1. Einleitung
Bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen in Kommunikationskabeln kommt es zu einem Skin-Effekt. Mit zunehmender Frequenz des übertragenen Signals verstärkt sich dieser Effekt. Der sogenannte Skin-Effekt bezeichnet die Signalübertragung entlang der Außenfläche des Innenleiters und der Innenfläche des Außenleiters eines Koaxialkabels, wenn die Frequenz des übertragenen Signals mehrere Kilohertz oder Zehntausende Hertz erreicht.
Insbesondere angesichts der rasant steigenden internationalen Kupferpreise und der immer knapper werdenden Kupferressourcen in der Natur ist die Verwendung von kupferummanteltem Stahl oder kupferummanteltem Aluminiumdraht als Ersatz für Kupferleiter zu einer wichtigen Aufgabe für die Draht- und Kabelindustrie geworden, aber auch zu ihrer Förderung durch die Nutzung eines großen Marktraums.
Bei der Kupferbeschichtung von Drähten können jedoch aufgrund von Vorbehandlung, Vorvernickelung und anderen Prozessen sowie der Plattierungslösung leicht folgende Probleme und Mängel auftreten: Der Draht wird schwarz, die Vorbeschichtung ist nicht gut, die Hauptbeschichtung löst sich von der Außenhaut, wodurch Drahtabfall und Materialverschwendung entstehen und die Herstellungskosten steigen. Daher ist die Sicherstellung der Beschichtungsqualität äußerst wichtig. In diesem Dokument werden hauptsächlich die Verfahrensprinzipien und -verfahren zur Herstellung von kupferbeschichtetem Stahldraht durch Galvanisieren sowie die häufigsten Ursachen von Qualitätsproblemen und Lösungsmethoden erörtert. 1. Der Plattierungsprozess von kupferbeschichtetem Stahldraht und seine Ursachen
1. 1 Vorbehandlung des Drahtes
Zunächst wird der Draht in eine alkalische Beizlösung getaucht und eine bestimmte Spannung an den Draht (Anode) und die Platte (Kathode) angelegt. Die Anode scheidet eine große Menge Sauerstoff ab. Die Hauptfunktion dieser Gase ist: Erstens haben heftige Blasen auf der Oberfläche des Stahldrahts und des Elektrolyten in seiner Nähe eine mechanische Wirkung und lösen das Öl von der Oberfläche des Stahldrahts und beschleunigen so die Verseifung und Emulsionsbildung von Öl und Fett. Zweitens haften an der Schnittstelle zwischen Metall und Lösung winzige Blasen. Wenn die Blasen den Stahldraht verlassen, haften die Blasen am Stahldraht und bringen viel Öl an die Oberfläche der Lösung. Dadurch wird viel Öl, das am Stahldraht haftet, an die Oberfläche der Lösung gebracht, wodurch das Öl entfernt wird. Gleichzeitig wird eine Wasserstoffversprödung der Anode verhindert, sodass eine gute Beschichtung erzielt werden kann.
1. 2 Plattierung des Drahtes
Zunächst wird der Draht vorbehandelt und mit Nickel vorbeschichtet, indem er in die Beschichtungslösung getaucht und eine bestimmte Spannung an den Draht (Kathode) und die Kupferplatte (Anode) angelegt wird. An der Anode verliert die Kupferplatte Elektronen und bildet im Elektrolytbad (Beschichtungsbad) freie zweiwertige Kupferionen:
Cu – 2e→Cu2+
An der Kathode wird der Stahldraht elektrolytisch umelektronisiert und die zweiwertigen Kupferionen werden auf dem Draht abgeschieden, wodurch ein kupferummantelter Stahldraht entsteht:
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
Wenn die Säuremenge in der Beschichtungslösung nicht ausreicht, hydrolysiert Kupfersulfat leicht zu Kupferoxid. Das Kupferoxid wird in der Beschichtungsschicht eingeschlossen und löst sich dadurch. Cu2 SO4 + H2O [Cu2O + H2 SO4
I. Schlüsselkomponenten
Optische Außenkabel bestehen im Allgemeinen aus blanken Fasern, Bündeladern, wasserabweisenden Materialien, Verstärkungselementen und einem Außenmantel. Sie sind in verschiedenen Strukturen erhältlich, z. B. als Zentralrohr, Lagenverseilung oder Skelettstruktur.
Blanke Fasern sind optische Fasern mit einem Durchmesser von 250 Mikrometern. Sie bestehen typischerweise aus Kernschicht, Mantelschicht und Beschichtungsschicht. Verschiedene Arten blanker Fasern haben unterschiedliche Kernschichtgrößen. Beispielsweise sind Singlemode-OS2-Fasern in der Regel 9 Mikrometer dick, Multimode-OM2/OM3/OM4/OM5-Fasern 50 Mikrometer und Multimode-OM1-Fasern 62,5 Mikrometer. Blanke Fasern werden häufig farbcodiert, um sie von Mehrkernfasern zu unterscheiden.
Bündeladern bestehen üblicherweise aus dem hochfesten technischen Kunststoff PBT und dienen zur Aufnahme der blanken Fasern. Sie bieten Schutz und sind mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt, um eindringendes Wasser zu verhindern, das die Fasern beschädigen könnte. Das Gel wirkt zudem als Puffer, um Faserschäden durch Stöße zu vermeiden. Der Herstellungsprozess von Bündeladern ist entscheidend, um die Überlänge der Fasern zu gewährleisten.
Zu den wasserabweisenden Materialien gehören wasserabweisendes Kabelfett, wasserabweisendes Garn oder wasserabweisendes Pulver. Um die Wasserabweisungsfähigkeit des Kabels insgesamt weiter zu verbessern, wird üblicherweise wasserabweisendes Fett verwendet.
Verstärkungselemente gibt es in metallischer und nichtmetallischer Ausführung. Metallische Elemente bestehen häufig aus phosphatierten Stahldrähten, Aluminiumbändern oder Stahlbändern. Nichtmetallische Elemente bestehen hauptsächlich aus FRP-Materialien. Unabhängig vom verwendeten Material müssen diese Elemente die erforderliche mechanische Festigkeit aufweisen, um die Standardanforderungen zu erfüllen, einschließlich Zug-, Biege-, Schlag- und Verdrehfestigkeit.
Bei der Wahl der Außenhüllen ist auf die jeweilige Einsatzumgebung zu achten, insbesondere auf Wasserdichtigkeit, UV-Beständigkeit und Witterungsbeständigkeit. Daher wird häufig schwarzes PE-Material verwendet, da seine hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften die Eignung für die Außeninstallation gewährleisten.
2 Die Ursachen von Qualitätsproblemen im Verkupferungsprozess und deren Lösungen
2. 1 Einfluss der Drahtvorbehandlung auf die Plattierungsschicht Die Drahtvorbehandlung ist bei der galvanischen Herstellung von kupferummanteltem Stahldraht von großer Bedeutung. Wird der Öl- und Oxidfilm auf der Drahtoberfläche nicht vollständig entfernt, haftet die vorplattierte Nickelschicht nicht gut und die Haftung ist schlecht, was schließlich zum Ablösen der Hauptkupferschicht führt. Daher ist es wichtig, die Konzentration der alkalischen und Beizflüssigkeiten, den Beiz- und Alkalistrom sowie die Funktionsfähigkeit der Pumpen im Auge zu behalten. Ist dies nicht der Fall, müssen diese umgehend repariert werden. Häufige Qualitätsprobleme bei der Vorbehandlung von Stahldraht und ihre Lösungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
2. 2 Die Stabilität der Vornickellösung bestimmt direkt die Qualität der Vorbeschichtungsschicht und spielt eine wichtige Rolle im nächsten Schritt der Verkupferung. Daher ist es wichtig, das Zusammensetzungsverhältnis der Vornickellösung regelmäßig zu analysieren und anzupassen und sicherzustellen, dass die Vornickellösung sauber und nicht verunreinigt ist.
2.3 Der Einfluss der Hauptgalvanisierungslösung auf die Plattierungsschicht Die Plattierungslösung enthält Kupfersulfat und Schwefelsäure als zwei Komponenten, deren Zusammensetzungsverhältnis direkt die Qualität der Plattierungsschicht bestimmt. Wenn die Kupfersulfatkonzentration zu hoch ist, werden Kupfersulfatkristalle abgeschieden; wenn die Kupfersulfatkonzentration zu niedrig ist, versengt der Draht leicht und die Plattierungseffizienz wird beeinträchtigt. Schwefelsäure kann die elektrische Leitfähigkeit und Stromeffizienz der Galvanisierungslösung verbessern, die Konzentration der Kupferionen in der Galvanisierungslösung reduzieren (derselbe Ioneneffekt) und so die kathodische Polarisation und die Dispersion der Galvanisierungslösung verbessern, sodass die Stromdichtegrenze steigt, und die Hydrolyse von Kupfersulfat in der Galvanisierungslösung zu Kupferoxid und Niederschlag verhindern, wodurch die Stabilität der Galvanisierungslösung erhöht wird, aber auch die anodische Polarisation reduzieren, was der normalen Auflösung der Anode förderlich ist. Es ist jedoch zu beachten, dass ein hoher Schwefelsäuregehalt die Löslichkeit von Kupfersulfat verringert. Wenn der Schwefelsäuregehalt in der Beschichtungslösung nicht ausreicht, wird Kupfersulfat leicht zu Kupferoxid hydrolysiert und in der Beschichtungsschicht eingeschlossen, wodurch die Farbe der Schicht dunkel und locker wird. Wenn die Beschichtungslösung zu viel Schwefelsäure enthält und der Kupfersalzgehalt nicht ausreicht, wird der Wasserstoff an der Kathode teilweise entladen, sodass die Oberfläche der Beschichtung fleckig erscheint. Der Phosphorgehalt einer Kupferplatte hat ebenfalls einen wichtigen Einfluss auf die Qualität der Beschichtung. Der Phosphorgehalt sollte im Bereich von 0,04 % bis 0,07 % gehalten werden. Bei weniger als 0,02 % ist es schwierig, einen Film zu bilden, um die Bildung von Kupferionen zu verhindern, wodurch der Kupferpulveranteil in der Beschichtungslösung zunimmt. Wenn der Phosphorgehalt mehr als 0,1 % beträgt, beeinträchtigt dies die Auflösung der Kupferanode, sodass der Gehalt an zweiwertigen Kupferionen in der Beschichtungslösung abnimmt und viel Anodenschlamm entsteht. Darüber hinaus sollte die Kupferplatte regelmäßig gespült werden, um zu verhindern, dass der Anodenschlamm die Beschichtungslösung verunreinigt und Rauheit und Grate in der Beschichtungsschicht verursacht.
3 Fazit
Durch die Verarbeitung der oben genannten Aspekte sind die Haftung und Kontinuität des Produkts gut, die Qualität stabil und die Leistung ausgezeichnet. Im eigentlichen Produktionsprozess gibt es jedoch viele Faktoren, die die Qualität der Beschichtungsschicht im Beschichtungsprozess beeinflussen. Sobald das Problem erkannt wird, sollte es rechtzeitig analysiert und untersucht und geeignete Maßnahmen zu seiner Lösung ergriffen werden.
Veröffentlichungszeit: 14. Juni 2022