在船舶作业领域,无论是远洋商船、近海渔船,还是各类科考船、军舰,可靠的电力传输与信号通讯至关重要。而船舶用防海水电缆作为核心连接部件,需在长期遭受海水浸泡、盐雾侵蚀以及频繁机械应力的复杂海洋环境下稳定工作。其中,优异的抗拉性能是保障电缆在船舶运行中不被拉断、维持正常功能的关键特性,与电缆的导体结构、增强材料选择以及整体设计紧密相关。
导体结构:奠定抗拉基础船舶用防海水电缆的导体通常采用多股绞合结构,以提升柔韧性与抗拉能力。多股细铜丝绞合是常见方式,例如选用单丝直径在 0.1 - 0.3mm 的高纯度无氧铜丝。这种细铜丝比粗铜丝更具柔韧性,在电缆弯曲或受拉时,能更均匀地分散应力,有效减少因局部应力集中导致的断裂风险。各层铜丝按特定方向和节距绞合,外层与内层绞合方向可抵消弯曲、扭转过程中产生的应力,使电缆在频繁弯折的船舶作业环境中,依然能保持良好的电气连接与机械性能。
为强化导体的抗拉强度,部分高端船舶电缆会在导体内部增设高强度的金属丝或纤维增强芯。如采用高强度镀锡钢丝与铜丝混合绞合,钢丝具有较高的抗拉强度,一般可达 1000 - 2000MPa,能显著提升电缆整体的抗拉承载能力,适用于拖拽作业频繁、电缆需承受较大拉力的船舶,如拖船、海上救援船等。还有些电缆使用芳纶纤维作为增强芯,芳纶纤维密度低但强度极高,其抗拉强度可达 3.6GPa 左右,是钢丝的数倍,在不显著增加电缆重量的前提下,极大地增强了电缆的抗拉性能,芳纶纤维还具备良好的耐腐蚀性,能适应海洋的恶劣环境。
绝缘与护套材料:协同提升抗拉与防护性能绝缘材料交联聚乙烯(XLPE)是船舶防海水电缆常用的绝缘材料,它不仅具有出色的电气绝缘性能,绝缘电阻可达 10¹⁴Ω・cm 以上,能有效防止漏电,确保船舶电气系统安全。XLPE 经过交联工艺处理后,分子结构由线性转变为网状,具备良好的机械性能,在受到拉伸时,能保持结构稳定,不易变形或破裂,为电缆整体抗拉性能提供支持。在低温环境下,如极地航行船舶,XLPE 可在 - 50℃的低温中保持柔韧性,不会因变脆而降低抗拉强度,保障电缆在极端条件下的正常使用。
护套材料护套作为电缆的最外层防护,直接面对海水侵蚀与机械摩擦,对提升抗拉性能也起着重要作用。特种聚乙烯(PE)经过特殊配方和改性处理后,成为船舶电缆护套的理想材料之一。它具有良好的柔韧性和较高的拉伸强度,在承受拉力时,能与内部导体和绝缘层协同工作,分散应力,防止电缆因局部受力过大而损坏。PE 材料耐海水腐蚀性能优异,可有效阻挡海水中氯离子、根离子等的侵蚀,保护电缆内部结构。例如,某改性 PE 护套电缆在实际船舶使用中,历经数年海水浸泡,护套无明显腐蚀,抗拉性能稳定,保障了电缆的可靠运行。
聚氨酯(PU)护套同样在船舶电缆中广泛应用,其抗拉强度可达 40 - 50MPa,具有出色的耐磨性和抗撕裂性能。在船舶作业时,电缆可能会与船舷、甲板设备等发生摩擦,PU 护套能有效抵抗这种磨损,减少因表面磨损削弱电缆抗拉强度的风险。PU 对微生物具有天然的抵抗能力,可抑制海藻、贝类等生物在电缆表面附着,避免生物附着增加电缆重量、破坏护套结构,从而间接维护了电缆的抗拉性能。
防水与密封设计:保障抗拉与电气性能的持久稳定防水与密封是船舶防海水电缆的关键设计要点,良好的防水性能可防止海水侵入电缆内部,避免导体腐蚀、绝缘性能下降,进而影响电缆的抗拉强度与电气性能。在电缆内部,导体与绝缘层之间采用半导电阻水带紧密包裹,遇水后,阻水带迅速膨胀,填充微小缝隙,形成密封屏障,阻止水分沿导体间隙渗透。绝缘层外通常还会设置防水胶层,强化防水效果,确保在海水浸泡环境下,水分无法接触导体,维持导体的机械强度与导电性。
电缆接头作为防水的薄弱环节,采用多层密封结构确保密封性。先使用橡胶密封垫(如耐海水腐蚀的乙丙橡胶垫)进行初次密封,乙丙橡胶具有良好的耐候性、耐水性和弹性,能有效阻挡水分进入。涂抹密封胶(如硅酮密封胶),硅酮密封胶具有优异的粘结性和耐水性,可填补密封垫与电缆之间的微小缝隙,形成二次密封。最后,采用金属铠装或热缩套管进行外部防护,增强接头处的机械强度与防水性能,防止接头在船舶运行中的震动、拉伸作用下松动,确保防水效果持久可靠,维持电缆整体的抗拉与电气性能稳定。
实际应用案例与效果在一艘大型远洋商船的电力传输系统中,采用了一款具备上述特性的防海水电缆。该船常年往返于各大洋,电缆需频繁随船舶晃动、拉伸,并长期处于高盐度海水环境。在为期 5 年的使用过程中,电缆经历了无数次风浪颠簸与机械应力考验,其导体结构保持完整,未出现断裂现象,绝缘性能良好,护套虽有轻微磨损,但未发生海水渗漏。通过定期检测,电缆的抗拉强度依然维持在初始设计标准的 90% 以上,稳定为船上的各类电气设备提供电力,保障了船舶的安全航行,极大降低了因电缆故障导致的船舶停运风险与维护成本。
而在近海渔业捕捞作业中,渔船的电缆除了面临海水侵蚀,还需频繁承受拖拽渔网时产生的强大拉力。某渔船使用了一款内部添加芳纶纤维增强芯、PU 护套的防海水电缆,在高强度捕捞作业下,电缆多次被渔网拉扯,依然保持良好的电气性能与机械强度。在连续 3 年的捕捞季中,电缆仅护套表面有少量磨损,经简单维护后继续正常使用,有效保障了渔船的捕捞作业效率,减少了因电缆损坏造成的渔业生产损失。