不同配方的聚丙烯填充繩對電纜的影響

蔡紅祥 付長琦 夏云海 潘賢清 張學馳

中天科技海纜股份有限公司 江蘇南通 226010

電纜一般是由多根絕緣線芯絞合組成的，在成纜過程中必然會產生縫隙，如果這些縫隙不用材料填充密實，會產生電纜圓整度等外觀不良、后續加工易產生質量問題、成品表面受力不均勻等情況，例如：填充不好造成電纜外觀呈三角形狀；擠包護套時會嵌入成纜縫隙中；鋼帶由于纜芯不圓繞包造成翹邊；周轉或施工時成品弧面受力變成線受力，因此，為了使電纜圓整，提高外觀質量和產品質量，成纜時需要對縫隙進行填充。通常采用的填充材料有填充條以及填充繩兩種。填充條較硬，成纜時易打扭，不同規格纜芯無法通用，因此大多數情況下都采用填充繩的方式，也是行業內普遍使用的材料，本文通過對填充繩中聚丙烯含量的研究和試驗，比較了填充繩對電纜的影響。

1 聚丙烯的簡介

電纜行業使用的填充繩一般是以聚丙烯（PP）填充繩為主。聚丙烯樹脂與其他塑料相比，具有相對密度小、價格低、加工性好以及綜合性能良好的優點，但同時也存在低溫脆性差、成型收縮率大、易老化等缺點[1]，因此需要改性后才能進行使用。我國聚丙烯填充繩改性技術發展較晚，20 世紀70 年代，才出現使用碳酸鈣（CaCO3）、滑石粉（主要成分水合硅酸美：Mg3[Si4O10](OH)2）、硫酸鈣（CaSO4）等材料改性的聚丙烯填充繩[2]。

聚丙烯改性的添加劑材料種類較多，早期研究主要集中在云母以及滑石粉上，以后逐漸擴展到了其他材料。主要情況介紹如下：

（1）碳酸鈣：價格低廉、來源豐富、無毒、無刺激性氣味、白度好，易于著色、粒度分布均勻、能增進塑料色澤；同時本身是球形結構，對加工機械無磨損。

（2）硅酸鹽類：包括滑石粉、云母等。滑石粉與云母均為片狀結構，滑石粉的加入可提高聚丙烯的硬度以及電絕緣性能，而云母的加入可提高聚丙烯的耐熱性、耐候性以及電絕緣性能。

（3）氫氧化鋁：為白色粉末，熱分解會吸收大量的熱，無揮發性、無毒。氫氧化鋁的加入可提高聚丙烯的阻燃特性、電絕緣性以及消煙性。

（4）其他材料：如炭黑、木粉、廢紙等，都可作為添加劑加到聚丙烯填充繩的生產中，從而提高材料的性能。

2 不同配方填充繩的性能研究

電纜行業中要求使用的非吸濕性聚丙烯填充繩一般都含有部分添加劑。填充繩吸水性能主要取決于其中聚丙烯含量的多少，聚丙烯含量越高，越不易吸潮。隨著填充繩價格越來越低，為了節約成本，廠家會降低聚丙烯的含量，添加更多的其他輔助材料。

2.1 配方對力學性能的影響

目前，大部分企業使用的是1:6 配方的PP 填充繩（1 份聚丙烯，6 份輔料，下同），甚至使用1:8，1:10 的填充繩。分別取直徑為20mm，相同長度的1:6；1:2；1:1 和1:0 這四種配方的單股填充繩進行了力學性能測試，實驗結果見表1。

表1 不同配方單股填充繩的力學性能比較

從表中可看出，隨著聚丙烯含量的增加，同種規格相同長度的填充繩，重量明顯減少，單股填充繩的斷裂力明顯增加。這是因為填充繩中聚丙烯強度高，結構連續，而其他添加劑如碳酸鈣（CaCO3），滑石粉以及硫酸鈣（CaSO4）主要以固體粉末顆粒存在于填充繩中，與聚丙烯相容性差，結合不牢[3]，同時添加劑本身結構不連續，會降低本身的拉伸強度，因此聚丙烯含量越高，強度越大；聚丙烯含量越低，強度越小。同時由于添加劑的形態主要為固體粉末顆粒，因此當添加劑含量較高時，纜芯表面常會沾有白色粉狀物。

2.2 配方對吸水性能的影響

分別取1:6；1:2；1:1 和1:0 這四種配方的填充繩全部浸于水中20s 以及1 分鐘，對比浸水前后的重量，進行分析，結果見表2：

表2 不同配方單股填充繩的吸水性能比較

從表中數據可看出，1:0-1:2，這三種填充繩浸水20s 以及1分鐘，重量基本無變化，而1:6 的填充繩變化較明顯，說明聚丙烯含量越高，水份越易達到飽和，從而降低其吸水性。兩次浸水，1:0配方的填充繩，其水份增加比最低，只有4.2%；1:6 配方的填充繩，其水份增加比最高，達到19.5%。

2.3 配方對電纜圓整度的影響

由于配方的不同，這四種配方的填充繩也呈現出不一樣的外觀，見圖1：

圖1

圖中從左到右，依次為1:6；1:2；1:1；1:0 填充繩的外觀。1:6表面較白，這是滑石粉、碳酸鈣等添加劑較多的緣故，滑石粉、碳酸鈣等物質可有效地改進填充繩表面的白度，添加劑越多，表面越白，并且摸上去會有一層粉末。而1:0 表面較透明，這是因為聚丙烯含量很高，呈現塑料特性。

我們在生產過程中發現，同樣使用3 根直徑20 的填充繩，用1:2或1:1 配方的填充繩成纜時圓整度較好，而1:6 配方的，則較差。經分析，1:2 或1:1 配方的填充繩，聚丙烯含量高，添加劑含量低，更易蓬松，填滿縫隙，而1:6 的，添加劑較多，易結成塊，無法徹底鋪開，導致成纜圓整度較差。

2.4 配方對銅帶屏蔽表面的影響

將這四種配方的填充繩存放時間超過30 天（期間有潮濕天氣）進行成纜試驗，一周后觀察絕緣線芯表面的銅帶外觀情況，發現使用1:6 配方的填充繩與之接觸的銅帶已發黑，出現較嚴重的氧化現象。而使用另三種配方的填充繩，對銅帶表面基本無影響。配方的不同，填充繩的吸濕性有明顯的區別，聚丙烯含量越高，越不易吸潮，對銅帶屏蔽層的影響越小。

3 結語

聚丙烯填充繩的生產配方不同，其力學性能、吸水性能、對電纜圓整度的影響以及對銅帶表面的影響都存在明顯差異。聚丙烯含量越高，填充繩質量越輕，越不易吸潮，對銅帶表面影響較小，結構蓬松，成纜圓整，但同時成本也隨之增加，因此在進行材料選擇時，需要綜合多方面因素，進行配方選擇。