.1―2008《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆 第1部分：一般要求》

[5] GB/T 5023.2―2008《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆 第2部分：试验方法》

[5] GB/T 5023.1―2008《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆 第5部分：软电缆（软线）》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。