1. Inleiding
Bij de overdracht van hoogfrequente signalen in communicatiekabels treedt er een skineffect op tussen de geleiders. Dit skineffect wordt sterker naarmate de frequentie van het verzonden signaal toeneemt. Het skineffect treedt op wanneer de frequentie van het verzonden signaal enkele kilohertz of tienduizenden hertz bereikt en zo de overdracht plaatsvindt tussen het buitenoppervlak van de binnenste geleider en het binnenoppervlak van de buitenste geleider van een coaxkabel.
Met name door de sterk stijgende internationale koperprijs en de steeds schaarser wordende koperreserves in de natuur, is het gebruik van met koper bekleed staal of met koper bekleed aluminiumdraad ter vervanging van koperen geleiders een belangrijke uitdaging geworden voor de draad- en kabelindustrie. Dit biedt tevens een grote markt voor de ontwikkeling van deze industrie.
Maar door voorbehandelingen, nikkelcoating en andere processen, evenals de invloed van de galvaniseeroplossing, kunnen bij het kopergalvaniseren van draad gemakkelijk de volgende problemen en defecten ontstaan: verkleuring van de draad, slechte voorbehandeling, loslaten van de hoofdlaag, wat resulteert in afvaldraad en materiaalverspilling, waardoor de productiekosten stijgen. Daarom is het van cruciaal belang om de kwaliteit van de coating te waarborgen. Dit artikel bespreekt voornamelijk de procesprincipes en -procedures voor de productie van kopergecoat staaldraad door middel van galvaniseren, evenals de veelvoorkomende oorzaken van kwaliteitsproblemen en oplossingsmethoden. 1. Het galvaniseerproces van kopergecoat staaldraad en de oorzaken ervan
1.1 Voorbehandeling van de draad
Eerst wordt de draad ondergedompeld in een alkalische beitsoplossing, waarna een bepaalde spanning wordt aangelegd tussen de draad (anode) en de plaat (kathode). De anode produceert een grote hoeveelheid zuurstof. De belangrijkste functies van deze gassen zijn: ten eerste zorgen de heftige bellen op het oppervlak van de staaldraad en de nabijgelegen elektrolyt voor een mechanisch roerend en afschilferend effect, waardoor de olie van het oppervlak van de staaldraad wordt verwijderd en het verzepings- en emulgeringsproces van olie en vet wordt versneld; ten tweede hechten de kleine bellen zich aan het grensvlak tussen het metaal en de oplossing. Wanneer de bellen loskomen van de staaldraad, hechten ze zich samen met de olie aan het oppervlak van de oplossing. Hierdoor wordt de olie beter verwijderd en wordt waterstofbrosheid van de anode voorkomen, wat resulteert in een goede galvanische laag.
1. 2 Plating van de draad
Eerst wordt de draad voorbehandeld en van een nikkellaag voorzien door deze onder te dompelen in de galvaniseeroplossing en een bepaalde spanning aan te leggen tussen de draad (kathode) en de koperen plaat (anode). Bij de anode verliest de koperen plaat elektronen en vormt vrije tweewaardige koperionen in het elektrolytische (galvaniseer)bad.
Cu – 2e→Cu2+
Aan de kathode wordt de staaldraad elektrolytisch opnieuw geëlektroniseerd en worden de tweewaardige koperionen op de draad afgezet, waardoor een met koper beklede staaldraad ontstaat.
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
Wanneer de hoeveelheid zuur in de galvaniseeroplossing onvoldoende is, hydrolyseert koper(I)sulfaat gemakkelijk tot koper(I)oxide. Het koper(I)oxide wordt ingesloten in de galvaniseerlaag, waardoor deze losser wordt. Cu2SO4 + H2O [Cu2O + H2SO4]
I. Belangrijkste componenten
Optische kabels voor buitengebruik bestaan doorgaans uit kale vezels, een losse buis, waterdichtingsmateriaal, verstevigingselementen en een buitenmantel. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende uitvoeringen, zoals met een centrale buis, met meerdere strengen en met een skeletstructuur.
Kale vezels verwijzen naar originele optische vezels met een diameter van 250 micrometer. Ze bestaan doorgaans uit een kernlaag, een bekledingslaag en een coatinglaag. Verschillende soorten kale vezels hebben verschillende kernlaagdiktes. Zo hebben single-mode OS2-vezels over het algemeen een kernlaag van 9 micrometer, terwijl multimode OM2/OM3/OM4/OM5-vezels een kernlaag van 50 micrometer hebben en multimode OM1-vezels een kernlaag van 62,5 micrometer. Kale vezels worden vaak van een kleurcode voorzien om ze te onderscheiden van vezels met meerdere kernen.
Losse buizen worden meestal gemaakt van zeer sterk technisch plastic (PBT) en worden gebruikt om de kale vezels in op te bergen. Ze bieden bescherming en zijn gevuld met een waterafstotende gel om te voorkomen dat er water binnendringt dat de vezels zou kunnen beschadigen. De gel fungeert ook als buffer om vezelschade door stoten te voorkomen. Het productieproces van de losse buizen is cruciaal om de overtollige lengte van de vezels te garanderen.
Materialen die waterdichtheid garanderen, zijn onder andere waterdichtmakend vet, garen of poeder voor kabels. Om de algehele waterdichtheid van de kabel verder te verbeteren, wordt doorgaans waterdichtmakend vet gebruikt.
Versterkingselementen zijn er in metalen en niet-metalen uitvoeringen. Metalen elementen worden vaak gemaakt van gefosfateerde staaldraden, aluminiumbanden of staalbanden. Niet-metalen elementen worden voornamelijk gemaakt van vezelversterkte kunststofmaterialen (FRP). Ongeacht het gebruikte materiaal moeten deze elementen de noodzakelijke mechanische sterkte bieden om aan de standaardvereisten te voldoen, waaronder weerstand tegen trek-, buig-, stoot- en torsiekrachten.
Bij de keuze van de buitenbekleding moet rekening worden gehouden met de gebruiksomgeving, waaronder waterdichtheid, UV-bestendigheid en weerbestendigheid. Daarom wordt zwart PE-materiaal vaak gebruikt, omdat de uitstekende fysische en chemische eigenschappen ervoor zorgen dat het geschikt is voor buitengebruik.
2. De oorzaken van kwaliteitsproblemen in het kopergalvaniseerproces en de oplossingen daarvoor.
2.1 De invloed van de voorbehandeling van de draad op de galvaniseerlaag De voorbehandeling van de draad is zeer belangrijk bij de productie van koperbeklede staaldraad door middel van galvaniseren. Als de olie- en oxidefilm op het oppervlak van de draad niet volledig wordt verwijderd, hecht de voorbehandelde nikkellaag slecht en is de hechting onvoldoende, wat uiteindelijk zal leiden tot het loslaten van de hoofdlaag koper. Het is daarom belangrijk om de concentratie van de alkalische en beitsvloeistoffen, de beits- en alkalistroom en de werking van de pompen nauwlettend in de gaten te houden. Indien dit niet het geval is, moeten de pompen onmiddellijk worden gerepareerd. De meest voorkomende kwaliteitsproblemen bij de voorbehandeling van staaldraad en hun oplossingen worden weergegeven in Tabel 1.
2.2 De stabiliteit van de voorbehandelingsoplossing voor nikkel bepaalt direct de kwaliteit van de voorbehandelingslaag en speelt een belangrijke rol in de daaropvolgende stap van het koperplateren. Daarom is het belangrijk om de samenstelling van de voorbehandelingsoplossing voor nikkel regelmatig te analyseren en aan te passen, en ervoor te zorgen dat de oplossing schoon en niet verontreinigd is.
2.3 De invloed van de hoofdgalvaniseeroplossing op de galvaniseerlaag De galvaniseeroplossing bevat kopersulfaat en zwavelzuur als twee componenten. De verhouding tussen deze twee componenten bepaalt direct de kwaliteit van de galvaniseerlaag. Als de concentratie kopersulfaat te hoog is, zullen er kopersulfaatkristallen neerslaan; als de concentratie kopersulfaat te laag is, zal de draad gemakkelijk verbranden en zal het galvaniseerrendement afnemen. Zwavelzuur kan de elektrische geleidbaarheid en stroomrendement van de galvaniseeroplossing verbeteren, de concentratie koperionen in de oplossing verlagen (gelijksoortig ioneffect), waardoor de kathodische polarisatie en de dispersie van de galvaniseeroplossing verbeteren, zodat de maximale stroomdichtheid toeneemt, en de hydrolyse van kopersulfaat in de oplossing tot koperoxide en neerslag voorkomen, waardoor de stabiliteit van de galvaniseeroplossing toeneemt. Het vermindert ook de anodische polarisatie, wat gunstig is voor de normale oplosbaarheid van de anode. Het is echter belangrijk op te merken dat een hoog zwavelzuurgehalte de oplosbaarheid van kopersulfaat vermindert. Bij een onvoldoende zwavelzuurgehalte in de galvaniseeroplossing hydrolyseert kopersulfaat gemakkelijk tot koperoxide en wordt het ingesloten in de galvaniseerlaag, waardoor de kleur van de laag donkerder en minder egaal wordt. Wanneer er een overmaat aan zwavelzuur in de galvaniseeroplossing aanwezig is en het gehalte aan koperzout onvoldoende, zal de waterstof gedeeltelijk in de kathode ontladen worden, waardoor het oppervlak van de galvaniseerlaag vlekkerig wordt. Het fosforgehalte van de koperen galvaniseerlaag heeft ook een belangrijke invloed op de kwaliteit van de coating. Het fosforgehalte moet worden gecontroleerd binnen het bereik van 0,04% tot 0,07%. Bij een gehalte lager dan 0,02% is het moeilijk om een film te vormen die de productie van koperionen tegengaat, waardoor de hoeveelheid koperpoeder in de galvaniseeroplossing toeneemt. Een fosforgehalte van meer dan 0,1% beïnvloedt de oplossing van de koperanode, waardoor het gehalte aan tweewaardige koperionen in de galvaniseeroplossing afneemt en er veel anodeslib ontstaat. Bovendien moet de koperen galvaniseerlaag regelmatig worden gespoeld om te voorkomen dat anodeslib de galvaniseeroplossing vervuilt en ruwheid en bramen in de galvaniseerlaag veroorzaakt.
3 Conclusie
Door de verwerking van de bovengenoemde aspecten zijn de hechting en continuïteit van het product goed, is de kwaliteit stabiel en zijn de prestaties uitstekend. In het daadwerkelijke productieproces zijn er echter veel factoren die de kwaliteit van de galvaniseerlaag beïnvloeden. Zodra een probleem wordt geconstateerd, moet dit tijdig worden geanalyseerd en onderzocht, waarna passende maatregelen moeten worden genomen om het op te lossen.
Geplaatst op: 14 juni 2022