CN103227008B - 海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆及其制造方法，绞合铜导体的外周均匀挤包有耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层构成电力电缆绝缘线芯，多根所述电力电缆绝缘线芯相互绞合构成电力电缆缆芯，所述电力电缆缆芯的外周包裹有低强度无纺布纵包层，所述低强度无纺布纵包层的外周挤包有护套。本发明的电缆采用低强度无纺布纵包层，其形状完全与电力电缆绝缘线芯的外形相吻合，消除了低强度无纺布纵包层与电力电缆绝缘线芯之间的空隙，便于燃烧条件下阻止火焰向内部的绵延传递，并可增强抵御潮气的浸渍；同时低强度无纺布纵包层可以确保护套与绝缘线芯之间不粘连，便于施工过程剥除护套时不伤害绝缘线芯。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电缆，特别涉及一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆。本发明还涉及一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的制造方法。
背景技术
伴随着陆用风电利用的成熟，国家开始推进海洋风电利用，但目前尚无能够完全满足海洋风电使用工况专用于海洋风电用电缆与之配套，而多是将原用于陆用风电的电缆配套用于海洋风电，或采用具备海洋风电用电缆所需的某种性能的电缆。但陆用风电用电缆性能并未考虑海洋风电的特殊环境，尤其是不具备长期经受海洋多盐、酸、碱腐蚀、油污腐蚀以及耐海水潮湿浸渍性能。在海风发电扭转时很容易发生故障，缩短使用寿命，造成工程成本增长甚至搁置。
授权公告号为CN201725624U的实用新型专利公开了一种海上风力发电设备专用动力电缆，该电缆采用105℃辐照交联型乙丙橡胶绝缘，具备耐盐雾性能，但辐照交联乙丙橡胶材质很硬，不利于风电要求的柔软性能，同时其不具备海洋风电用电缆需要耐长期经受海风海水潮湿浸透性能，容易造成绝缘受潮降低绝缘电阻引发使用安全隐患，降低电缆使用寿命。
授权公告号为CN201904120U的实用新型专利公开了一种用于海上风力发电机的柔性电缆，该电缆成缆采用聚丙烯绳填充，导体外设有内屏蔽层和外屏蔽层，外屏蔽外设有铜丝编织，聚丙烯绳填充材料有很大的变形性和结构不稳定性，填充做不到密实，护套与线芯之间存有缝隙，电缆在扭转时电缆线芯不固定，会发生径向位移造成局部鼓包，甚至护套破损，发生海水浸透，造成使用事故。同时设置的内屏蔽层、外屏蔽层和铜丝编织使得电缆外径很大，且金属编织会降低电缆弯曲扭转性能。
公开号为CN101531781A的发明专利公开了一种风力发电电缆用护套橡胶，由氯丁橡胶和顺丁橡胶和其他原料混炼而成，在-50℃时不会明显的失去柔软性、弹性和产生开裂，但其不具备耐海水盐雾腐蚀以及耐海水潮湿浸渍性能，不适于海洋风电环境。
公开号为CN101838424A的发明专利公开了一种耐扭曲风力发电电缆护套材料及电缆，护套采用氯化聚乙烯为原胶基材，具备耐低温-60℃抗扭曲性能，但不具备耐海水盐、酸、碱腐蚀以及耐海水潮湿浸渍性能，不适于海洋风电环境；同时该电缆绝缘和护套双层共挤，不利于施工安装时电缆端头绝缘和护套的分离。
发明内容
本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆，生产工艺简单、成本较低、外径小、重量轻、柔软易弯曲、便于施工安装，具备耐扭转、耐海水盐雾腐蚀以及耐海水潮湿浸渍性能。
为实现以上目的，本发明所提供的一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆，绞合铜导体的外周均匀挤包有耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层构成电力电缆绝缘线芯，多根所述电力电缆绝缘线芯相互绞合构成电力电缆缆芯，所述电力电缆缆芯的外周包裹有低强度无纺布纵包层，所述低强度无纺布纵包层的外周挤包有护套。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：本发明的电缆采用低强度无纺布纵包层，纵包的特点只能是将一定宽度的无纺布分割成若干段，沿电力电缆缆芯轴线方向一段接一段包裹，低强度无纺布纵包层在圆周方向的张力非常小，挤包护套时很容易将低强度无纺布纵包层压在电力电缆绝缘线芯外表面，即低强度无纺布纵包层的形状完全与电力电缆绝缘线芯的外形相吻合，消除了低强度无纺布纵包层与电力电缆绝缘线芯之间的空隙，便于燃烧条件下阻止火焰向内部的绵延传递，并可增强抵御潮气的浸渍；同时低强度无纺布纵包层可以确保护套与电力电缆绝缘线芯之间不粘连，便于施工过程剥除护套时不伤害电力电缆绝缘线芯。
作为本发明的优选方案，所述低强度无纺布纵包层的厚度为0.05~0.1mm，沿电力电缆缆芯轴线方向依次搭接纵包，每段所述低强度无纺布纵包层的宽度为电力电缆缆芯直径的3.5~3.8倍。
作为本发明的优选方案，所述耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层的原料组分及重量含量如下，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：5~7份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.5~0.7份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.3~0.5份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.2~0.4份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.2~0.4份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.2~0.4份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.2~0.4份；阻燃剂水合硼酸锌：2.1~2.5份；阻燃剂三氧化二锑：1~1.5份；阻燃填充剂氢氧化铝：25~40份；活化剂四氧化三铅：0.8~1.2份；活化剂硬脂酸：0.5~1份；活化剂纳米氧化锌：1.5~2份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2~5份；增塑剂氯化石蜡-52：0.5~1份；补强剂水合二氧化硅：1~3份。三元乙丙橡胶Keltan5508混炼和挤出工艺性能好，电气绝缘性能优异，但成本高，三元乙丙橡胶DutralTER4044则具有优异的挤出工艺性能，成本低，比重小；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20是一种经调制的乙烯和α-烯烃的共聚物弹性体颗粒状橡胶，其流动性优良，密度仅为0.903g/cm3，其与其他乙丙橡胶具有良好的相容性，具有降低混合胶门尼粘度、增强混炼胶的强度、增加线缆绝缘表面光洁度、改善挤出流动性、提高挤出速度的特点；三者共用既保证了绝缘橡胶的电气绝缘性能，同时确保了橡胶的工艺性、表观、挤出速度和成本经济性。采用防老剂RD和防老剂MB共用可提高硫化胶的耐热性能，增强电缆工作温度，提高载流量，同时防老剂MB具有抑制铜导体老化作用。由于本发明中绝缘直接包覆导体，需避免使用硫磺以及含硫的硫化剂和促进剂，因为采用此类硫化剂的硫化橡胶耐热老化性能很差，且对铜有腐蚀性，在铜表面产生黑色硫化铜，增大铜导体的电阻，降低电流传输能力。采用硫化剂DCP作为主硫化剂进行硫化可长期保持导体的光洁和纯度，硫化剂DCP受热分解产生游离基，夺去乙丙橡胶中的氢原子，引起交联反应；但由于硫化剂DCP在酸性和还原性物质影响下，产生离子型分解，造成乙丙橡胶的降解，使乙丙橡胶的交联和断裂同时发生，降低了硫化效率，硫化胶的交联密度低，定伸强度和抗拉强度小；同时单用硫化剂DCP时，其分解物存有臭味。从而采用了硫化剂DCP与共硫化剂TAC并用，共硫化剂TAC具有两个不饱和活性官能基团，可快速与硫化剂DCP分解出的游离基反应，形成结构稳定的新游离基继续参与交联反应，提高硫化剂DCP的利用率和乙丙橡胶的交联效率，抑制乙丙橡胶断裂发生。二者共用克服了补强剂煅烧陶土的酸性影响，保证了交联效率。防焦剂HVA-2与硫化剂DCP等过氧化物硫化剂并用能显著改善胶料的硫化性能，提高耐热性，降低胶料压缩永久变形率，减少过氧化物用量，防止胶料在加工过程中的焦烧，同时有助于避免铜导线污染发黑的难题。采用氢氧化铝（水合氧化铝）不但可以作为阻燃剂，同时可以起到填充剂的作用，不需要再额外添加填充剂，可降低成本，其含有3个水分子，在250℃开始分解，释放出水分子而吸收热量降低了周围温度，释放出的水蒸气又起到了稀释气相中可燃气体浓度的作用，生成的三氧化二铝和燃烧的聚合物表面的炭化物结合，形成保护膜，切断了热能和氧气的侵入，起到了阻燃作用；同时水合氧化铝具有低烟性能和减少一氧化碳发生的效果，释放的气体为水蒸气，完全对生物无毒，对金属设备无腐蚀性，环保清洁。但氢氧化铝使用过少难以达到阻燃效果，使用过多会造成胶料挤出工艺性能下降，胶料发硬，挤出时会喂胶困难，绝缘外观粗糙。采用氢氧化铝与三氧化二锑和水合硼酸锌共用，燃烧时与增塑剂氯化石蜡-52发生化学反应生成氯化锑、氯化硼和氯化锌，释出结合水并生产玻璃状覆盖物，起到覆盖效应和稀释效应，达到阻燃效果，分散性好。补强剂采用水合二氧化硅补强作用优异，可有效增加橡胶的物理机械性能，改善乙丙橡胶的粘性和加工性能，但水合二氧化硅具有吸水性，浸水电气性能较差，需通过偶联剂进行表面处理克服弊端。硅烷偶联剂KH-550可有效改善填充剂和补强剂的吸水性，保证硫化胶在船舶潮湿或浸水环境下电绝缘性能的稳定，其一方面与水合二氧化硅自发偶合，显著降低其粒度，使之更易于填充均匀，提高胶料与填充剂和补强剂的浸润性，增强补强作用；另一方面在硫化过程中，通过不饱和键形成橡胶一填料键，水合二氧化硅由亲水性向疏水性转变，起到增加硫化速度、提高硫化胶的抗拉强度和电绝缘性能的耐水稳定性，消除硫化胶在蒸汽管道连续高温硫化时产生气孔的作用。且硅烷偶联剂KH-550比重小，仅有0.94g/cm3，可有利于减轻电缆的重量。增塑剂采用Sunpar2280石蜡油和氯化石蜡-52并用，Sunpar2280石蜡油粘度高，与乙丙橡胶互溶性好，挥发性小，可降低乙丙橡胶的弹性，改善其粘性和采用氢氧化铝作为阻燃填充剂造成的橡胶较硬的缺点；增塑剂氯化石蜡-52一方面可以增进胶料的塑性，改进生产加工工艺，另一方面与阻燃剂三氧化二锑和水合硼酸锌反应，实现胶料的阻燃性能。纳米氧化锌的加入可以加快硫化速度，提高硫化程度；四氧化三铅可以提高硫化胶的耐酸、耐水性能，并改善橡胶的耐热老化性能，适合船舶对电缆的防水浸透、长期接触水环境以及耐热老化增加载流量和使用寿命要求。硬脂酸则同时具备活化剂和软化增塑剂的作用，促进纳米氧化锌活性的发挥，使纳米氧化锌在胶料中的分散性更好，更均匀；但四氧化三铅易使橡胶产生早起硫化，而硬脂酸和纳米氧化锌的加入则可减少胶料的焦烧倾向，增加热稳定性。本发明的绝缘橡胶抗张强度大于5.3N/mm2，断裂伸长率≥250%，老化性能优越，绝缘性能好；本发明的绝缘橡胶制成的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆制造成本与现有技术电缆相当，但该电缆具有耐海水盐雾腐蚀性能、耐海水潮气浸渍性能和耐扭转性能，普通电缆则不具备这些性能。
作为本发明的优选方案，所述耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层的原料组分及重量含量如下，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：5份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.5份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.3份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.2份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.2份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.2份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.2份；阻燃剂水合硼酸锌：2.1份；阻燃剂三氧化二锑：1份；阻燃填充剂氢氧化铝：25份；活化剂四氧化三铅：0.8份；活化剂硬脂酸：0.5份；活化剂纳米氧化锌：1.5份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2份；增塑剂氯化石蜡-52：0.5份；补强剂水合二氧化硅：1份。
作为本发明的优选方案，所述耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层的原料组分及重量含量如下，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：6份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.6份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.4份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.3份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.3份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.3份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.3份；阻燃剂水合硼酸锌：2.3份；阻燃剂三氧化二锑：1.2份；阻燃填充剂氢氧化铝：30份；活化剂四氧化三铅：1.0份；活化剂硬脂酸：0.8份；活化剂纳米氧化锌：1.7份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2.5份；增塑剂氯化石蜡-52：0.8份；补强剂水合二氧化硅：2份。
作为本发明的优选方案，所述耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层的原料组分及重量含量如下，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：7份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.7份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.5份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.4份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.4份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.4份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.4份；阻燃剂水合硼酸锌：2.5份；阻燃剂三氧化二锑：1.5份；阻燃填充剂氢氧化铝：40份；活化剂四氧化三铅：1.2份；活化剂硬脂酸：1份；活化剂纳米氧化锌：2份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：5份；增塑剂氯化石蜡-52：1份；补强剂水合二氧化硅：3份。
本发明的另一个目的在于，提供一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的制造方法，该方法制造而成的电缆生产工艺简单、成本较低、外径小、重量轻、柔软易弯曲、便于施工安装，具备耐扭转、耐海水盐雾腐蚀以及耐海水潮湿浸渍性能。
为实现以上目的，本发明所提供的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的制造方法，依次包括以下步骤：绞合铜导体的外周均匀挤包耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层构成电力电缆绝缘线芯，将多根所述电力电缆绝缘线芯相互绞合构成电力电缆缆芯，在所述电力电缆缆芯的外周包裹低强度无纺布纵包层，然后在所述低强度无纺布纵包层的外周挤包护套；所述耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层的制备方法如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：5~7份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.5~0.7份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.3~0.5份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.2~0.4份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.2~0.4份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.2~0.4份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.2~0.4份；阻燃剂水合硼酸锌：2.1~2.5份；阻燃剂三氧化二锑：1~1.5份；阻燃填充剂氢氧化铝：25~40份；活化剂四氧化三铅：0.8~1.2份；活化剂硬脂酸：0.5~1份；活化剂纳米氧化锌：1.5~2份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2~5份；增塑剂氯化石蜡-52：0.5~1份；补强剂水合二氧化硅：1~3份；（2）先将密炼机温度升至160～180℃，接着加入三元乙丙橡胶Keltan5508、三元乙丙橡胶DutralTER4044和颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20混炼1.5～2分钟，再依次加入上述阻燃填充剂氢氧化铝、活化剂四氧化三铅、活化剂纳米氧化锌、防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、补强剂水合二氧化硅、硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷、增塑剂Sunpar2280石蜡油、增塑剂氯化石蜡-52、阻燃剂水合硼酸锌、阻燃剂三氧化二锑、活化剂硬脂酸、防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和防老剂2-硫醇基苯并咪唑，进行混炼7～8分钟后卸料，在干燥洁净的空间晾放24小时以上；将胶料投进温度为80～100℃的密炼机上再混炼2～3分钟，并在最后30秒加入硫化剂过氧化二异丙苯和共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯，将混炼料上三辊开炼机进行薄通，三辊开炼机的辊距为1.5～2mm，打三角包和方包各四次后出片备用。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：本发明的方法制造而成的电缆采用低强度无纺布纵包层，纵包的特点只能是将一定宽度的无纺布分割成若干段，沿电力电缆缆芯轴线方向一段接一段包裹，低强度无纺布纵包层在圆周方向的张力非常小，挤包护套时很容易将低强度无纺布纵包层压在电力电缆绝缘线芯外表面，即低强度无纺布纵包层的形状完全与电力电缆绝缘线芯的外形相吻合，消除了低强度无纺布纵包层与电力电缆绝缘线芯之间的空隙，便于燃烧条件下阻止火焰向内部的绵延传递，并可增强抵御潮气的浸渍；同时低强度无纺布纵包层可以确保护套与电力电缆绝缘线芯之间不粘连，便于施工过程剥除护套时不伤害电力电缆绝缘线芯。三元乙丙橡胶Keltan5508混炼和挤出工艺性能好，电气绝缘性能优异，但成本高，三元乙丙橡胶DutralTER4044则具有优异的挤出工艺性能，成本低，比重小；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20是一种经调制的乙烯和α-烯烃的共聚物弹性体颗粒状橡胶，其流动性优良，密度仅为0.903g/cm3，其与其他乙丙橡胶具有良好的相容性，具有降低混合胶门尼粘度、增强混炼胶的强度、增加线缆绝缘表面光洁度、改善挤出流动性、提高挤出速度的特点；三者共用既保证了绝缘橡胶的电气绝缘性能，同时确保了橡胶的工艺性、表观、挤出速度和成本经济性。采用防老剂RD和防老剂MB共用可提高硫化胶的耐热性能，增强电缆工作温度，提高载流量，同时防老剂MB具有抑制铜导体老化作用。由于本发明中绝缘直接包覆导体，需避免使用硫磺以及含硫的硫化剂和促进剂，因为采用此类硫化剂的硫化橡胶耐热老化性能很差，且对铜有腐蚀性，在铜表面产生黑色硫化铜，增大铜导体的电阻，降低电流传输能力。采用硫化剂DCP作为主硫化剂进行硫化可长期保持导体的光洁和纯度，硫化剂DCP受热分解产生游离基，夺去乙丙橡胶中的氢原子，引起交联反应；但由于硫化剂DCP在酸性和还原性物质影响下，产生离子型分解，造成乙丙橡胶的降解，使乙丙橡胶的交联和断裂同时发生，降低了硫化效率，硫化胶的交联密度低，定伸强度和抗拉强度小；同时单用硫化剂DCP时，其分解物存有臭味。从而采用了硫化剂DCP与共硫化剂TAC并用，共硫化剂TAC具有两个不饱和活性官能基团，可快速与硫化剂DCP分解出的游离基反应，形成结构稳定的新游离基继续参与交联反应，提高硫化剂DCP的利用率和乙丙橡胶的交联效率，抑制乙丙橡胶断裂发生。二者共用克服了补强剂煅烧陶土的酸性影响，保证了交联效率。防焦剂HVA-2与硫化剂DCP等过氧化物硫化剂并用能显著改善胶料的硫化性能，提高耐热性，降低胶料压缩永久变形率，减少过氧化物用量，防止胶料在加工过程中的焦烧，同时有助于避免铜导线污染发黑的难题。采用氢氧化铝（水合氧化铝）不但可以作为阻燃剂，同时可以起到填充剂的作用，不需要再额外添加填充剂，可降低成本，其含有3个水分子，在250℃开始分解，释放出水分子而吸收热量降低了周围温度，释放出的水蒸气又起到了稀释气相中可燃气体浓度的作用，生成的三氧化二铝和燃烧的聚合物表面的炭化物结合，形成保护膜，切断了热能和氧气的侵入，起到了阻燃作用；同时水合氧化铝具有低烟性能和减少一氧化碳发生的效果，释放的气体为水蒸气，完全对生物无毒，对金属设备无腐蚀性，环保清洁。但氢氧化铝使用过少难以达到阻燃效果，使用过多会造成胶料挤出工艺性能下降，胶料发硬，挤出时会喂胶困难，绝缘外观粗糙。采用氢氧化铝与三氧化二锑和水合硼酸锌共用，燃烧时与增塑剂氯化石蜡-52发生化学反应生成氯化锑、氯化硼和氯化锌，释出结合水并生产玻璃状覆盖物，起到覆盖效应和稀释效应，达到阻燃效果，分散性好。补强剂采用水合二氧化硅补强作用优异，可有效增加橡胶的物理机械性能，改善乙丙橡胶的粘性和加工性能，但水合二氧化硅具有吸水性，浸水电气性能较差，需通过偶联剂进行表面处理克服弊端。硅烷偶联剂KH-550可有效改善填充剂和补强剂的吸水性，保证硫化胶在船舶潮湿或浸水环境下电绝缘性能的稳定，其一方面与水合二氧化硅自发偶合，显著降低其粒度，使之更易于填充均匀，提高胶料与填充剂和补强剂的浸润性，增强补强作用；另一方面在硫化过程中，通过不饱和键形成橡胶一填料键，水合二氧化硅由亲水性向疏水性转变，起到增加硫化速度、提高硫化胶的抗拉强度和电绝缘性能的耐水稳定性，消除硫化胶在蒸汽管道连续高温硫化时产生气孔的作用。且硅烷偶联剂KH-550比重小，仅有0.94g/cm3，可有利于减轻电缆的重量。增塑剂采用Sunpar2280石蜡油和氯化石蜡-52并用，Sunpar2280石蜡油粘度高，与乙丙橡胶互溶性好，挥发性小，可降低乙丙橡胶的弹性，改善其粘性和采用氢氧化铝作为阻燃填充剂造成的橡胶较硬的缺点；增塑剂氯化石蜡-52一方面可以增进胶料的塑性，改进生产加工工艺，另一方面与阻燃剂三氧化二锑和水合硼酸锌反应，实现胶料的阻燃性能。纳米氧化锌的加入可以加快硫化速度，提高硫化程度；四氧化三铅可以提高硫化胶的耐酸、耐水性能，并改善橡胶的耐热老化性能，适合船舶对电缆的防水浸透、长期接触水环境以及耐热老化增加载流量和使用寿命要求。硬脂酸则同时具备活化剂和软化增塑剂的作用，促进纳米氧化锌活性的发挥，使纳米氧化锌在胶料中的分散性更好，更均匀；但四氧化三铅易使橡胶产生早起硫化，而硬脂酸和纳米氧化锌的加入则可减少胶料的焦烧倾向，增加热稳定性。本发明的绝缘橡胶抗张强度大于5.3N/mm2，断裂伸长率≥250%，老化性能优越，绝缘性能好；本发明的绝缘橡胶制成的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆制造成本与现有技术电缆相当，但该电缆具有耐海水盐雾腐蚀性能、耐海水潮气浸渍性能和耐扭转性能，普通电缆则不具备这些性能。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶挤出时挤橡机采用冷喂料方式，挤橡机螺杆的长径比为（15～20）:1，机身温度为55℃～65℃，机头温度90℃～100℃，模具温度为120℃～130℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：（1～1.2），模套定型段的长度为2～4mm。
作为本发明的优选方案，所述低强度无纺布纵包层的厚度为0.05~0.1mm，沿电力电缆缆芯轴线方向依次搭接纵包，每段所述低强度无纺布纵包层的宽度为电力电缆缆芯直径的3.5~3.8倍。
附图说明
图1为本发明海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的结构示意图。
图中：1.电力电缆绝缘线芯；1a.绞合铜导体；1b.耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层；2.低强度无纺布纵包层；3.护套。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆，依次包括以下步骤：在绞合铜导体1a的外周均匀挤包耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层1b构成电力电缆绝缘线芯1，将多根电力电缆绝缘线芯1相互绞合构成电力电缆缆芯，在电力电缆缆芯的外周纵向包裹低强度无纺布纵包层2，在低强度无纺布纵包层2的外周挤包护套3将低强度无纺布纵包层2紧密挤压在电力电缆绝缘线芯上。低强度无纺布纵包层2的厚度为0.05mm，沿电力电缆缆芯轴线方向依次搭接纵包，每段低强度无纺布纵包层的宽度为电力电缆缆芯直径的3.5倍。护套3采用氧指数不低于32的柔软性高阻燃护套料。
其中，耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层所用绝缘橡胶的制备步骤如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：5份；硫化剂过氧化二异丙苯（硫化剂DCP）：0.5份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯（共硫化剂TAC）：0.3份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺（防焦剂HVA-2）：0.2份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（防老剂RD）：0.2份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑（防老剂MB）：0.2份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-550）：0.2份；阻燃剂水合硼酸锌：2.1份；阻燃剂三氧化二锑：1份；阻燃填充剂氢氧化铝（Al2O3·3H2O水合氧化铝）：25份；活化剂四氧化三铅：0.8份；活化剂硬脂酸：0.5份；活化剂纳米氧化锌：1.5份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2份；增塑剂氯化石蜡-52：0.5份；补强剂水合二氧化硅：1份。
（2）先将密炼机温度升至160℃，接着加入三元乙丙橡胶Keltan5508、三元乙丙橡胶DutralTER4044和颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20混炼1.5分钟，再依次加入上述阻燃填充剂氢氧化铝、活化剂四氧化三铅、活化剂纳米氧化锌、防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、补强剂水合二氧化硅、硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷、增塑剂Sunpar2280石蜡油、增塑剂氯化石蜡-52、阻燃剂水合硼酸锌、阻燃剂三氧化二锑、活化剂硬脂酸、防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和防老剂2-硫醇基苯并咪唑，进行混炼7分钟后卸料，在干燥洁净的空间晾放24小时以上；将胶料投进温度为80℃的密炼机上再混炼2分钟，并在最后30秒加入硫化剂过氧化二异丙苯和共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯，将混炼料上三辊开炼机进行薄通，三辊开炼机的辊距为1.5mm，打三角包和方包各四次后出片备用。
所述绝缘橡胶挤出时挤橡机采用冷喂料方式，螺杆长径比为15:1，机身温度为55℃，机头温度90℃，模具温度为120℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：1，模套定型段的长度为2mm。
实施例二
如图1所示，本发明的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆，依次包括以下步骤：在绞合铜导体1a的外周均匀挤包耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层1b构成电力电缆绝缘线芯1，将多根电力电缆绝缘线芯1相互绞合构成电力电缆缆芯，在电力电缆缆芯的外周纵向包裹低强度无纺布纵包层2，在低强度无纺布纵包层2的外周挤包护套3将低强度无纺布纵包层2紧密挤压在电力电缆绝缘线芯上。低强度无纺布纵包层2的厚度为0.08mm，沿电力电缆缆芯轴线方向依次搭接纵包，每段低强度无纺布纵包层的宽度为电力电缆缆芯直径的3.7倍。护套3采用氧指数不低于32的柔软性高阻燃护套料。
其中，耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层所用绝缘橡胶的制备步骤如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：6份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.6份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.4份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.3份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.3份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.3份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.3份；阻燃剂水合硼酸锌：2.3份；阻燃剂三氧化二锑：1.2份；阻燃填充剂氢氧化铝：30份；活化剂四氧化三铅：1.0份；活化剂硬脂酸：0.8份；活化剂纳米氧化锌：1.7份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2.5份；增塑剂氯化石蜡-52：0.8份；补强剂水合二氧化硅：2份。
（2）先将密炼机温度升至170℃，接着加入三元乙丙橡胶Keltan5508、三元乙丙橡胶DutralTER4044和颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20混炼1.8分钟，再依次加入上述阻燃填充剂氢氧化铝、活化剂四氧化三铅、活化剂纳米氧化锌、防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、补强剂水合二氧化硅、硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷、增塑剂Sunpar2280石蜡油、增塑剂氯化石蜡-52、阻燃剂水合硼酸锌、阻燃剂三氧化二锑、活化剂硬脂酸、防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和防老剂2-硫醇基苯并咪唑，进行混炼7.5分钟后卸料，在干燥洁净的空间晾放24小时以上；将胶料投进温度为90℃的密炼机上再混炼2.5分钟，并在最后30秒加入硫化剂过氧化二异丙苯和共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯，将混炼料上三辊开炼机进行薄通，三辊开炼机的辊距为1.8mm，打三角包和方包各四次后出片备用。
所述绝缘橡胶挤出时挤橡机采用冷喂料方式，螺杆长径比为18:1，机身温度为60℃，机头温度95℃，模具温度为125℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：1.1，模套定型段的长度为3mm。
实施例三
如图1所示，本发明的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆，依次包括以下步骤：在绞合铜导体1a的外周均匀挤包耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层1b构成电力电缆绝缘线芯1，将多根电力电缆绝缘线芯1相互绞合构成电力电缆缆芯，在电力电缆缆芯的外周纵向包裹低强度无纺布纵包层2，在低强度无纺布纵包层2的外周挤包护套3将低强度无纺布纵包层2紧密挤压在电力电缆绝缘线芯上。低强度无纺布纵包层2的厚度为0.1mm，沿电力电缆缆芯轴线方向依次搭接纵包，每段低强度无纺布纵包层的宽度为电力电缆缆芯直径的3.8倍。护套3采用氧指数不低于32的柔软性高阻燃护套料。
其中，耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层所用绝缘橡胶的制备步骤如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：7份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.7份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.5份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.4份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.4份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.4份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.4份；阻燃剂水合硼酸锌：2.5份；阻燃剂三氧化二锑：1.5份；阻燃填充剂氢氧化铝：40份；活化剂四氧化三铅：1.2份；活化剂硬脂酸：1份；活化剂纳米氧化锌：2份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：5份；增塑剂氯化石蜡-52：1份；补强剂水合二氧化硅：3份。
（2）先将密炼机温度升至180℃，接着加入三元乙丙橡胶Keltan5508、三元乙丙橡胶DutralTER4044和颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20混炼2分钟，再依次加入上述阻燃填充剂氢氧化铝、活化剂四氧化三铅、活化剂纳米氧化锌、防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、补强剂水合二氧化硅、硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷、增塑剂Sunpar2280石蜡油、增塑剂氯化石蜡-52、阻燃剂水合硼酸锌、阻燃剂三氧化二锑、活化剂硬脂酸、防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和防老剂2-硫醇基苯并咪唑，进行混炼8分钟后卸料，在干燥洁净的空间晾放24小时以上；将胶料投进温度为100℃的密炼机上再混炼3分钟，并在最后30秒加入硫化剂过氧化二异丙苯和共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯，将混炼料上三辊开炼机进行薄通，三辊开炼机的辊距为2mm，打三角包和方包各四次后出片备用。
所述绝缘橡胶挤出时挤橡机采用冷喂料方式，螺杆长径比为20:1，机身温度为65℃，机头温度100℃，模具温度为130℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：1.2，模套定型段的长度为4mm。
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶老化前机械性能测试结果如表1：
表1
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶烘箱老化后的机械性能测试结果如表2，老化条件：温度135±2℃，时间：168h。
表2
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶空气弹老化后的机械性能测试结果如表3，老化条件：温度127±1℃，时间40h，压力56N/mm2。
表3
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶的绝缘电阻（20℃时）测试结果如表4所示。
表4
| 单位 | 标准要求 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | |
| 绝缘电阻（20℃） | MΩ·km | ≥3670 | 11650 | 10200 | 12040 |
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶浸入50℃水后交流电容增加率测试结果如表5。表中记录的数值分别为第14天与第1天、第7天的差值。
表5
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶制成的成品电缆进行耐海水盐雾腐蚀性能、耐海水潮气浸渍性能和耐扭转性能试验。
成品电缆耐海水盐雾腐蚀性能要求：将三根长为1.1m的成品电缆试样置于温度为30±1℃的含盐（NaCl）质量浓度为20%的溶液中浸泡40天。电缆浸泡时采用U型弯曲，试样两端各有30cm露出水面；浸泡结束后电缆能通过AC7kV/5min的耐压试验；将电缆缠绕在直径为9倍电缆试样外径的圆轴上，要求绝缘表面无目测可见裂纹，且在上述过程中绝缘未从电缆发生剥离情况。
成品电缆耐海水潮气浸渍性能要求：将电缆置于温度为75℃的水中浸泡1天后绝缘的介电常数不大于6，浸泡第14天末与第1天末之间的交流电容增率不大于5，浸泡第14天末与第7天末之间的交流电容增率不大于3，浸泡14后的稳定因数不大于1，浸泡84天后绝缘电阻常数要求不小于3670MΩ·Km。
成品电缆耐扭转性能要求：在-40℃低温下，成品电缆按照顺时针扭转360°，然后恢复到自然状态，再逆时针扭转相同的角度，随后再恢复到自然状态为一个周期，规定进行11000个周期的试验，扭转速度为720°～1080°/min。其间同时进行8小时通电加热和16小时自然冷却的热循环试验，通电期间，使导体温度稳定在电缆最高工作温度，共进行14个热循环试验。结束后要求电缆外表不发生龟裂，绝缘电阻满足IEC60092-351的要求。
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶制成的成品电缆与现有技术乙丙橡胶绝缘电缆的耐海水盐雾腐蚀性能、耐海水潮气浸渍性能和耐扭转性能按上述要求进行试验，试验结果比较如表6。
表6
实施例一至实施例三中，三元乙丙橡胶Keltan5508选用荷兰DSM公司的产品；三元乙丙橡胶DutralTER4044选用意大利埃尼公司的产品；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20采用上海驰程化工工贸有限公司的生产的WanFlowTM颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20；硫化剂过氧化二异丙苯（硫化剂DCP）可以选用烟台恒诺化工科技有限公司或上海方锐达化学品有限公司产品；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯（共硫化剂TAC）可以选用烟台恒诺化工科技有限公司或上海方锐达化学品有限公司产品；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺（防焦剂HVA-2）可以选用台州黄岩东海化工有限公司或常州新兴华大明化工有限公司的产品；防老剂2-硫醇基苯并咪唑（防老剂MB）可以选用上海橡胶助剂厂有限公司或青岛特诺商贸有限公司产品；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（防老剂RD）可以选用江苏省海安石油化工厂或南京友好助剂化工有限责任公司的产品；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-550）可以选用南京长虎化工有限公司或江苏晨光偶联剂有限公司的产品；阻燃剂水合硼酸锌可以选用山东博奥实业有限公司的产品；阻燃剂三氧化二锑可以选用益阳市长塘锑业有限公司或湖南娄底华星锑业有限公司的产品；阻燃填充剂氢氧化铝（Al2O3·3H2O水合氧化铝）可以选用石家庄鑫源化工有限责任公司或深圳市宏泰基实业有限公司的产品；活化剂四氧化三铅可以选用新乡扬远化工有限责任公司或广州市浩桦化工有限公司的产品；活化剂硬脂酸可以选用上海绪雅实业有限公司或上海鸿昌化工有限公司的产品；活化剂纳米氧化锌的粒径介于1-100纳米，可以选用沁阳市锌茂化工有限公司或株洲市众乐化工有限责任公司的产品；增塑剂Sunpar2280石蜡油选用美国NATROCHEM公司或HollyRefining&Marketing–Tulsa,LLC公司的产品；增塑剂氯化石蜡-52可以选用上海东雷石化有限公司或大连市旅顺口区江西化工工业总公司的产品。补强剂水合二氧化硅可以选用广州吉必盛科技实业有限公司或太仓市欣鸿化工有限公司的产品。本发明所用原料，除以上厂家外，均可以选用市场上其它符合要求的同类产品。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的制造方法，其特征是，依次包括以下步骤：绞合铜导体的外周均匀挤包耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层构成电力电缆绝缘线芯，将多根所述电力电缆绝缘线芯相互绞合构成电力电缆缆芯，在所述电力电缆缆芯的外周包裹低强度无纺布纵包层，然后在所述低强度无纺布纵包层的外周挤包护套；所述耐盐腐耐扭转橡胶绝缘层的制备方法如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，三元乙丙橡胶Keltan5508：8份；三元乙丙橡胶DutralTER4044：12份；颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20：5~7份；硫化剂过氧化二异丙苯：0.5~0.7份；共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯：0.3~0.5份；防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺：0.2~0.4份；防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体：0.2~0.4份；防老剂2-硫醇基苯并咪唑：0.2~0.4份；硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷：0.2~0.4份；阻燃剂水合硼酸锌：2.1~2.5份；阻燃剂三氧化二锑：1~1.5份；阻燃填充剂氢氧化铝：25~40份；活化剂四氧化三铅：0.8~1.2份；活化剂硬脂酸：0.5~1份；活化剂纳米氧化锌：1.5~2份；增塑剂Sunpar2280石蜡油：2~5份；增塑剂氯化石蜡-52：0.5~1份；补强剂水合二氧化硅：1~3份；（2）先将密炼机温度升至160～180℃，接着加入三元乙丙橡胶Keltan5508、三元乙丙橡胶DutralTER4044和颗粒乙烯弹性体橡胶EP-20混炼1.5～2分钟，再依次加入上述阻燃填充剂氢氧化铝、活化剂四氧化三铅、活化剂纳米氧化锌、防焦剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、补强剂水合二氧化硅、硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷、增塑剂Sunpar2280石蜡油、增塑剂氯化石蜡-52、阻燃剂水合硼酸锌、阻燃剂三氧化二锑、活化剂硬脂酸、防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和防老剂2-硫醇基苯并咪唑，进行混炼7～8分钟后卸料，在干燥洁净的空间晾放24小时以上；将胶料投进温度为80～100℃的密炼机上再混炼2～3分钟，并在最后30秒加入硫化剂过氧化二异丙苯和共硫化剂三烯丙基氰脲酸酯，将混炼料上三辊开炼机进行薄通，三辊开炼机的辊距为1.5～2mm，打三角包和方包各四次后出片备用。
2.根据权利要求1所述的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的制造方法，其特征在于，绝缘橡胶挤出时挤橡机采用冷喂料方式，挤橡机螺杆的长径比为（15～20）:1，机身温度为55℃～65℃，机头温度90℃～100℃，模具温度为120℃～130℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：（1～1.2），模套定型段的长度为2～4mm。
3.根据权利要求1所述的海洋风电用耐盐腐耐扭转电力电缆的制造方法，其特征在于，所述低强度无纺布纵包层的厚度为0.05~0.1mm，沿电力电缆缆芯轴线方向依次搭接纵包，每段所述低强度无纺布纵包层的宽度为电力电缆缆芯直径的3.5~3.8倍。
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