CN101083155A - 环保型复合阻燃电缆及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型复合阻燃交联电缆及制作方法，其特征在于所述的电缆导体的芯的截面为圆形、扇形或圆形和扇形混合型三种；电缆导体芯的截面为圆形的电缆，从里到外依次由电缆导体芯、复合绝缘阻燃层、填充料层、隔氧阻燃层、内衬阻燃层、铠装层以及外护套阻燃层四层阻燃层构成的；电缆导体芯的截面为扇形或扇形和圆形混合型时，则从里到外依次由电缆导体芯、复合绝缘阻燃层、隔氧阻燃层、内衬阻燃层、铠装层以及外护套阻燃层四层阻燃层构成的。复合绝缘阻燃层的内层采用交联聚乙烯，外层为聚烯烃材料。由于采用四层阻燃结构，使pH值、导电率等指标符合绿色环保电缆要求，且成本低，电缆的综合氧指数有了较大提高。

Description

环保型复合阻燃电缆及制作方法

技术领域

本发明涉及一种环保型复合阻燃电缆及制作方法，更确切地说，涉及一种环保型隔氧层复合高阻燃交联电缆及制作方法。属于电缆技术领域。

背景技术

为提高电气线路的安全水平，电线电缆的阻燃问题越来越引起人们的关注，电线电缆的阻燃化已成为线缆行业的一个综合性发展方向。同时在过去的许多火灾中，造成人身生命危险以及“二次危害”的往往主要是电缆燃烧后释放的酸气和有毒气体，因此交联聚乙烯绝缘电线电缆以其耐温等级高、电气性能好等优点越来越被广泛使用，但是交联聚乙烯材料氧指数较低，极易燃烧，这给交联聚乙烯绝缘电缆的阻燃设计增加一定的难度。目前IEC60502标准规定的电缆内外护层由热塑性混合物(PVC或PE)或弹性体混合物(聚氯丁烯、氯磺化聚乙烯或类似聚合物)，这些材料不是助燃物质，就是含有有毒元素材料，为此电力电缆以两个发展方向为代表，一是高阻燃型方向，二是纯非极性无毒元素绿色型方向，人们一直在不断努力。试图从材料更新换代方面入手，实现电缆的高阻燃与环保，但长期以来，当实现高阻燃后，电缆的绿色环保性能下降，而达到完全绿色后，电缆的电气和机械性能又不能令人满意。

目前在提高电缆阻燃性能的最有效和最常用的方法，是在制造电缆绝缘和护套的塑料中，配以适当的阻燃剂和阻燃填充料。但是，如果在交联聚乙烯绝缘料中混入大量的阻燃剂，就必然影响绝缘材料的电气性能和热稳定性以及加工工艺性能，特别是材料介电系数恶化，直接影响了交联聚乙烯绝缘材料的优良品质。因此，人们在没有改变交联聚乙烯绝缘结构的情况下，利用燃烧的三个要素进行阻燃，降低温度、隔绝氧气等，按照该思路，人们在电缆缆芯外加了具有高阻燃性能的隔氧层。

传统的隔氧层电缆是采用挤包填充工艺，电缆加工工艺复杂、工序多，加工场地污染严重。金属水合物和电缆内部结构易产生电化腐蚀，且水溶性混合物易流淌，造成电缆结构不稳定。另外电缆放置时间较长时，水溶性混合物树脂发硬，在电缆弯曲的会损伤电缆的绝缘层，即使这样，成品电缆虽然能够通过IEC60332-3(或GB 12666.5)标准规定的成束燃烧试验，但其绝缘单线却无法通过IEC60332-1(或GB12666.2)标准规定的单根垂直燃烧试验。

在电缆的绿色环保与能重复回收利用方面，虽有不同程度的研究，但仅仅是定性地分析产品的绿色可能性，而未进行定量地为电缆定绿色指标。如电缆燃烧时析出气体的PH值和导电率的测定、电缆在燃烧情况下的透光度与烟密度的测定、电缆燃烧时释放的毒性气体含量测定等等，只有合理确定和控制了电这些相关指标，才能真正实现电缆的阻燃、绿色环保。

当前，在国内外相应的法规规定下，无卤低烟阻燃电缆的研制和开发工作如雨后春笋似不断推出新品，新工艺。

例如“国外电缆材料的研究及发展趋势”一文[陈中强，电线电缆2001(3)：12-13]介绍了国外电线电缆材料开发研究的新的稳定剂、阻燃剂、交联剂和基体材料的发展和应用趋势，又如申请号为021110632的“一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法”的申请，仍存在三大缺陷，一是对铅、汞、砷、锑、硒等八种重金属仍无限量；二是阻燃性还不是很优异，绝大多数仍无法通过成束A类燃烧或单根燃烧试验；三是废弃物仍未重复利用，也即资源的重复使用性极差，一定程度上会造成污染。

发明内容

本发明目的在于提供一种环保型隔氧层复合阻燃电缆及其制作方法，以克服传统隔氧层结构电缆的不足，实现或达到最佳的阻燃性能，具有绿色环保要求的电缆在燃烧情况下PH值、导电率、透光度、烟密度、毒性气体释放量等指标。

为实现电缆的绿色环保，改变了传统阻燃结构，采用复合绿色结构，控制电缆材料中的影响绿色环保的材料和结构因素，这样不仅有效提高了高阻燃电缆的综合氧指数，多层阻燃结构形成严密的隔氧封闭层。

所提供的环保型复合阻燃电缆由里到外依次是由电缆导体芯、复合绝缘阻燃层、填充料层、隔氧阻燃层、内衬阻燃层、铠装层以及外保护阻燃层构成的。

其中

(1)电缆导体芯是按GB/T3956标准要求由多股铜丝或铝丝缠绕而成；

(2)得/复合绝缘阻燃层采用复合组合型，即内层采用交联聚乙烯，外层采用低烟无卤阻燃的聚烯烃材料，外层厚度0.5-1.0mm。

(3)绿色隔氧阻燃层：采用涂敷金属水合物的高阻燃材料绕包在缆芯外形成新型隔氧层，克服了传统隔氧层电缆的设计缺陷。传统高阻燃电缆是采用挤包填充金属水合物，在电缆线芯与外护之间填充无机金属水合物，但其结构、材料、特性、制造等方面都存在不足。隔氧层遇火分解成金属氧化物和结晶水，金属氧化物分解后能吸附烟粒，结晶水也能降烟、吸热。吸热作用延迟了电缆燃烧时的燃烧速度，在燃烧过程中形成的碳化结构，形成阻碍氧气的供给和可燃气体的流动的隔氧层，抵制了电缆的燃烧；厚度为0.8-1.0/mm。

(4)内衬绿色阻燃层：内衬与隔氧层紧密地组合成新型绿色阻燃隔氧层，具有超强的阻燃能力，实现电缆结构全部阻燃与绿色性能；如符合IEC60502标准的低烟元/无卤聚烯烃材料。

(5)外护套绿色阻燃层：当外层燃烧时，材料中阻燃剂可将活性较大的OH基置换成活性较小的自由基，同时阻燃剂受热后，能促使聚合物表面脱水炭化，形成一个不可燃的炭化层，有效隔绝了氧气，阻止了燃烧，同时钢带铠装层能有效隔火、防止外层受热熔融滴脱损坏内层结构。如低烟无卤阻燃聚烯烃材料，厚度执行IEC60502标准。

(6)铠装层采用镀锌钢带或液/涂漆钢带。

(7)填充料采用无碱玻璃纤维丝绳。

由此可见，为实现电缆的绿色环保，本发明改变了传统阻燃结构，采用复合阻燃结构：交联内绝缘层和无卤阻燃外绝缘层、无卤阻燃内衬和无卤阻燃外护套。这样不仅有效提高了高阻燃电缆的综合氧指数，而且多层阻燃结构形成严密的隔氧封闭层。

由于采用四层隔氧阻燃结构，当外层燃烧时，材料中阻燃剂可将活性较大的OH基置换成活性较小的自由基，同时阻燃剂受热后，能促使聚合物表面脱水炭化，形成一个不可烯的炭化层，有效隔绝了氧气，阻止了燃烧，同时钢带铠装层能有效隔火、防止外层受热熔融滴脱损坏内层结构。

本发明所提供的环保形复合阻燃电缆可以是单根电缆、二芯电缆、三芯电缆、四芯电缆或五芯电缆中的一种。

特别应指出的，在电缆的结构中，复合绝缘阻燃层和隔氧阻燃层间的填充层不是必需的，在电缆导体芯的截面为圆形时是必需的，当电缆导体芯的截面为扇形或圆形和扇形混合型时则填充料不是必需的(详见附图2及实施例)

本发明所提供的电缆的加工工艺是采用导体拉制和绞线(非圆型导体紧压)——双层实芯皮无偏芯绝缘挤出——填充和多层绕包一绿色材料内衬挤出——铠装和绿色外护层挤出。

试验测定方法：

按企业标准所规定的详细方法测定电缆燃烧时的PH值、导电率、透光率、烟密度、毒性气体释放量。

电缆的阻燃试验方法见IEC60332-1、IEC60332-2、IEC06332-3。

由本发明提供的环保型复合阻燃电缆的优点是：

1、该电缆具有烧蚀性小、无黑烟、不产生有害气体等特点；电缆可挠性能比传统隔氧层要好，电缆结构均匀。不仅加工简单，材料成本降低，而且提高阻燃等级。

2、实现了组合绝缘阻燃形式，使得电缆的综合氧指数有了较大提高，内层绝缘保证交联电缆的电气性能，外层绝缘提高了昵/电缆的阻燃性能，也保证了电缆的机械物理性能。

3、电缆的成本有所降低，采用组合绝缘后降少了交联聚乙烯材料用量，绕包型隔氧层厚度小于0.8mm，减少了电缆外径和材料用量。

4、复合高阻燃隔电缆/电缆不仅更容易通过皮/成束燃烧试验，而且绝缘单线又能够通过单根垂直燃烧试验，而且PH值、导电率、透光度、烟密度、毒性气体释放时均符合绿色电缆的要求。

具体指标是：

(1)与1升水相关的PH值加权值应不小于4.3；

(2)导电率的加权值应不超过10μm/mm；

(3)透光率：单根电缆达70％，2-3根电缆为60％，多根或多束电缆为50％；

(4)烟密度A介于0.18-0.26之间(4％甲苯)。

附图说明

图1实施例1提供的四芯电缆圆截面的结构剖面图

图2实施例2提供的五芯电缆混合形结构的剖面图

图中1、电缆导体芯；2、复合绝缘阻燃层；3、填充料层；4、隔氧阻燃层；5、内衬阻燃层；6、铠装层；7、外护套阻燃层

具体实施方式

通过下面实施例，进一步阐明本实用新型的特点和进步。

实施例1

如图1所示，四芯隔氧层复合高阻燃交联电缆，电缆导体芯为圆形，所述电缆依次由电缆导体芯、复合绝缘阻燃层、填充料层、隔氧阻燃层、内衬阻燃层、铠装层以及外护套阻燃层。复合绝缘层的外绝缘层为低烟元卤阻燃聚烯烃材料，其厚度0.5-1.0mm。

填充料在复合绝缘阻燃层和隔氧阻燃层之间，填充料为无碱玻璃纤维。隔氧阻燃层厚度为0.8mm，它是高阻燃材料绕包在外绝缘层上，所述的高阻燃材料是涂敷无机金属水合物的玻璃纤维布。其制作是依导体拉制和铰线——双层实芯无偏芯绝缘挤出——填充和多层绕包——内衬挤出——铠装和外护阻燃层挤出。

实施例2

如附图2所示，电缆芯为4个扇形和1个圆形芯组成，组合绝缘层2包覆扇形和圆形芯，在组合绝缘层2，外面由隔氧层4绕包形成，在隔氧层外面再依次由铠装层6和外护套7。本实施例1所示的电缆结构由实施例1的区别是不存在填充料层。

Claims (8)

1、一种环保型阻燃电缆，其特征在于所述的电缆导体芯的截面为圆形、扇形或圆形和扇形混合型三种；电缆导体芯的截面为圆形的电缆，从里到外依次由电缆导体芯、复合绝缘阻燃层、填充料层、隔氧阻燃层、内衬阻燃层、铠装层以及外护套阻燃层四层阻燃层构成的；电缆导体芯的截面为扇形或扇形和圆形混合型时，则从里到外依次由电缆导体芯、复合绝缘阻燃层、隔氧阻燃层、内衬阻燃层、铠装层以及外护套阻燃层四层阻燃层构成的。

2、按权利要求1所述的环保型复合阻燃电缆，其特征在于所述的复合绝缘层是指绝缘采用复合型，内层采用交联聚乙烯，外层为聚烯烃材料。

3、按权利要求1或2所述环保型复合阻燃电缆，其特征在于复合绝缘层的外层厚度0.5-1.0mm。

4、按权利要求1所述环保型复合阻燃电缆，其特征在于隔氧阻燃层是内涂敷金属水合物的玻璃布绕包在外绝缘层上的。

5、按权利要求1或4所述环保型复合阻燃电缆，其特征在于隔氧阻燃层的厚度0.8-1.0/mm。

6、按权利要求1所述环保型复合阻燃电缆，其特征在于外护套阻燃层为低烟无卤阻燃聚烯烃材料，厚度执行IEC60502标准。

7、按权利要求1、2或3所述环保型复合阻燃电缆，其特征在于电缆导体芯为单芯、二芯、三芯、四芯或五芯中的任意一种。

8、制作如权利要求1所述的环保型复合阻燃电缆的方法，其特征在于工艺方法依次是导体拉制和绞线、双层实芯皮无偏心绝缘挤出、填充和多层绕包、内衬挤出、铠装和外护层挤出。

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