耐火电缆辐照工艺的分析[J1]探讨

廖锦仁、赵迪

（广州南洋电缆集团有限公司 广东 广州 511356）

摘要：本文深入研究了辐照工艺对耐火电缆物理性能的影响，通过调整束流强度、能量和束下速度等参数，分析了辐照前后电缆性能的变化。实验结果表明，辐照工艺可以显著提高耐火电缆的拉伸强度和断裂伸长率，为优化电缆性能提供了理论支持。

关键词：耐火电缆；辐照工艺；束流强度；束下速度

Analysis and Discussion on the Irradiation Technology of Refractory Cables

随着我国耐火电缆的发展迅速，耐火电缆需求越来越大，耐火电缆是一种能够在高温环境下保持良好电气性能的电缆，通常用于防火、高温环境等领域。而耐火电缆的物理性能好坏对于耐火电缆有至关重要意义，在火灾环境中，燃烧材料时应具备无卤、低烟、低毒等特性，减少对人体的危险。无卤低烟材料作为耐火电缆的选用聚合物材料，需通过辐照加工提升其性能，辐照工艺是一种改变材料性能的加工方法，通过使用高能射线照射材料，使其内部结构发生变化，这些变化包括微观结构的变化、分子链的断裂、缺陷的形成等，从而导致材料的物理性能发生变化，改善耐火电缆物理和化学性能。

本文通过试验不同的辐照工艺参数对耐火电缆进行辐照。针对束流强度、能量、束下速度参数调整实验，分析辐照后耐火电缆的物理性能变化、探究耐火电缆在不同辐照条件下的物理性能表现，对耐火电缆的发展有重要意义。

1耐火电缆材料与方法

辐照工艺对耐火电缆的物理性能有显著影响，也会影响其耐高温和导电性能。本文选用小截面耐火电线电缆进行辐照后性能对比，采用无卤低烟辐照交联绝缘作为绝缘材料，电缆型号为N-BYJ-105系列，规格为2.5mm2。耐火电缆结构包括无卤低烟辐照交联绝缘层和耐火层，其中耐火层使用金云母带。

影响辐照工艺的参数包括电子束照射能量、辐照交联时间、辐照温度、绝缘材料厚度和环境因素。本文主要对能量MeV、束流强度和束下速度进行试验对比。设备采用2.5MeV电子束辐照，可提高高分子材料的性能。加速器能量

选择会影响电缆材料的辐照效果和改性程度。

在扫描宽度和绕线圈数固定的情况下，通过不同束流强度、束下速度和绝缘厚度等进行验证。通过对耐火电缆的物理性能测试，对比拉伸强度和断裂伸长率的变化，为提高或优化耐火工艺提供依据。

2 不同束流强度下耐火电缆的物理性能变化

通过采用相同的束下速度，不同的束流强度进行辐照，对比N-BYJ型电线电缆辐照后的物理性能变化。辐照条件见表1所示。

表1不同束流强度物理性能变化

设定			实际运行		物理性能
序号	束流强度 mA	束下速度 V	束流强度 mA	束下速度 V	抗张强度 Mpa	断裂伸长率 %
1	16	400	10	250	12.5	169
2	19	400	12	250	13.0	162
3	23	400	14	250	13.4	158
4	26	400	16	250	13.3	154

从表1中可以看到，在辐照过程中，需要根据束流强度和束下速度进行设定。随着束流强度的增加，耐火电缆的熔点、结晶度、硬度和抗张强度都在提高。但是，当束流强度达到14mA后，抗张强度不再增加，同时绝缘材料的断裂伸长率开始下降。

在固定的辐照参数下，高束流强度会导致绝缘材料吸收更多的能量，产生更多的分子反应，提高交联程度，从而获得更好的抗张强度效果。然而，高束流也会产生大量热量，可能导致绝缘材料温度升高，从而降低断裂伸长率。另外，如果束流强度不足，绝缘材料的抗张强度会较低，无法实现有效的辐照交联。此外，束流强度的增加还可能影响绝缘材料的电气性能，如绝缘电阻、介电常数和介质损耗角正切，这可能会对电路性能产生影响，甚至可能导致短路等故障。

综上所述，在实际生产中，需要选择合适的束流强度作为工艺参数，以避免对绝缘材料产生不利影响。同时，根据具体情况对束流强度和绝缘材料进行适当的选择和控制也是非常重要的。

3 不同束下速度下耐火电缆的物理性能变化

通过采用相同的束流强度，不同的束下速度进行辐照，对比N-BYJ型电线电缆辐照后的物理性能变化。辐照条件见表2所示。

表2不同束下速度下耐火电缆的物理性能变化

设定			实际运行		物理性能
序号	束流强度 mA	束下速度 V	束流强度 mA	束下速度 V	抗张强度 Mpa	断裂伸长率 %
1	16	400	14	350	12.6	175
2	16	330	14	290	13.0	168
3	16	285	14	250	13.3	166
4	16	250	14	220	13.1	158

随着束下速度的降低，束流强度保持不变，耐火电缆的抗张强度逐渐增强。然而，辐照交联后，断裂伸长率性能开始下降，尤其在束下速度达到样品4时变化显著。这些变化影响了耐火电缆的物理性能。

抗张强度的提升可以提高耐火电缆的机械强度和耐用性。在耐火电缆的使用过程中，会受到拉伸、压缩、弯曲等机械应力的作用。抗张强度的提升可以增强电缆对这些应力的承受能力，延长其使用寿命。

束流穿过绝缘材料时，过量辐照产生的热量会导致热应力的分布，可能引发绝缘材料的热膨胀或热收缩，进而影响绝缘材料的断裂伸长率性能。稳定断裂伸长率可以增强电缆的柔韧性和灵活性，使其更适应复杂的安装和使用环境。

综上所述，合理的束下速度和束流强度选择对增强耐火电缆的机械强度、耐用性和柔韧性至关重要。通过优化辐照工艺，耐火电缆能更安全可靠地应用于各种环境和场合。

4电子束能量MeV对耐火电缆的物理性能变化

通过采用不同的电子束能量，相同的束流强度，相同的束下速度进行辐照，对比N-BYJ型电线电缆辐照后的物理性能变化。辐照条件见表3所示。

表3不同电子束能量下耐火电缆的物理性能变化

序号	实际运行			物理性能
	电子能量束 MeV	束流强度 mA	束下 速度 V	抗张强度 Mpa	断裂伸长率 %
1	1.7	20	356	12.5	171
2	1.8	20	356	12.9	167
3	1.9	20	356	13.2	164
4	2.0	20	356	12.9	153

从表3可见，随着电子束能量递增，束流与速度保持稳定，抗张强度逐步提升。至1.9 MeV时辐照效果最佳。而2.0 MeV时断裂伸长率明显下滑。此变化表明电子束能量对耐火电缆的物理性能影响显著。电子束能量是电子束辐照材料时的单位面积能量。高能量密度电子束能产生更多自由基与离子，增强对绝缘材料的辐照效果。

穿透深度取决于电子能量与材料性质。高能电子束能穿透更厚材料，若不能穿透绝缘材料，则无法实现有效交联，影响绝缘材料内部结构，使其物理性能不稳定。高速电子束能快速加热材料并产生强瞬时效应。若未能穿透材料，耐火电缆可能处于半交联状态，其分子结构与物理性能均不稳定。

综上所述，束下速度与束流强度稳定时，增加电子束能量可能导致辐照过量影响物理性能。选择电子束能量需考虑耐火电缆绝缘材料的厚度与所需辐照剂量。为获得最佳物理性能与使用寿命，实际操作中需根据束流强度、束下速度与实际情况选择合适电子束能量，确保其能有效地辐照材料并达到所需改性效果。

5结语

实验结果显示，辐照工艺中的电子束能量、束流强度和束下速度参数对耐火电缆的物理性能有显著影响。经过辐照处理，耐火电缆的拉伸强度提高，但绝缘断裂伸长率下降。这是因为电子束能量能深入材料内部，引发自由基反应，改善物理性能。但参数设置不合理会导致效果不稳定，如断裂伸长率。试验分析有助于提高耐火电缆质量和性能，并为优化工艺提供依据。

根据对实验结果的讨论分析，可得出如下结论：

(1)在束下强度依次增加、束下速度保持不变条件下，束流强度过量可能会改变绝缘材料的电气和机械性能的不稳定。

(2)在束下速度依次下降、束流强度保持不变条件下，抗张强度逐步得到提升，绝缘断裂伸长率性能在辐照后会降低，由于速度的下降导致辐照过量，若过度辐照，断裂伸长率将不稳定。

(3)在束下速度、束流强度保持不变条件下，增加电子束能量会导致辐照过量从而影响物理性能，最明显的变化为断裂伸长率不稳定。

参考文献：

[1]GB/T 19666－2019  阻燃和耐火电线电缆或光缆通则 

[2]JB/T 10491－2022 额定电压 450／750V 及以下交联聚烯烃绝缘电线和电缆

[3]GB/T 2951.11－2008 材料厚度和外形测量-机械性能

作者简介：廖锦仁（1988-），男，工学学位，技术员，主要从事高低压电线电缆设计工作。

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