溫 鵬， 周 建， 李楷純， 鄧偉杰

（廣州南洋電纜有限公司，廣東 廣州511356）

0 引 言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)對(duì)綠色環(huán)保節(jié)能的需求，傳統(tǒng)的聚氯乙烯（PVC）絕緣電線因其絕緣材料本體含有大量鹵素，在燃燒過程中產(chǎn)生大量有毒有害氣體，已逐漸被環(huán)保型無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴絕緣電線電纜所替代。無鹵電線因其優(yōu)異的低煙、無鹵、阻燃、無毒等環(huán)保性能，廣泛應(yīng)用于市政建筑、城市軌道、地鐵、醫(yī)院等場(chǎng)所，占據(jù)了家裝電線將近一半的市場(chǎng)份額［1］。

目前無鹵低煙阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣電線常用的交聯(lián)方式有硅烷交聯(lián)、電子輻照交聯(lián)及紫外光交聯(lián)三種。硅烷交聯(lián)又分為溫水交聯(lián)和蒸汽交聯(lián)，該工藝生產(chǎn)能耗較大、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。電子輻照交聯(lián)和紫外光交聯(lián)兩種工藝，因生產(chǎn)條件可控、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定得以大量使用。紫外光交聯(lián)設(shè)備經(jīng)過十多年的商業(yè)應(yīng)用和推廣，獲得巨大成功。隨著紫外光交聯(lián)設(shè)備和紫外光交聯(lián)絕緣料的進(jìn)一步完善和成熟，近兩年，紫外光交聯(lián)方式大有超越電子輻照交聯(lián)方式的趨勢(shì)。

現(xiàn)對(duì)電子輻照交聯(lián)和紫外光交聯(lián)兩種工藝進(jìn)行分析對(duì)比。

1 生產(chǎn)設(shè)備和基建投資的比較

無論是電子輻照交聯(lián)方式，還是紫外光交聯(lián)方式，低煙無鹵阻燃環(huán)保型電線都是采用高速擠塑機(jī)擠出，擠塑設(shè)備相同，故不做過多介紹。以下均以WDZC-BYJ-105 1×2.5 mm2電線的生產(chǎn)為例。

（1）擠塑生產(chǎn)線基本相同

擠塑機(jī)為φ70擠塑機(jī)，采用低煙無鹵專用螺桿，螺桿長(zhǎng)徑比為26∶1，配置精密的免調(diào)機(jī)頭；為保證電線絕緣層在高速擠出和輻照后得到充分冷卻，V字形浮力分段式冷卻水槽長(zhǎng)10 m；配置水平式儲(chǔ)線裝置、紅外在線測(cè)徑儀、在線火花試驗(yàn)機(jī)、高速成圈機(jī)或高速雙盤收線裝置。

（2）輻照設(shè)備不同

電子輻照的原理為：電子槍發(fā)射低能電子束，經(jīng)加速器將能量提高到10 MeV后輸出，直接照射在加速器下端通過的電線，實(shí)現(xiàn)輻照加工的目的。不同厚度的材料需要不同的輻照劑量，可以通過調(diào)整加速器輸出能量和電線輻照速率等參數(shù)實(shí)現(xiàn)。輻照的質(zhì)量可由實(shí)時(shí)劑量監(jiān)測(cè)和抽樣實(shí)測(cè)確定。

紫外光交聯(lián)的原理是在乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和聚乙烯為主的基礎(chǔ)樹脂中加入適量的高效光引發(fā)劑，將紫外光輻照聚焦透射照入熔融狀態(tài)的聚烯烴材料中，高能紫外光引發(fā)聚烯烴中光敏劑形成自由基并進(jìn)一步誘導(dǎo)聚烯烴單元產(chǎn)生大分子自由基，自由基之間通過鍵合作用形成交聯(lián)聚烯烴材料［2］。

早期紫外光設(shè)備受汞燈光源衰減的影響，導(dǎo)致交聯(lián)工藝不穩(wěn)定?，F(xiàn)在紫外光光源升級(jí)為L(zhǎng)ED器件后，照射劑量衰減不變的時(shí)間可達(dá)到30 000 h，具有極高的能源效率（約30%），有效波長(zhǎng)選擇性極高（半功率波長(zhǎng)帶寬5 nm）。紫外LED光源采用圓形腔體隧道結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行組裝，工作時(shí)，紫外光在圓形腔體軸心聚焦成一定直徑的輻照中心區(qū)域，線芯在輻照中心區(qū)域高速行進(jìn)，經(jīng)均勻集中地照射，實(shí)現(xiàn)良好交聯(lián)。

電子輻照交聯(lián)工藝的主要參數(shù)為輻照能量、束流和線速度，紫外光交聯(lián)工藝的主要參數(shù)為紫外光波長(zhǎng)、輸出功率和線速度。與電子輻照交聯(lián)工藝相比，紫外光交聯(lián)的輻照設(shè)備和交聯(lián)材料的研究尚不成熟，電纜企業(yè)如何有效制定紫外光交聯(lián)工藝以確保交聯(lián)質(zhì)量，需要設(shè)備廠家和材料廠家的指導(dǎo)和參與，這樣才能有助于紫外光交聯(lián)技術(shù)的更好推廣。在制品厚度一定的情況下，紫外光交聯(lián)與電子輻照交聯(lián)的輻照工藝一樣，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

（3）紫外光交聯(lián)基建投資低于電子輻照交聯(lián)

電子輻照交聯(lián)需要單獨(dú)建立輻照車間，建設(shè)安裝調(diào)試周期需要6個(gè)月左右，總投資約為500萬元；紫外光設(shè)備投資約為32萬元，無需新建場(chǎng)地，占地面積小，安裝方便，只需要在現(xiàn)有擠塑生產(chǎn)線的機(jī)頭后加裝紫外光交聯(lián)設(shè)備，實(shí)施2～3 d的簡(jiǎn)單改造，便可快速實(shí)現(xiàn)在線交聯(lián)功能。

自紫外光輻照設(shè)備的光源由汞燈升級(jí)為L(zhǎng)ED燈管后，設(shè)備穩(wěn)定性和使用壽命得以大幅提高。紫外光光源LED燈管的理論使用壽命可達(dá)50 000 h，其中在30 000 h以內(nèi)，輻照光源照射劑量保證衰減不變；要保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，當(dāng)輻照光強(qiáng)開始衰減后，就要及時(shí)更換LED燈管，更換成套燈管費(fèi)用為平均每年5 000～10 000元。

從設(shè)備投資、基建投資以及建設(shè)周期上比較，紫外光輻照交聯(lián)要明顯優(yōu)于電子輻照交聯(lián)。

對(duì)于目前沒有電子加速器的企業(yè)，紫外光交聯(lián)方式可幫助企業(yè)快速實(shí)現(xiàn)無鹵電線的交聯(lián)生產(chǎn)；已擁有電子加速器的企業(yè)，利用紫外光輻照可實(shí)現(xiàn)輻照交聯(lián)產(chǎn)能的增加，解決現(xiàn)有電子輻照產(chǎn)能的瓶頸。

2 生產(chǎn)流程和制造成本的比較

仍以加工WDZC-BYJ-105 1×2.5 mm2電線為例，采用擠壓式模具，低壓縮比、無鹵、低煙的專用螺桿。

從生產(chǎn)流程上比較，紫外光交聯(lián)設(shè)備是直接安裝在擠塑機(jī)的機(jī)頭和冷卻水槽之間，擠出絕緣層后立即進(jìn)入紫外光輻照設(shè)備中進(jìn)行光交聯(lián)，交聯(lián)好的線芯經(jīng)水槽冷卻、火花檢測(cè)，然后進(jìn)入到成圈工序；電子輻照交聯(lián)設(shè)備是獨(dú)立的，擠塑機(jī)擠出絕緣后經(jīng)水槽冷卻、火花檢測(cè)，進(jìn)行裝盤收線，再流轉(zhuǎn)到電子輻照工序進(jìn)行單獨(dú)輻照，輻照好的電線再進(jìn)入到成圈工序。

電子輻照交聯(lián)的輻照速率要快于紫外光方式，但比紫外光交聯(lián)增加了工序轉(zhuǎn)道，設(shè)備操作人員要增加1～2人，人工成本相應(yīng)增加；同時(shí)，電子輻照交聯(lián)的工序周轉(zhuǎn)時(shí)間會(huì)增加2～3 d，外協(xié)加工時(shí)需要等待的時(shí)間更長(zhǎng)。表1為電子輻照交聯(lián)與紫外光交聯(lián)生產(chǎn)成本的對(duì)比。

表1 電子輻照交聯(lián)與紫外光交聯(lián)的輻照費(fèi)用、材料費(fèi)用的對(duì)比

3 產(chǎn)品質(zhì)量的比較

表2為采用紫外光交聯(lián)材料與電子輻照交聯(lián)材料生產(chǎn)出的產(chǎn)品的性能對(duì)比。由表2可知，兩種材料都完全符合JB／T 10491—2004標(biāo)準(zhǔn)中的要求［3］。電子輻照與紫外光輻照的交聯(lián)機(jī)理雖然不同，兩種材料的配方也不盡相同，但生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量基本相同。

表2 兩種配方體系的材料生產(chǎn)出的產(chǎn)品的性能對(duì)比

4 不同顏色及濃度的色母料對(duì)紫外光交聯(lián)效率的影響

與其他交聯(lián)方式相比，紫外光交聯(lián)絕緣材料的顏色對(duì)紫外光交聯(lián)效率的影響是比較顯著的。不同顏色及濃度的色母料具有不同的紫外光吸收特性，對(duì)紫外光在擠出熔融體中穿透能力的屏蔽程度不同，在一定程度上影響了紫外光低煙無鹵絕緣材料的推廣應(yīng)用。

目前紫外光無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴絕緣料的顏色普遍偏淺，黃色為嫩黃色，紅色基本為桃紅色，綠色也是嫩綠色。其顏色的明艷程度仍無法與現(xiàn)有的電子輻照無鹵低煙交聯(lián)聚烯烴材料的著色效果相媲美，也導(dǎo)致同時(shí)具有電子輻照設(shè)備和紫外光輻照設(shè)備的生產(chǎn)廠家，在兩種工藝條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品的顏色難以一致。

紫外光交聯(lián)絕緣材料不同色系，在相同的紫外光輻照功率條件下，交聯(lián)效率不盡相同。生產(chǎn)同樣規(guī)格不同顏色的電線絕緣時(shí)，其熱延伸值存在著一定的差別，為保證熱延伸值在25%～70%范圍內(nèi)，生產(chǎn)過程中應(yīng)根據(jù)材料的不同顏色來適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)速率。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)跟蹤，黃色與紅色絕緣材料的交聯(lián)效率最高，生產(chǎn)速率可以達(dá)到200 m／min，實(shí)現(xiàn)高速生產(chǎn)；綠色絕緣電線次之，速度為170 m／min；藍(lán)色絕緣電線生產(chǎn)速率為150 m／min。

5 結(jié) 論

對(duì)電子輻照交聯(lián)工藝與紫外光交聯(lián)工藝從設(shè)備投入、制造成本、生產(chǎn)效率、工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量等幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，可得出以下結(jié)論：

（1）與電子輻照交聯(lián)工藝相比，紫外光輻照交聯(lián)工藝無需土建投資，設(shè)備投資小、改造簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、投資見效快。

（2）在生產(chǎn)成本方面，紫外光交聯(lián)料的單價(jià)雖然比電子輻照交聯(lián)料略高，但綜合人工成本、設(shè)備投資、時(shí)間成本等因素，仍具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。特別是對(duì)于需要外部委托輻照的電纜生產(chǎn)企業(yè)，更是一個(gè)很好的選擇；同時(shí)，隨著紫外光交聯(lián)絕緣料的成熟和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，材料價(jià)格仍具有一定的下浮空間，紫外光交聯(lián)的成本優(yōu)勢(shì)將更加凸顯。

（3）在生產(chǎn)效率方面，紫外光交聯(lián)明顯優(yōu)于電子輻照交聯(lián)，產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)擠出和交聯(lián)的同步進(jìn)行，大大節(jié)省了人力，提高了快速交貨能力。

（4）紫外光交聯(lián)材料尚不成熟，材料廠家應(yīng)進(jìn)一步加大研發(fā)適合紫外光輻照交聯(lián)工藝的專用高效色母料，以助力紫外光無鹵低煙材料的推廣應(yīng)用。

隨著紫外光交聯(lián)材料和設(shè)備的日趨成熟，紫外光交聯(lián)工藝具有明顯的優(yōu)越性，是提高低煙無鹵交聯(lián)電線生產(chǎn)能力、提升生產(chǎn)效率、解決生產(chǎn)瓶頸的一種有效途徑。