CN104036859B - 耐扭转光电复合中压卷筒电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐扭转光电复合中压卷筒电缆，包括绞合在一起形成缆芯的多个动力线芯和多个地线芯以及至少一个光单元、包覆在缆芯外面的特种氯丁橡胶内护套、编织在所述特种氯丁橡胶内护套的外面并且嵌入其中的加强层、包覆在加强层外面的特种氯丁橡胶外护套；动力线芯导体、地线芯导体中，相邻两层之间采用相反的绞向，每层的绞向与对应层中股线的绞向相反；加强层采用涤纶丝编织加强层，动力线芯中的绝缘层采用乙丙橡胶层，松套管的材料采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，阻水纱采用阻水芳纶，触变型的复合物采用油膏，非金属的加强构件采用芳纶丝。本发明保证了光纤性能，通过采用特种氯丁橡胶护套作为电缆的内外护套，使电缆具备了良好的耐低温、耐磨、耐油等性能，提高了电缆的使用寿命。

Description

耐扭转光电复合中压卷筒电缆

技术领域

本发明涉及光电复合中压卷筒电缆，还涉及该耐扭转光电复合中压卷筒电缆。

背景技术

现有的光电复合中压卷筒电缆，能够适用于有高机械应力的应用领域如港口机械领域，譬如说应用在岸边集装箱起重机、轨道式集装箱龙门式起重机、卸船机、堆取料机和其他重型装卸设备上。光电复合中压卷筒电缆产品通常是户外敷设，常常会在恶劣环境条件下使用，如：长期日晒雨淋，日暴夜寒，霜雪冰冻，承受紫外线、臭氧等自然条件的侵蚀，性能下降比较快，使用寿命比较短。在电缆使用期间，电缆必须承受抗拉力、扭转和弯曲疲劳，致使绝缘和护套材料性能下降较快，也导致使用寿命比较短。目前此类电缆平均半年至一年就得更换一次。在光电复合中压卷筒电缆中，光单元外护套采用热固性橡胶挤出，由于光纤正常的环境工作温度为-40℃ -70℃，而橡胶挤出时通过硫化管的温度为150℃-200℃，时间为10—20min，通过硫化管的温度较高，时间较长，很难保证光纤的性能；另外，电缆中导电线芯和光单元成缆是比较难控制的，这同样会影响到光电复合中压卷筒电缆的使用寿命。还有，光电复合中压卷筒电缆的护套材料性能不太高，导致电缆的抗张强度、耐低温性能、耐老化性能等相对都比较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐扭转光电复合中压卷筒电缆，该光电复合中压卷筒电缆保证了光纤性能，通过采用特种氯丁橡胶护套作为电缆的内外护套，使电缆具备了良好的耐低温、耐磨、耐油等性能，提高了电缆的使用寿命；还有通过设计电缆结构和制定合适的加工工艺，保证了电缆的弯曲性能、抗拉性能、耐扭转性能，也能提高电缆的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐扭转光电复合中压卷筒电缆，包括绞合在一起形成缆芯的多个动力线芯和多个地线芯以及至少一个光单元、包覆在所述缆芯外面的特种氯丁橡胶内护套、编织在所述特种氯丁橡胶内护套的外面并且嵌入其中的加强层、包覆在所述加强层外面的特种氯丁橡胶外护套，在所述缆芯中，所述多个动力线芯沿圆周方向紧靠排列，所述多个动力线芯之间的中心空隙中填充有半导电填充物，所述多个地线芯以及至少一个光单元均沿圆周方向间隔分散排列在相邻两个所述动力线芯的外侧之间，所述地线芯与所述光单元分别紧靠住对应两侧的所述动力线芯，每个所述动力线芯均包括动力线芯导体、绕包在所述动力线芯导体上的隔离带、包在所述隔离带上的半导电导体屏蔽层、包在所述半导电导体屏蔽层外面的绝缘层、包在所述绝缘层外面的半导电绝缘屏蔽层，每个所述地线芯均包括地线芯导体、包在所述地线芯导体外面的半导电包覆层，所述光单元包括绞合形成光缆线芯的多个内设光纤的松套管、扎在所述光缆线芯外面的阻水纱、包覆在所述阻水纱外面的能够快速硫化的氯化聚乙烯橡胶护套，每个所述松套管内的间隙中均填充有触变型的复合物，在所述光缆线芯中，多个所述松套管之间的内部间隙中填充非金属的加强构件；

所述动力线芯导体、所述地线芯导体中，相邻两层之间采用相反的绞向，每层的绞向与对应层中股线的绞向相反，股线的节径比控制在12-14 倍，最外层的节径比控制在10-12倍，从外向内每层的节径比均比相邻外层的多2 个数值；

所述多个动力线芯和多个地线芯以及至少一个光单元绞合成缆的节径比不大于10倍；

所述加强层采用涤纶丝编织加强层，所述半导电填充物采用半导电橡胶，所述动力线芯中的绝缘层采用乙丙橡胶层，所述松套管的材料采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，所述阻水纱采用阻水芳纶，所述触变型的复合物采用油膏，所述非金属的加强构件采用芳纶丝；

所述动力线芯有三个，所述地线芯有两个，三个所述动力线芯沿圆周方向紧靠排列，每相邻两个所述动力线芯的外侧之间紧靠排列有一个所述地线芯或光单元。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明耐扭转光电复合中压卷筒电缆，采用能够快速硫化的氯化聚乙烯橡胶材料作为光单元护套，在橡胶挤出过程中保证了光纤性能，从而提高了光电复合中压卷筒电缆的各项性能以及使用寿命；还有，本专利通过设计合理的电缆结构和制定合理的加工工艺，如导体股线绞向、层绞向以及节径比的控制、成缆节径比的控制、成缆设备将其中一框更改为主动放线设计、编织加强层的设计、内护套和外护硫化程度的控制等，保证了电缆的弯曲性能、抗拉性能、耐扭转性能，提高了电缆的使用寿命；另外，通过采用特种氯丁橡胶护套材料，使电缆具备了良好的抗张、耐油、耐低温、耐磨等性能，提高了电缆的使用性能，从而也提高了电缆的寿命。

附图说明

附图1为本发明耐扭转光电复合中压卷筒电缆结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见图1 所示，一种耐扭转光电复合中压卷筒电缆，包括绞合在一起形成缆芯10 的三个动力线芯1 和二个地线芯2 以及一个光单元3、包覆在缆芯10 外面的特种氯丁橡胶内护套5、编织在特种氯丁橡胶内护套5 的外面并且嵌入其中的加强层6、包覆在加强层6外面的特种氯丁橡胶外护套7，加强层6采用高强度涤纶丝编织形成的，在缆芯10中，三个动力线芯1 沿圆周方向紧靠排列，三个动力线芯1 之间的中心空隙中填充有半导电填充物4，半导电填充物4 采用半导电橡胶，二个地线芯2 以及一个光单元3 均沿圆周方向间隔分散排列在相邻两个动力线芯1 的外侧之间，每个地线芯2 与光单元3 分别紧靠住对应两侧的动力线芯1，如图1。每个动力线芯1 均包括动力线芯导体11、绕包在动力线芯导体11 上的隔离带、包在隔离带上的半导电导体屏蔽层12、包在半导电导体屏蔽层12 外面的绝缘层13、包在绝缘层13 外面的半导电绝缘屏蔽层14，绝缘层13 采用乙丙橡胶层。每个地线芯2 均包括地线芯导体21、包在地线芯导体21 外面的半导电包覆层22，光单元3 包括绞合形成光缆线芯的多个内设光纤的松套管31、扎在光缆线芯外面的阻水纱、包覆在阻水纱外面的能够快速硫化的氯化聚乙烯橡胶护套32，每个松套管31 内的间隙中均填充有触变型的复合

物，在光缆线芯中，多个松套管31之间的内部间隙中填充非金属的加强构件。本实施例中，松套管31 的材料采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，也能够采用其他塑料，阻水纱采用阻水芳纶，触变型的复合物采用油膏，非金属的加强构件采用芳纶丝。

电缆的内护套5、外护套7 均是采用特种氯丁橡胶材料制成的，特种氯丁橡胶材料的材料组分及按重量百分比计的含量为：氯丁生胶45%-55%、交联剂二硫化四甲基秋兰姆1%-2%、硫化促进剂2- 硫醇基苯并噻唑0.5%-1.0%、防老剂2- 巯基苯并咪唑1.0%-2.0%、防老剂N,N'-二（β- 萘基）对苯二胺0.1%-0.3%、硬脂酸0.3%-0.7%、石蜡 1.0%-2.0%、氧化锌2.5%-3.5%、补强剂混气炭黑8%-15%、填充剂滑石粉8%-15%、填充剂碳酸钙15%-25%、癸二酸二辛酯4%-6%。特种氯丁橡胶材料的制备方法包括以下步骤：（1）将氯丁生胶45%-55% 在100℃-120℃密炼机中混炼5min-6min，混炼均匀；（2）在密炼机中再加入硬脂酸0.3%-0.7%、石蜡 1.0%-2.0%、氧化锌2.5%-3.5%、混气炭黑8%-15%、填充剂滑石粉8%-15%、填充剂碳酸钙15%-25%、防老剂N,N'- 二(β- 萘基) 对苯二胺0.1%-0.3%、防老剂2- 巯基苯并咪唑1.0%-2.0%，混炼2min-3min ；（3）接着在密炼机中加入癸二酸二辛酯4%-6%，混炼1min-5min；（4）最后在密炼机中加入二硫化四甲基秋兰姆1%-2%、促进剂2- 硫醇基苯并噻唑0.5%-1.0%，混炼0.5min-1.5min，然后排出混炼胶料；（5）将混炼胶料在开炼机上薄通1-2 次，同时摆胶2-3 次，接着在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，即制得成品特种氯丁橡胶材料。

特种氯丁橡胶护套材料中，氯丁生胶构成了基料，同时配合防老剂、补强剂、填充剂、交联剂、硫化促进剂等各种助剂，综合多种原料的性能，取长补短，具有优异的耐紫外线、耐低温、耐磨、耐老化等性能。通过实验证明，特种氯丁橡胶护套材料各项性能合格，具体见表1。

表1 特种氯丁橡胶性能指标

光单元3 中能够快速硫化的氯化聚乙烯橡胶护套32，由氯化聚乙烯橡胶材料制成。该氯化聚乙烯橡胶材料的材料组分及按重量百分比计的含量为：氯化聚乙烯生胶35%-45%、稳定剂氧化镁4%-6%、二盐基硫酸铅0.6%-1.0%、三盐基硫酸铅1.0%-1.5%、石蜡1.0%-1.5%、氯化石蜡5.5%-6.5%、防老剂2，2，4- 三甲基-1，2- 二氢化喹啉聚合体0.1%-0.3%、补强剂碳黑15%-25%、阻燃剂氧化锑3%-5%、填充剂滑石粉3%-5%、填充剂碳酸钙6%-10%、补强兼填充剂白碳黑3%-5%、硫化助剂三烯丙基异三聚氰酸酯1%-3%、硫化剂过氧化二异丙苯1.5%-4%。该氯化聚乙烯橡胶材料的制备方法包括以下步骤：（1）将氯化聚乙烯生胶35%-45% 在100℃ -120℃密炼机中混炼5min-6min，混炼均匀；（2）在密炼机中再加入氧化镁4%-6%、二盐基硫酸铅0.6%-1.0%、三盐基硫酸铅1.0%-1.5%、石蜡1.0%-1.5%、防老剂2，2，4- 三甲基-1，2- 二氢化喹啉聚合体0.1%-0.3%、补强剂碳黑15%-25%、阻燃剂氧化锑3%-5%、填充剂滑石粉3%-5%、填充剂碳酸钙6%-10%、补强兼填充剂白碳黑3%-5%，混炼2min-3min ；（3）接着在密炼机中加入氯化石蜡5.5%-6.5%，混炼3min-5min ；（4）最后在密炼机中加入硫化助剂三烯丙基异三聚氰酸酯1%-3%、硫化剂过氧化二异丙苯1.5%-4%，混炼0.5min-1.5min，然后排出混炼胶料；（5）将混炼胶料在开炼机上薄通1-2 次，同时摆胶2-3次，接着在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，即制得成品氯化聚乙烯橡胶材料。

氯化聚乙烯橡胶护套材料中，氯化聚乙烯生胶构成了基料，同时配合防老剂、稳定剂、补强剂、阻燃剂、填充剂、硫化剂等各种助剂，其中特别提高了硫化剂的分量来达到快速硫化的目的，这样综合多种原料的性能，取长补短，在满足氯化聚乙烯护套材料性能的同时提高了材料的硫化效率。通过实验证明，该氯化聚乙烯橡胶材料能够在温度130~160℃，时间为5-10min 间达到快速硫化，各项性能合格，具体见表2。

表2 快速硫化氯化聚乙烯橡皮性能指标

在加工光电复合中压卷筒电缆时，先分别加工出动力线芯1、地线芯2 以及光单元3。动力线芯1、地线芯2 中的导体选用镀锡铜丝或裸铜丝，导体单丝直径越细，柔软性越好，导体的柔软和弯曲程度决定着电缆的弯曲和柔软程度，因此，在电缆导体设计上需要格外讲究。另外，导体绞合时相邻两层之间采用相反的绞向，每层的绞向与对应层中股线的绞向相反，股线的节径比控制在12-14 倍，最外层的节径比控制在10-12 倍，从外向内每层的节径比均比相邻外层的多2 个数值，这样绞合制得的导体结构非常耐扭转应力，具有很好的轴向压缩和弯曲强度。

在动力线芯1 中，为保证电缆的电气性能，在导体11 外绕包一层半导电橡布带，即隔离带。为保证中压电缆的局部放电和耐压试验，在导体隔离带的外面三层共挤出半导电导体屏蔽料、绝缘料、半导电绝缘屏蔽料，通过硫化管的硫化工艺按照正常控制即可，硫化完全，形成半导电导体屏蔽层12、绝缘层13、半导电绝缘屏蔽层14。绝缘层13 采用高性能乙丙橡胶层，性能要求：耐温等级必须在-40℃～ 90℃之间，这样能承受昼夜温差的变化，同时也能够在酷暑的夏天和严寒的冬天使用；另外，具有良好的电气性能和优异的机械物理性能。

一般中压电缆在半导电绝缘屏蔽层外还需要一层金属屏蔽，光电复合中压卷筒电缆由于特殊的工作环境，如在外层加上一层金属屏蔽，会减少整根电缆的使用寿命。因此，我们将绝缘外的金属屏蔽分解成地线芯2，分散在主线芯即动力线芯1 的两边，故需要在地线芯2 外挤包一层半导电屏蔽料，形成半导电包覆层22，这样保证了绝缘半导电屏蔽外所有线芯是等电势的。

光单元3 中光纤芯数宜为6、12、18 或24 芯，也可以是用户要求的其他芯数，光纤宜由同类有涂覆层的二氧化硅光纤组成。同批产品应使用同一设计、相同材料和相同工艺制造出来的光纤。光单元中涂覆光纤应放置在热塑性材料构成的松套管中，光纤在松套管中的余长应均匀稳定。松套管材料可用聚对苯二甲酸丁二醇酯（简称PBT）塑料或其他合适的塑料。在松套管内的间隙应连续填充一种触变型的复合物，填充物应不损害光纤传输特性和使用寿命。光单元中应包含足够的非金属加强构件，用以增加光缆的拉伸性能。该电缆中规定加强构件为芳纶，其杨氏模量宜不低于90Gpa。在加工光单元3 时，在光纤外挤包形成PBT 松套管31，并在松套管31 内的间隙中填充高闪点油膏起隔热和保护作用，然后将多个内设光纤的松套管31 进行绞合形成光缆线芯，其中多个松套管31 之间的内部间隙中填充有加强构件芳纶，以保证光单元的抗拉强度。在多个松套管31 绞合时，绞层应由外径相同的5-12 管松套光纤以适当节距层绞在中心加强构件芳纶的四周。层绞可以是螺旋绞，也可以是SZ 绞。在加工出光缆线芯后，该光缆线芯的外面扎上阻水芳纶，最后在阻水芳纶上挤包上述氯化聚乙烯橡胶材料，该氯化聚乙烯橡胶材料在130℃~160℃，5~10min 间快速硫化，形成氯化聚乙烯橡胶护套32，快速硫化的氯化聚乙烯橡胶护套32，能够保证加工过程中光纤性能的稳定。

在加工好动力线芯1、地线芯2 以及光单元3 后，在成缆设备上将三个动力线芯1、二个地线芯2 以及一个光单元3 按照不大于10 倍的节径比一起成缆，形成缆芯10，在成缆过程中，还在缆芯10 的中心空隙中填上半导电填充材料，譬如说半导电橡胶。在成缆设备上，由于光单元中的光纤不能受力，所以将成缆设备的对应框设置为主动放线，保证光纤性能；成缆的节径比不大于10 倍，这样能够保证整根电缆的弯曲性能，并保证电缆线芯在受力过程中的均匀性，间接延长电缆的使用寿命。在成缆过程中，缆芯10 外不需要包带，这样能够在后续内护套5 挤出后保证缆芯10 的相对位置，在使用过程中线芯相对滑移比较小，使用寿命比较长。

在缆芯10 上挤包上述特种氯丁橡胶材料，形成特种氯丁橡胶内护套5，控制该特种氯丁橡胶内护套5 的硫化程度在40%-60%。接着在特种氯丁橡胶内护套5 的外面编织形成加强层6，该加强层的编织密度控制在30%-50%，编织角度控制在40°-60°，由于特种氯丁橡胶内护套5 的硫化程度控制在40%-60%，则编织的加强层6 会嵌入在特种氯丁橡胶内护套5 中。最后在加强层6 上挤包上述特种氯丁橡胶材料，形成特种氯丁橡胶外护套7，该特种氯丁橡胶外护套7 进行100% 完全硫化，此时相当于对特种氯丁橡胶内护套5 又进行了一次硫化，内护套5 共通过二次硫化管，进行了二次硫化，保证了内护套5、加强层6、外护套7的一体性，提高了电缆整体的抗张强度，延长了电缆使用寿命。按照以上工艺做出来的光电复合中压卷筒电缆理论寿命能够达到3 年，现有技术中正常的光电复合中压卷筒电缆寿命在6 个月~1 年之间。

在内护套5 与外护套7 间设计一层编织加强层6，材料采用高强度涤纶丝，此材料在编织时没有多大的弹性，而且此材料编织到线上时会有压扁趋势，给我们实际生产过程中带来了不少麻烦。通过我们的跟踪观察，采用合适的张力控制，使高强度涤纶丝在编织时不容易断线，采用合适的并线根数，使高强度涤纶丝的编织密度、编织角度合适，从而保证了内护套5 与外护套7 之间的粘连性，起到了增强作用，提高整个电缆的抗张强度，消除或减小电缆在扭转时的应力，提高电缆的使用寿命。

本专利的光电复合中压卷筒电缆，采用能够快速硫化的氯化聚乙烯橡胶材料作为光单元护套，在橡胶挤出过程中保证了光纤性能，从而提高了光电复合中压卷筒电缆的各项性能以及使用寿命；还有，本专利通过设计合理的电缆结构和制定合理的加工工艺，如导体股线绞向、层绞向以及节径比的控制、成缆节径比的控制、成缆设备将其中一框更改为主动放线设计、编织加强层的设计、内护套和外护硫化程度的控制等，保证了电缆的弯曲性能、抗拉性能、耐扭转性能，提高了电缆的使用寿命；另外，通过采用特种氯丁橡胶护套材料，使电缆具备了良好的耐紫外线、耐油、耐低温、耐磨等性能，提高了电缆的使用性能，从而也提高了电缆的寿命。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种耐扭转光电复合中压卷筒电缆，其特征在于：包括绞合在一起形成缆芯的多个动力线芯和多个地线芯以及至少一个光单元、包覆在所述缆芯外面的特种氯丁橡胶内护套、编织在所述特种氯丁橡胶内护套的外面并且嵌入其中的加强层、包覆在所述加强层外面的特种氯丁橡胶外护套，在所述缆芯中，所述多个动力线芯沿圆周方向紧靠排列，所述多个动力线芯之间的中心空隙中填充有半导电填充物，所述多个地线芯以及至少一个光单元均沿圆周方向间隔分散排列在相邻两个所述动力线芯的外侧之间，所述地线芯与所述光单元分别紧靠住对应两侧的所述动力线芯，每个所述动力线芯均包括动力线芯导体、绕包在所述动力线芯导体上的隔离带、包在所述隔离带上的半导电导体屏蔽层、包在所述半导电导体屏蔽层外面的绝缘层、包在所述绝缘层外面的半导电绝缘屏蔽层，每个所述地线芯均包括地线芯导体、包在所述地线芯导体外面的半导电包覆层，所述光单元包括绞合形成光缆线芯的多个内设光纤的松套管、扎在所述光缆线芯外面的阻水纱、包覆在所述阻水纱外面的能够快速硫化的氯化聚乙烯橡胶护套，每个所述松套管内的间隙中均填充有触变型的复合物，在所述光缆线芯中，多个所述松套管之间的内部间隙中填充非金属的加强构件；

所述动力线芯导体、所述地线芯导体中，相邻两层之间采用相反的绞向，每层的绞向与对应层中股线的绞向相反，股线的节径比控制在12-14 倍，最外层的节径比控制在10-12倍，从外向内每层的节径比均比相邻外层的多2 个数值；

所述多个动力线芯和多个地线芯以及至少一个光单元绞合成缆的节径比不大于10倍；

所述加强层采用涤纶丝编织加强层，所述半导电填充物采用半导电橡胶，所述动力线芯中的绝缘层采用乙丙橡胶层，所述松套管的材料采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，所述阻水纱采用阻水芳纶，所述触变型的复合物采用油膏，所述非金属的加强构件采用芳纶丝；

所述动力线芯有三个，所述地线芯有两个，三个所述动力线芯沿圆周方向紧靠排列，每相邻两个所述动力线芯的外侧之间紧靠排列有一个所述地线芯或光单元；所述特种氯丁橡胶材料的材料组分及按重量百分比计的含量为：氯丁生胶45%-55%、交联剂二硫化四甲基秋兰姆1%-2%、硫化促进剂2- 硫醇基苯并噻唑0.5%-1.0%、防老剂2- 巯基苯并咪唑1.0%-2.0%、防老剂N,N'-二（β- 萘基）对苯二胺0.1%-0.3%、硬脂酸0.3%-0.7%、石蜡 1.0%-2.0%、氧化锌2.5%-3.5%、补强剂混气炭黑8%-15%、填充剂滑石粉8%-15%、填充剂碳酸钙15%-25%、癸二酸二辛酯4%-6%。