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耐热和高温电线电缆简述
[当前栏目：耐高温电线电缆] [发布日期：2016-11-19]
耐热和高温电线电缆简述
一、前 言
一般的电线电缆是以塑料和橡胶为绝缘护套，这些材料都是常规工程材料，具有丰富的来源，能够满足大规模生产，而且成本相对较低。但对于一些特殊行业如石油化工、钢铁、航空航天、造船、军工、制药、食品、塑料机械、锅炉等与热与高温有关的行业，都需要能够耐一定较高温度的电线电缆，普通的电线电缆显然不能使用，需能耐高温的电线电缆才能保证其电力和信号的安全运行。
随着我国经济快速发展，特种行业对高温电缆的需求已显高速增长阶断，耐热和高温电缆每年以20%的速度增长，高温电缆作为特种电缆的重要组成部分，具有极强的生命力，供不应求，我国每年从国外进口约二十亿元用于国内建设。
下面我们了解一下什么样的工作温度称为耐热与高温电缆。国际电工委员会（IEC）对绝缘的耐热的等级一般按表1规定分为：
表1 耐热的等级的规定
用的电线电缆绝缘和护套为普通工程橡胶和塑料为基本树脂，但要求是绝缘级的。常见电缆用橡胶材料有：丁本橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶和氯磺化聚乙烯等，工作温度为（60～75）℃；常见电缆用塑料材料有聚氯乙烯、聚乙烯（包括交联聚乙烯）和聚丙烯等，工作温度为（70～90）℃。由此可见，这些电缆不是严格意义上的耐热或高温电缆。
耐热电缆一般指（90～155）℃及以下的电缆，而高温电缆则是180℃及以上的电缆。而要解决普通电缆不耐高温的状况，则是要对材料进行改进，或使用能够耐高温的绝缘级材料。
二、 耐热和高温电线电缆的主要特点
耐热和高温电线电缆一般是由两种需求决定的。第一种是电线电缆环境温度较高，电缆在长期在高温下能够正常传输信号或电能；另一种是电力传输电缆，主要是增加截流能力为主要目的。
高温环境下工作的电缆。普通电缆在高温时易产生绝缘老化和焦烧现象，使用电缆失去性能，受破坏而不能使用。高温电缆在额定高温下能够正常稳定地工作，信号或电能传输性能不受影响，还能保证电缆具有较长的使用寿命。这类功能电缆是高温电缆最常见最多的一种，使用特性也最易于理解的。
增载型高温电缆，主要是为了保证载流的前题下减小电缆外径和重量，向轻量化发展的。一般来说，电缆的工作温度越高，同样截面的电缆通过的载流量越大。象飞机和汽车等场合，减轻重量的意义相当大，利用高温电缆大大减少了截面。工作温度从90℃升到155℃，则载流能力上升50%，同样载流量下，电缆重量要减轻一半，成本也有所降低。当然高截流的同时，大多数绝缘材料的电能损耗也会有所增加。
三、耐热型电线电缆
耐热型电线电缆分：耐热材料和普通材料的耐热改性两种。
（一）耐热材料的电线电缆
耐热材料的电线电缆是绝缘和护套材料本体树脂具有耐热性能，主要品种有：聚氨脂（可达155℃级）、聚脂（可达135℃）、聚偏氟乙烯（150℃）和尼龙（可达115℃）的绝缘或护套材料。常用于通信、汽车、电机、建筑等行业。
（二）普通电缆材料通过各种方式的改性而达到耐热性：
1、橡胶材料的耐热改性
橡胶材料因其耐热性差，因而提高工作温度的余度较小，普通橡胶填加较多热稳定剂和经交联处理才能达到90℃，因而不能称为耐热电缆，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯等。主要应用于橡胶绝缘移动用软电线、橡胶绝缘软电力电缆和控制电缆等。
但三元乙丙橡胶可经改性，使耐温等级提高到135℃，加上具有较好的绝缘性能，因而在橡胶方面具有较好的发展前景。
2、聚氯乙烯电缆的改性
普通聚氯乙烯电缆的工作温度为70℃，聚氯乙烯电缆料的高可混性，使其改性成为可能，多量的热稳定剂的使用，可便PVC的耐热从70℃上升到90℃或105℃，因而大大扩大了PVC这种老式材料的适用性，也许这就是PVC电缆长盛不衰的原因之一吧？
90℃PVC电缆料常用于交联聚乙烯电缆护套，主要用于电力、控制和电气装备线缆，由于PVC的改性，使本可淘汰的PVC电缆料在护套的使用上将会延续相当长的时间。
聚氯乙烯丁腈复合物的主要成分是PVC，因而与聚氯乙烯丁腈复合物电缆与PVC绝缘电缆具有相同的改性性能。
3、聚乙烯电缆的改性
聚乙烯材料的塑性较好，但可填充性较差，因而不能填加热稳定剂方法提高耐热温度。聚乙烯电缆可通过DCP干法化学交联和硅烷温水交联将工作温度提高到90℃，前者用于中高压电力电缆，后者用于低压电缆。
但另一种交联方式——辐照交联改性，则可将聚烯烃（主要是聚乙烯）的工作温度大幅度提高，经辐照的绝缘料可按条件不同，耐温可达到105℃、125℃、135℃、150℃，国外则有能提高到180℃。主要是通过高能电子转化成稳定的键能，使其分子结构对热稳定性加强，同时配以适当的热稳定剂，根据能级大小和热稳定剂的效能，分为不同耐热等级。
辐照交联工业常用加工设备为电子加速器，是将电子束高压增加能量，达到交联聚烯烃材料的目的，电费加工常用加速器能级为1.0 ~ 3MeV。辐照交联还可对橡胶、PVC和氟塑料等材料进行交联。
辐照交联聚烯烃电线电缆主要用于耐热建筑线、汽车线、航空导线、机车线电线和电机电器引接线等。
耐热电缆是中等温度的电缆，具有一定耐热性，能适应一定温度环境。而应用最多的是，在电力传输电缆中，在能够保证绝缘性能的同时，增加电缆载流能力，减少电缆重量和截面，意义重大。
四、高温和超高温电线电缆
高温电缆分：有机高分子材料高温电缆和无机材料高温电缆。
（一）有机高分子材料高温电缆主要是氟塑料和硅橡胶电缆。
1、氟塑料绝缘电线电缆
氟塑料是塑料的一个重要品类，通常人们认识氟塑料是从接触塑料王--聚四氟乙烯（PTFE）开始的。其实聚四氟乙烯只是产量和用量最大的氟塑料品种，电线电缆常用的氟塑料是：聚全氟乙丙烯（FEP，俗称F46）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE，俗称F40）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。
表2、各种氟塑料性能
2、硅橡胶绝缘电线电缆
硅橡胶主要是以硅元素代替碳元素形成的高分子材料，硅橡胶具有较好的耐热性能。电线电缆常用硅橡胶为甲基乙烯硅橡胶，工作温度范围是-60℃～180℃。硅橡胶具有较好的弯曲性能和低温性能，不易损坏和开裂，这些性能是一般高温电缆不具有的，因而硅橡胶电缆具有较宽的应用范围，已是高温电缆的一个亮点。
硅橡胶电缆在高温移动电缆、软电力电缆、电机引接线、低温环境高温运行场所。
（二）无机材料高温电缆
无机材料因不具有可挤塑等优良加工性能，因而加工形成电缆绝缘较为困难，附着性和均匀性较差，而且绝缘性能比高分子材料要低，但优异的高温性能，能够满足特种高温行业的需求。
1、矿物绝缘防火电缆
产品结构为铜芯铜护套氧化镁绝缘电缆，主要是电力电缆、控制电缆、加热电缆和布电线。常规工作温度是250℃，但实际工作温度可更高，因为氧化镁的熔点是2800℃，远高于铜的熔点，电缆经火灾后仍可重复安全使用。
本电缆生产是氧化镁定型瓷柱穿于铜导体外，铜导体与外套铜管同时拉拨退火而形成，氧化镁瓷柱经压碎均匀形成电缆绝缘，矿物绝缘防火电缆生产长度受到一定限制，大规格则更短。
矿物绝缘防火电缆具有耐高温、防火、防爆、防水、耐辐射、耐腐蚀性强、机械强度高、具有良好的接地性能、体积小、寿命长、载流量大、过载能力强等特点。
2、无机包制绝缘超高温电缆
无机绝缘包制绝缘电缆一般采用无机包带和丝，采用电缆采用工艺加工而成。耐火包带作为耐高温材料，在800℃时仍能正常保持绝缘性能，因而是耐高温电缆的主要材料之一；无碱玻璃丝为无机硅材料，具有一定绝缘性，熔化温度为600℃以上，采用编织工艺加工，也作为加强件；以上两种材料不能形成密封性和紧密的绝缘，因而通过涂无机固化漆、硅微粉和硼砂等，才能形成绝缘体。
在无机材料中，耐高温的材料较多，但可加工性和成形性较差，按以上方法形成电缆绝缘也易于损坏，根据选取材料不同可制成工作温度500℃、800℃，甚至于1000℃的电缆，除此之外导体应选用镀镍铜导体或相匹配的耐高温合金导体。
超高温电缆常应用于航空航天、军工、加热炉、化学反应釜、核电站核岛内和钢铁等行业。
五、结 论
在特种电缆品种中，高温电缆和超高温电缆已是一个重要趋势，虽然高温电缆电能损耗稍大，在一些较高温度的场合，用普通电缆则极易损坏，高温电缆能够安全运行，是现代工业和军工中不可缺少的品种。
目前我国高温电缆的研制技术水平远远不能满足新市场需求，我国在这方面的技术远落后于国外先进国家，近一半的高温电缆需从国外进口，而国内有些生产厂多集中于一些小厂，技术研制和生产能力较弱，特别是生产加工仍局限于电缆现有设备和工装，材料的开发也没能突破现有电缆料的圈子。希望国内有能力开发高温特种电缆的厂家能够审时度势，针对我国资源情况，开发推广高温系列电缆，提高我国在这一技术领域的水平，满足我国高温行业的要求。
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