采用电子束交联和化学交联线缆的技术比较

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1、采用电子束交联和化学交联线缆的技术比较美AIa nMZamo re摘要电子束交联 设 备是生产 专用工程电缆的最好工具。比较T高压电子束交联和加 热连续硫化交联在电 线 电缆生产中的应 用,优缺点,实际生产成 本,以及 选用电子束交联的理由。有关 的评价,均来源于交联设 备的用户。主 题词:辐照交联蒸汽交联盐浴交联概述高聚物是指由相同小分子 (单体)通过化学链合所得到的长的直链或支链的大 分 子。塑料和橡胶从它们的聚合物结构得到各自的韧性和弹性。交联高聚物是由相邻的高聚物分子交联而得到的更大的分子。这种交联,又_可以由高能电子束或通过加热使聚合物发生反应来引发。电子束设备以高能电子来交联高聚物

2、。交联可在环境温度及常压下发生,线速度达30O0f t加i n。电子束交联不需过氧化 物或硫化交联剂。化学交联设备是以加热为基础的连续硫化装置,典型的是一根长管道,其允许温度可达40 0“F,允许压力 可达到25 0bf/i nZ,然而线速度仅为200f t户n认。大部分化学 交联设备的热源是水蒸气、热氮或是熔盐中的一种。所有化学交联均需采用过氧化合物或硫化交联剂。:交联交联改善了未交联材料的物理性能。对于电线电缆用户,最为重要的物理性能的改善是:争(1 )提高了熔点及滴点,减少 了高温流动性;(2 )提高了耐油、耐有机溶剂性能。技术成 本分析另外,还可提高介电强度及抗张强度,增强耐磨性。尽管

3、如此,由于工艺过程条件的影响,交联会导致延伸率下降。化学交联和电子束交联的优缺点化学交联法的优点是:( 1)该技术已很好地被管理人员及操作人员掌握,不像电子束技术那样陌生;(2 )在生产的电缆规格与电子束交联设备生产的规格相 同的情况下,蒸汽交联设备的购置及安装费用低廉。包括锅炉在内的二手蒸汽交联设备及安装费用为2 5万美元;( 3)化学交联设备适用于常规电线电缆的大批量生产。化学交联法的不足是:( 1)只能用来交联那些适合用过氧化物或硫化交联剂的材料,(2 )交联剂的残余物会留在电缆中,经过一定时间会导致护套或绝缘层老化;( 3)化学交联所需的高压力,会影响电缆内部的固有结构;(4 )化学交

4、联所需的高温会熔化电缆内部成份;(5 )改变电缆型号及规格需要更换大量工装部件(要花费3 h以上时间);(6 )为确定合适的挤塑和 固化条件,化学交联生产线启动初期会浪费大量的 电缆;(7 )化学交联设备占地面积大,通常长5 00ft,宽50ft;( 8)设备能耗大,维修操作费用大;( 9)不能生产小规格的电线。. 电子束交联的优点:( 1)能源利用率高,因此一旦投入最初资本,随后的操作费用是不高的;(2 )挤塑 可脱离生产线,用一般的挤塑机即可完成;(3 )相对化学交联设备而言,电子束交联设备结构紧凑、占地面积小;( 4)电子束交联设备通常由计 算 机 控制,程序设置后只 需一名技师操作即可

5、;(5)在被调查的使用者中,90肠以上认为电子束设备具有可靠性,仅需适当维修;( 6)可高效生产常规电线制品,一其生产速度是化学交联设备的1 0倍,生产小规格电线的线速可达30 0Of t加远。大多数研究者认为:高速电子束工作能力具有比化学交联更好的技术经济性。电子束交联的不足:( 1) 一开始,电子束交联设备的一次 性投资高,新设备价格在一百万至二百五十万美元之间;(2 )由于用户使用满意,因此几乎没有二手设备,( 3)需要大量混凝土防护展来吸收交联过程产生的X射线,( 4)需要复杂的束下输送系统;(5 )对于电子束辐照能量的误解,会引起人们的恐惧心理及公共通信的间题,(6 )新设备的定制及

6、安装时间约 需18个月,( 7)受束下输送系统的条件限制,电子束交联设备不能生产直径大于Zi n的电缆。综上所述,两种交联技术的应用都有其局 限性。图1所示的 电线直径与绝缘层厚度的关系曲线表明,电子束和化学交联技术的不同应用组合,可以获得最佳的利用。请注意,当绝缘层或护套厚度大于150mi l时,化学交联是 占优的;而小于3 0功1 1时,电子束交联则占优,直径很小的电线只能采用电子束交 联;3 0一150, 。11之间,两 万,交联均可采用。当电缆直径大于Zi n时,就要选用化学交联技术。这些工作范围,真实反映用户的实际经验,并非是理论上的限制。_l化学交联 ; “盯一一,1 通曰一l化

7、参日“子或化交“委 浙曰l联 裂曰I电子束交联外径(i n)图1电子束及化学交联最佳工作范围化学交联 与电子束交联的实际生产成本表1概述了各种方法的生产成本。其中蒸汽化学交联设氛盐浴化学 交 联 设备(PIJO V)、拟1 5(m时型热塑挤出线的实际生 产成本,是从一家电线公司得到的,该公司实行三班生产,每月生产52 0h o值得注 意的是:( 1)蒸汽化学交联设备易出故障,维修费用高;(2 )盐浴化学交联设备的电费高,盐的熔化及保温需要电阻加热,( 3)盐浴化学交联设备由于体积大,相应的制造费用就高;( 4)盐浴化学交联设备的生产及安装的劳务成本高;(5)盐浴化学交联设一 备折旧系数大,反映

8、出它的价值高。总之每小时的生产成本,蒸汽化学交联是通常挤出机的两倍,而盐浴化学交联又是蒸汽化学交联的两倍。电子束交联的有关数据是从个人交谈及公 开数据中获得的,并且建立在每年工作6 000 h的基础上。裹1各种交联设备和常用挤.生产线的生产成本每小时费用(美元) 成本项目功1 15mm 蒸汽化学盐浴化学挤出机电子束Unn甘n4丹U只n六U几Ol jn八UO八. “内勺n八UC q丹040曰一O4 4弱1 9 8 0 0 4 0 9 翁5,It3 218 04 03 80 50 43 1邓拐523 3e“926tl月00口41co04q甘n 口0冲O3 5 51 6242电燃料/油/水修理部件劳

9、务及税收叉车费用其它劳动力工具及供应可变成本可变成本合计建筑物及保险1998竺竺与石丽-石而犷而丽丽赢折旧固定成本合计4.187.1812.0735.892.99且。80435 7石飞石一诬而蔽互百万了至 赢丽固定成本维修成本工程成本3.813.187.622 1.294.4910.0 010.0 0技术成本合计6.992 8.914.492 0.00选用电子束交联设备的理由生产量较低的电子束交联没备的使用者,常以两个不同的理由来证明他们购买该设备的正确性:第一个理由是,特殊的线缆产品证 明只能用电子束交联设备生产。第二个理由是,证实了电子束设备的设计是从商业战略出发,以获得产品及工艺适应性。

10、正因为电子束交联设备允许工作条件及绝缘的配合剂可以随意改变,因此它能满足生产厂设计高附加值、高质量的特殊电缆产品的需要。这些产品可以在最适宜的时候进行小批量生产,获取高额利润,从中也可以证实投资的正确性。这个新观点已由欧洲某主要的电子束交联服务中心作如下表态:电子束交联技术可以在低压的环境里不需添加各类化合物的条件下,交联所有的 塑料和橡胶。这种独特的能力是别的任何技术所不具备的。另外,对于不同结构尺寸的电线,电子束交联设备不需要大量改换零部件,并且使设备启动时的废料达到最低。电子束交联设备具有迅魂形成高质氢高价低生产短段电线的综合能力,这种能力足以证明整个投资的正确性。大部分选用电子束设备的

11、用户,回避该设备的初期投资比化学交联设备 高的理由是:( 1)电子束交联设备具有生产过程的灵活性;(2 )可使用已建成的独立的电子束交联服务中心;( 3)几个生产厂可共同购买或使用一台电子束交联设备,(幻可获取政府补贴的长期低息工业贷款;(5 )可利用允许迅速折旧的 优惠税收法,使内部资金得以流通,以购买设备.技术成本每小时生产总成本一- 一 一 - - -一一10 0 0ft成本(美元)56. 83冬8.261 0 (1 0 0ft / min)5 0 (50ft/ min)2(350ft lmin)7(5 0 0ft /min)注:以每周工作五夭,每天三班制生产 计算.表中列出的每100

12、0f t的生产费用,是为了说明电子束交联的效率。尽管电子束设备具有低成本大量生产电线电缆的能力,但几乎没有一个被访厂家具有足够大的生产量来实现其规模生产。由电子束交联设备与用化学交联设备的生产成本比较表明,两者的交联成本相等,甚至前者还要低些。但是,这是假设生产厂家每天开两班或三班进行工作来达到的。这种费用分析,看来适用于通用型线缆制造工序,即大量生产单一品种线缆的场合。在这种工厂中,单台电子束交联设备由于产量高,可以取代好几台生炭率低的化学交联设备,从而取得成本效益。尽管如此,很少有厂家能达到那种产量,几乎所有线缆生产厂都会感到,充分利用 电子束交联设备的生产能力是困难的。结论线缆工业是个成

13、熟的工业,它的发展基本上与基础经济循环有关。电线电缆的大部分技术,已在过去10 0多年间就定型了。除了选用和改进绝缘及护套材料之外,制造商几乎不需要更多灵活性来分类他们的产品。但是,似乎有这样的趋势:大型线缆公司和生产大量低利润商品 电缆的公司正转向更小的具有灵活性的公司。这种公司有能力生产由用户设计的有特殊要求的专用工程电缆,这些电缆通常利润较高,并且只能用新型护套或绝缘化合物生产,它们要求是交联型的。由于化学交联设备的灵活性差,因此不适合用于特殊电缆的生产。电子束交联设备对材料选择具有灵活性,又能生产短段电缆,加上交联 时不 需要过氧化物、水、蒸汽、热和高压力,因此它最适合于生产这种新型、

14、单一、高性能、高附加值的电线电缆。一家公司如能利用这种趋势,它就会在以下领域 中得以充分发展:( 1)客户确定的工艺及销售;( 2)适应性强的高质量电子束交联工艺乡(3 )质量极高的短段线缆产品;( 4)实验室化合物配方革新及适应性强的高质量化合物产品。任何一个领域内的不足,均会使公司缺乏竞争性。能掌握以上四个领域的公司,将有别于一般的商品生产者而成为能生产高附加值产品的厂家。 俞嘉羚摘译 自Wi reJou - rnalIn te r-nati ona l.1993,(4)印永福校,(上接第4 1页)笔者认为,在目前计算机广泛普及、单片机如此价廉、执行元件(电动机)发展很快的情况下,推广电子

15、调节距无牵引轮式束线机将是发展方向。因为这不仅着眼于双节距束线机,而且着眼于单节距束线机。而后者除可以生产质量更好或要求更高的产品以外,还可进一步扩大束线机的功用(如钢丝恺装、屏蔽线带、绞线外附制平行线等)。电子调节距束线机具有如下优点:( 1)节距直接显示,便于观察,(2 )可以取消牵引轮,减去了束线芯在两个牵引轮上的反 复缠绕。由收线盘直接牵引,既减少束线芯弯曲,又使收线张力均匀;(3 )取消了变换节距用牙箱 或挂轮 机构,使束线机结构简单,换节距方便;( 4)束线芯的圆整度好;( 5)便于群控,可集中指令、记录和统计。当双节距束线机的线速度为。,节距为t,迥转弓转速为。时,其运动方程为:公=2云怜如用两个测速发 电机或脉冲计分别反映刃和。的信号,则借助于单片机是不难实现其控制的。如果单节距束线机的转盘转速为。:,收线盘转速为。2,节距为t,变化着的收线直径为D,则其运动方程为。 :/。 :=1一云/(2兀D)若同样取出。:和。的信号,用单片机来实现这一运动也是不困难的。由此可见,虽然目前束线机还未实现换盘自动化,但可很容易地实行大容量线盘和满盘或定长停机,进行群控和集中指令、记录、统计。这样便可由一个熟练工操作多台束线机,大大减少人为的误差,提高劳动生产率。电子调节距可大大拓宽一台机器的节距 范围,且可无级调节,为一机多用提供了最大的灵活性,