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塑料绝缘电缆制造过程中容易忽视的不合格现象

1 机械物理性能

1.1 成品电缆老化后机械性能及热失重项目的不合格

成品老化后机械性能和热失重项目在产品标准中一般被定义为型式试验项目,由于受检验时间的限制,对于成品老化后机械性能和热失重项目一般电缆企业都会按周期进行检验,该项目的原材料进厂检验也一般委托供方来负责,易形成检验漏洞。

另外,企业自身为了降低采购成本延续了低价中标的评标办法,给某些不规范原材料厂家提供了可乘之机,降低成本生产不合格原材料,增加型式试验中老化后机械性能和热失重项目的不合格风险,形成转嫁风险。就电缆生产企业而言,如何选择优质供应商并有效监管是解决此类不合格的关键环节,万不可只注重了采购价格而忽视了材料质量。          

此外,作为电缆生产企业自身也不容忽视的是:在挤出不同材料时,务必把挤出机螺杆中的胶料彻底排放的同时,再把机脖、夹缝处等容易藏匿胶料的地方彻底清理。防止不同原材料相互夹杂,增加机械性能或热失重项目的不合格风险(日常容易忽视的如:70PVC材料换规90PVC材料生产时)。

1.2绝缘热收缩试验的不合格

绝缘热收缩项目在市场监督抽查不合格统计占比较高,尤其是第1种实芯导体表面较光滑,绝缘材料和导体表面附着力不够,绝缘的热收缩率较大,难以满足国家相关标准中的要求。由于该项目同属型式试验项目,故也容易造成电缆生产企业的忽视。

造成该项目不合格的原因主要在于原材料和实际生产过程,就生产过程而言原因不外乎以下几方面:

1.2.1挤出速度和温度 

XLPE的结晶速度是影响热收缩是否合格的关键,熔融温度越高,晶核的数量将越少,PE的结晶性能越低。反之,挤出速度越高,XLPE绝缘料在螺杆中的保温时间就越短,线芯快速进入水槽,随冷却水温度的骤然下降促使其加快结晶速度,是造成XLPE绝缘线芯热收缩不合格的关键原因之一。

在日常的生产过程中,偶尔会出现起初生产的绝缘线芯端部热收缩不合格,则后续产品又合格的情况,是因为刚开始时冷却水温度较低,线芯快速进入冷却水槽,温度骤然下降,产生收缩应力,造成热收缩不合格。而后续随着生产时长的增加,绝缘线芯将温度传递给了冷却水,使之线芯进入水槽后温和降温,收缩应力降低,结晶速度降低,热收缩项目合格。推荐企业采用806040℃-常温的渐缓分段冷却的方式进行冷却。

此外,导体自身的温度也不容忽视,特别是秋冬季节,由于导体温度随环境温度的大幅度降低也会对熔融状态下的XLPE材料的结晶速度造成影响。推荐采取导体加热的方式解决因导体自身温度对XLPE结晶性能的影响。

1.2.2挤出模具的选择

塑料挤出机的模具一般分为挤管式、半挤管式、挤压式三种。挤管式模具挤压力较小,生产效率较高,一般情况下是大截面绞合导体的首选。但其缺点是由于其挤压力过小,会造材料拉伸过长,表面附着力降低,容易造成绝缘热收缩项目的不合格。尤其是小截面和第1种实心导体的挤包绝缘宜避免使用挤管式模具。推荐使用挤压式挤出模具,以增加XLPE与导体间的附着力。

1.2.3材料本身

就原材料本身而言,合格的原材料是生产出合格产品的基础,如若原材料本身就不合格,则无论采取任何方式均不会生产出100%合格的产品。由于原材料热收缩项目是否合格需要挤出后才能有效判定,再加之生产过程中容易造成不合格的种种因素,出现该项目不合格后容易出现电缆制造企业和原材料生产企业相互推诿、扯皮的现象。但最终流通到市场的不合格造成的损失和影响还是由电缆制造企业埋单。

2 阻燃、耐火性能

   2.1成品电缆阻燃性能不合格

对于阻燃材料,标准是以氧指数来衡量其阻燃效果,而电缆的不延燃是以垂直、成束燃烧时炭化距离和透光率来判定其阻燃性能。材料氧指数与成品的阻燃性能虽有密不可分的关系,但并不能明确的界定,即:当原材料氧指数达到多少,成品阻燃性能方可满足电缆成品ABC级的要求?以至于各企业对于满足成品阻燃ABC、级性能要求的原材料氧指数的确定会有所差异,再加上产品结构的差异,故相同氧指数的阻燃材料在不同公司生产出的成品电缆,其阻燃性能的检测结果未必相同。特别是成束燃烧试验的通过,不单单是原材料本身的高阻燃就能满足的,其电缆结构的合理性也尤为重要。因此,电缆生产企业应根据自身合格供方的关键原材料(绝缘或护套材料等)、辅助材料(带状、填充材料等)的综合性能,合理设计、验证、并通过持续改进,制造出符合标准规定 ABC级性能要求的有市场竞争力的阻燃电缆。万不可走入单纯依赖高氧指数材料来满足成品电缆阻燃性能的误区。

2.2成品电缆耐火性能不合格

对于低压耐火电缆来说,目前大多采用云母带重叠绕包来实现其优良的耐火性能。但问题又出现了?究竟绕几层云母带,重叠率达到大少才能通过耐火试验呢?国家标准中对于绕几层云母带并没有给出明确的要求,只以检验结果为判定依据。很多企业都出现过同样层数的云母带大规格的耐火试验能通过,小规格的无法通过;第1种、第2种导体能通过,第5种、第6种导体无法通过;铠装的能通过,非铠装的无法通过。甚至于大规格的绕两层云母带通过了,诸如第 5种导体的0.75mm2及以下截面的耐火试验绕5层或许还不能通过。所以很多企业迷茫、困惑,不知如何进行生产工艺的确定。

综合以上情况,笔者认为要想生产出耐火性能合格的电缆,应首先彻底了解电缆耐火试验的检验方法和结构特性对电缆耐火性能的影响。例如:软导体、小截面耐火电线、电缆若想通过耐火试验并非单纯云母带层数的增加能就能满足。其导体结构和其他防火隔热措施也非常重要,不然就会出现云母带还没充分发挥作用,火焰的温度已令导体熔断,造成试验无法通过的尴尬。再就是,铠装和非铠装结构的电缆同样的耐火结构,其耐火检验结果也会有较大差异。还有就是云母带的选择,首先云母带的云母含量,是云母带质量的根本保证,另外金云母、白云母、合层云母的选择应与电缆的整体结构、导体的结构相适应,合理设计选择,既保证了合格率还节约了成本。

在云母带的储存方面,由于其极易吸潮,所以干燥通风的储存环境非常重要,放置时间过长云母受潮,绕包时脱落,达不到应有的效果。导体结构方面,第2种绞合导体宜采用圆形紧压导体,以防止成型导体的圆弧角损伤云母带,造成云母脱落,影响检验结果和使用。再就是,第5种和第6种导体应特别注意绞合节距和圆整度,不得出现松股、跳线、毛刺等。

对于电缆生产工艺的设计者应密切关注行业动态,发现并尝试使用诸如陶瓷化硅橡胶(带)、陶瓷化聚烯烃等新技术新材料,设计出安全、可靠、环保、技术领先的产品。

结构

3.1因导体不规则造成绝缘最薄点不合格

众所周知,抽样检验是通过抽样的样本判别总体,难免要犯两类错误:第一类错误是将合格的产品误判为不合格导致整批拒收,使生产者蒙受损失,称为生产者风险。第二类错误是将不合格的产品误判为合格,使用户蒙受损失,称为用户风险。

在电缆的生产检验标准中,对于电缆绝缘线芯平均厚度与最薄点的检验一般均定义为抽样检验项目。在日常检验中常规紧压圆形导体和第1种实心导体的绝缘结构尺寸的合格率较高。而成型导体(例如:扇形)和第56种导体,尤其是一次束绞成的导体不合格时有发生。究其不合格原因主要是导体不规则造成。对于成型导体,由于绞制模具的缺陷和轧轮角度调整不当极易造成导体的飞边、紧压不对衬现象的出现,以至于挤出绝缘时导致最薄点不合格。

56种绞合导体,尤其是一次束绞导体,由于根数较多,导体单线较细,涨力均匀程度不易控制,生产过程中操作工一味的追求产量放大绞合节距,导体松股、跳线等现象,造成导体不规则,导致绝缘平均厚度合格但最薄点不合格的现象占比较大

由于该缺陷有很大的不确定性,可能是短距离或间隔存在,所以抽样检验时不一定被发现。当所抽样品基本规则或跳线等不规则情况较轻时,所检项目合格,造成批次误判放行。而在市场流通或对库存产品抽样检验时,恰好抽到了导体不规则、飞边、跳线严重的部分就会判为不合格。从而给客户带来使用风险,同时影响了公司信誉,所以加强导体束绞质量的管控,保证电缆导体的圆整性至关重要。

 3.2因色线渗入熔融状态下的绝缘材料造成的最薄点不合格

电缆企业依照GB/T6995-2008《电线电缆识别标志方法》标准中规定,绝缘线芯使用色线分色的方式较为常见,在挤包绝缘时直接将多根棉线随导体同步进入挤出模具进行线芯分色。由于该方法简单、成本低廉,成为了很大一部分厂家采用的分色方式。这种方式的弊端在于:由于色线强度不大,放线时的涨力难以管控,尤其是由于线辊压线、放线不畅等缺陷造成的色线瞬间绷紧,极易产生色线渗入熔融状态下的绝缘层,造成该处绝缘最薄点不合格,其中需要注意的是绝缘标称厚度≤1.0mm绝缘层相对较薄的线芯,绝缘挤出时应更加谨慎。此外,如是成型导体(如:扇形)应尽量避免色线的走向在其圆弧角处,以增加最薄点不合格的风险。

上述现象若色线未完全渗透绝缘层,火花试验时未必击穿,在实际生产中或是瞬间的、间断的、也或是一定距离的非持续出现的,因此在日常检验中也极易被批次误判为合格。其风险和影响不再赘述。

电线电缆生产标准中导体种类的选择一般不外乎GB/T3956-2008《电缆的导体》标准中第1256种,但也有除此之外特殊导体结构类型容易被生产企业所忽视。例如:JB/T8734.3-2016《连接用软电线和软电缆》标准中 RVS-300/300V 铜芯聚氯乙烯绝缘绞型连接用软电线的导体规格0.5-6mm2结构中,0.5-4mm2的单线直径最大值为不大于0.16mm6mm2的导体单线直径为不大于 0.21mm.(见图 3标准截图),很多企业为了提高生产效率降低成本或对标准理解不够,往往会采用第5种导体的结构生产该型号电缆,最终会导致虽20℃时导体直流电阻合格,但导体结构不合格的尴尬局面。对于诸如JB/T8734.2-2016《固定布线用电缆电线》的导体结构、其他要求柔软环境下使用的另行规定的导体结构等不再一一例举。

4 结论

综上所述,要想生产出让客户放心的高品质产品,单纯的依靠某一个手段和局部的管控是不行的,需要全员重视,持续改进、精益求精,实现产品设计、采购、生产、检验等全过程高效协同的组织形态。

质量管理没有终点,不能只喊口号讲概念,要有规划的对生产过程和产品质量进行控制,下大力气突破质量控制关键技术,认真分析、思考、总结生产制造过程中的质量薄弱环节,敬小慎微,引导企业良性健康发展,让客户满意、为社会负责。

 

 

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