超實用｜電線電纜銅絲髮黑，原因竟然是這些……

銅絲髮黑的原因是多種因素造成的，不僅僅是配方問題，還與銅絲本身所處的狀態、橡膠加工工藝、橡膠硫化工藝、電纜的結構、護套橡膠配方、生產環境等諸多因素有關。

01 導致銅絲髮黑的原因

1、拉絲乳化油池面積較小，迴流管道短，且密封，造成散熱慢，導致乳化液油溫度高。

2、是銅絲退火原因造成的。

• ①連拉連退的冷卻水一般都是用自來水、地下水，由於水質各地不盡相同，有些地區水質的PH 值較低，只有5.5~5.0（正常是7.0~7.5），把原來乳化液中抗氧化油膜都清洗掉了，退火後的銅線易氧化、發黑；
• ②在普通拉絲機拉好的成品銅絲在另一條退火線上退火，冷卻水也沒有使用抗氧化劑，抗氧時間短，很快就會出現氧化發黑現象；

3、一些老廠沿用退火缸來退火，因此以下幾種原因也會造成氧化、發黑：

• ①該退火缸螺母沒擰緊，衝完二氧化碳或高純氮後漏氣；
• ②出缸的銅線溫度過高，超出30℃時；
• ③拉絲乳化液保養不夠，PH 值過低；

這些情況夏天氣溫高時較為常見，乳化液不停地使用會有所損耗，溫度高時則損耗較快，如果不及時補充新的原油，這時候含脂肪量很少，再加上氣溫高，乳化液的溫度也可能超出45℃，就很容易造成氧化發黑。

4、另外一種情況是，由於目前普遍使用高速拉絲，其速度提高了，相對散熱時間減少了，給氧化帶來了一定空間與時間。因此，建議生產廠家多注意乳液的含脂量情況、使用溫度、PH 值等是否恰當，春天黃黴雨季節細菌繁殖較快，可使用殺菌防黴劑，夏天可用抗氧化劑，解決氧化、發黑等問題。

▎原因

• ①成品模的變形量太小所致
• ②模具鑲套的外圍及前方沒有密封好

解決方法

成品模出口方向加一個橡皮墊，然後螺紋壓緊成品模，解決漏油的問題。

成品模的變形量偏小，是常犯的錯誤，單模變形需有一個最小的變形量，產生的壓力才可能大於金屬的屈服極限，才可以實現是塑性變形，尺寸才能穩定，單線表面才會有冷拉產生的光照。

02 引起線圈發黑的原因

我們經常會用到各種使用線圈的產品，如馬達、助聽器、遙控玩具、無線充電器、電源開關、電腦······線圈發黑是因為銅線的氧化，線圈的主要材質基本使用銅線，而金屬都會氧化，所以我們就會看到線圈發黑的情況。

以前國內大多數廠家均使用通用性銅杆，銅含量可達99.95%，可是就算如此，銅之中還是存在氧 。因為銅本身不是無氧銅，在加工過程中，銅的表面難免會與空氣接觸而出現氧化。

現在，國內引進了無氧銅的先進生產技術，以及國內自行開發的無氧銅生產技術，使整個銅線行業均用上了無氧銅，這無疑已經大大改善了銅絲的發黑問題。

不過，由於對銅杆的加工，特別是韌煉工藝的運用，和成品銅線芯存放的條件不好，使得銅線本身還是會有輕微的氧化。

2、絕緣層的材料問題

絕緣漆可分為浸漬漆、漆包線漆、覆蓋漆、硅鋼片漆、防電暈漆等五類。其中浸漬漆就是用作浸漬處理電機、電器線圈的。浸漬漆能起到填充絕緣系統中的間隙和微孔的作用，並在被浸漬物表面形成連續漆膜，使線圈粘結成一個結實的整體，有效提高絕緣系統的整體性、導熱性、耐潮性、介電強度和機械強度的性能。

其次，也起到散熱的作用。絕緣漆在浸透時，烘乾後的線圈可以看做一個整體，內外層熱量能夠輕易的傳導，從而起到散發熱量的作用。

現在我國的浸漬漆、絕緣油生產工藝、製備方法、專利配方技術資料還相對落後，生產加工的浸漬漆基本只起到短暫的作用，時間一長就會出現掉落、失效的現象。

3、使用的問題

我們在使用線圈銅線的過程中，經常會出現這樣的問題：碰撞摩擦；沖洗較慢，水分大量與線圈接觸；使用廢機油潤滑，造成導體表面有殘留物和絕緣層的破壞；在後續加工時造成導體氧化；

4、銅線退火工藝

銅線退火指將銅線緩慢加熱到一定的高溫後，持續保持一段時間，然後以相應的速度冷卻的一種金屬熱處理方法。

銅線退火工藝可以降低硬度，改善切削加工性、消除殘餘應力，穩定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細化晶粒，調整組織，消除組織缺陷。不過，一旦生產過程中溫度高於50 ℃出罐，規定抽氣時間不足、SO₂含量高，保護氣體不純就會造成退火不足，一段時間後銅線就會容易發黑。

線圈銅絲髮黑是多種因素造成的，不僅僅是以上四個問題，還與銅絲本身所處的狀態、線圈加工工藝、硫化工藝、線圈的結構、配方、線圈生產環境等諸多因素有關。

03 橡套電纜銅絲髮黑的原因

橡套電纜銅絲髮黑是多種因素造成的，不僅僅是橡皮的配方問題，還與銅絲本身所處的狀態、橡膠加工工藝、橡膠硫化工藝、電纜的結構、護套橡膠配方、生產環境等諸多因素有關。

1、橡皮發粘和銅絲髮黑的原因分析

1.1 銅絲本身的原因

在20世紀50到60年代，國內大多數廠家均使用普通銅杆，銅含量為99.99%，均為有氧銅杆，生產方法都是銅錠加熱後經多道壓延後製得黑色銅杆，經過大、中、小拉將銅杆製成比較細的銅絲。因為銅本身不是無氧銅，在加工過程中銅絲表面難免出現氧化。

到了20世紀80年代，國內引進了無氧銅杆的先進生產技術，以及國內自行開發的無氧銅杆生產技術，使整個電線電纜行業均用上了無氧銅杆，這無疑是改善了銅絲的發黑問題。但由於對銅杆的加工，特別是韌煉工藝的掌握以及加工好的銅線芯存放的條件不好，使銅線芯本身已有輕微的氧化，這也是銅絲髮黑的原因之一。

1.2 橡膠配方的原因

20世紀50年代，橡膠絕緣均採用天然膠和丁苯膠並用配方。由於絕緣橡皮直接與銅線接觸，所以就不能直接使用硫磺作硫化劑，即使用很少的硫磺也會使銅線發黑。必須使用一些能夠分解出遊離硫的化合物，如前面提到過的促進劑TMTD 、硫化劑VA-7，同時還要配合一些硫化促進劑來提高硫化速度和硫化程度，確保絕緣橡皮的物理機械性能和電氣性能。但從絕緣橡皮的彈性、強力和永久變形看，都不如加有硫磺的橡皮（如果不考慮銅絲髮黑的話）。幾十年的實踐已經證實TMTD 無法解決銅絲的發黑問題。

另外，絕緣橡皮要有各種顏色，紅、藍、黃、綠、黑是基本顏色，這些顏色的出現也會促使橡皮發粘和銅絲髮黑。配方中的主要填充劑是輕質碳酸鈣和滑石粉，由於價格的關係，有些廠家為了降低成本，用價格特別便宜的碳酸鈣和滑石粉，這些填充劑粒子粗、遊離鹼的含量大、雜質多，所以物理機械性能比較差，電性能不好，還容易造成銅絲髮黑。

還有的廠用活性超細碳酸鈣來提高絕緣橡皮的物理機械性能，而活性鈣多數是用硬脂酸來處理的，這種酸也是促使銅絲髮黑的原因。硫化劑VA-7的使用，可以改善銅絲髮黑，但由於硫化程度不夠，橡皮的永久變形大，會造成橡皮發粘。特別是加入促進劑ZDC 以後，提高了硫化速度，為了防止焦燒，還要加入促進劑DM 來延緩焦燒時間。

從促進劑ZDC的結構看，是在TETD 結構中兩個相連接的硫中間接上一個金屬鋅，結構式為S S H₅C₂ ‖ ‖ H₅C₂ ＞N-C-S-Zn-S-C-N ＜ H₅C₂ H₅C₂ 與TETD 結構式 S S H₅C₂ ‖ ‖ H₅C₂ ＞N-C-S-S-C-N ＜ H₅C₂ H

2、從電線電纜結構分析

2.1 銅的催化老化是橡皮發粘的重要原因。

前蘇聯電纜科學研究院試驗證明：硫化過程中銅從與橡膠接觸處滲入到絕緣橡膠中，1.0-2.0mm 厚度的絕緣橡皮含銅0.009-0.0027%。眾所周知，微量銅對橡皮有極大的破壞作用，也就是我們通常說的重金屬對橡膠的催化老化。

在絕緣硫化過程中，秋蘭姆析出若干遊離硫與銅反應，形成活性含銅基團 CH₃ │ CH₂-CH-C-CH₂^- │ │ S S │ │ Cu Cu 在老化時，較弱的-S-S-鍵斷裂，形成活性含銅基：Cu-S^-，它與橡膠作用，同時與氧作用，破壞橡膠的長鍵分子，使橡膠變軟變粘，是低分子鏈的組合。法國橡膠研究院研究發粘重現問題時也指出：如果橡膠中含有有害的金屬，如銅、錳等重金屬鹽類，那麼不管促進劑的種類，均會發生橡膠發粘現象。

2.2 橡套電纜中硫磺向絕緣橡皮和銅線表面的遷移

前蘇聯科學家應用放射性同位素證實了電纜護套橡膠中硫擴散的可能性。以天然橡膠為基的硫化膠中，在130-150℃的溫度下，遊離硫的擴散係數約為10-6cm^²/s。連續硫化的生產廠，硫化護套橡膠時，溫度在185-200℃之間，這個擴散的係數就更大。

由於橡套遊離硫的擴散，改變了秋蘭姆橡膠的結構，可能形成多硫鍵。這些多硫化合物通過化學分解和化合實現遷移，即“ 化學擴” 。由於遷移的結果，不僅可改變絕緣橡皮的結構，降低其耐熱性，而且硫與銅表面反應，形成硫化銅和硫化亞銅，導致銅線發黑。反過來，硫化銅和硫化亞銅加速橡膠的老化，又導致發粘現象的發生。

3、加工工藝方面的原因

3.1 橡料加工方面的原因

雖然後來與丁苯膠並用混煉出絕緣橡料，這些小分子量的天然膠被均勻地分散在膠料中，這些膠料擠包在銅絲上進行連續硫化後，當時可能看不出什麼問題，但已經為橡膠粘銅絲埋下了一個隱患，也就是說，這些小分子量的天然膠將首先出現局部粘銅絲現象。

絕緣橡皮加硫化劑和促進劑的工藝也十分重要。有些小廠在開煉機上加硫化劑，就是將裝有硫化劑的罐子，在滾筒的中部倒入，中間很多，而兩邊較少。當硫化劑吃入橡皮中，翻三角的次數較少，會使硫化劑在橡料中分佈不均勻。這樣在擠包連續硫化時，含硫化劑比較多的地方很容易出現銅絲髮黑現象，在發黑的地方時間一長，還會出現橡皮粘銅絲的現象。

3.2 絕緣橡皮硫化方面的原因

有些企業為了追求產量，連續硫化管只有60米長，蒸汽壓力是1.3Mpa，而硫化速度要開到120米/分，這樣絕緣橡膠在管中的停留時間只有30秒。

橡皮本身是熱的不良導體，絕緣線芯表面溫度大於190℃，當溫度傳熱到與銅線接觸的裡層橡皮時，又被銅線吸熱，銅線升溫到與裡層橡皮溫度接近時，硫化的橡皮電線芯已經出硫化管了。這樣裡層橡皮溫度比較低，大約為170℃，停留只有幾秒鐘就出硫化管，進入冷卻和收線，絕緣橡皮就會硫化不足。為了達到足夠的硫化。促進劑TMTD 的用量（作硫化劑用）高達3.4%，過量的硫化劑，在硫化過程中放出的遊離硫也多，除供交聯橡膠分子外，還有多餘的遊離硫。這是促使銅線表面發黑的原因。

總之，解決銅線發黑的問題，難度仍然較大，從銅絲到橡皮的每一道工序都要認真對待，才能取得較好的效果。膠種選擇和硫化體系的採用仍是問題的關鍵所在。這個問題的解決需要經歷時間的考驗。

港珠澳大橋

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關鍵字: 硫化 促進劑 橡膠