CN104733116A - 一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，包括导体、绝缘层、铠装和保护套，所述导体外侧包裹绝缘层，由多根所述包裹绝缘层的导体缠绕组成缆芯，在所述缆芯的间隙内填充阻燃填料，所述缆芯外侧依次包裹屏蔽层、阻燃绝缘复合层、隔热层、铠装层以及聚氯乙烯保护套层。本发明的电缆通过对保护套层成分的改进，有效提高了电缆的耐高温和耐酸性能，阻燃剂能够提高电缆的阻燃性能；此外由于在铠装层的组分中添加稀土元素，使电缆具有良好的机械强度、耐磨性能和耐牵引性能，提高了电缆在恶劣环境下的使用寿命；绝缘层采用聚醚型TPU树脂，不仅具有良好的柔韧性和耐曲绕性，而且耐酸、耐碱、抗水解，低烟、无卤阻燃等优点，而且抗老化，绝缘稳定性优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃耐高温电缆及其制造方法，具体地说是一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆及其制造方法。
背景技术
电缆通常是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电线电缆主要包括裸线、电磁线及电机电器用绝缘电线、电力电缆、通信电缆与光缆。阻燃电缆是指在规定的实验条件下，试样被燃烧，在撤去试验火源后，火焰的蔓延仅在限定的范围内，残烟或残灼在限定时间内能自行熄灭的特性的电缆，称为阻燃电缆。
近年来，发电厂、变电站、冶炼及石油化工等行业，对控制电缆的需求量极大。在使用中，不仅要避免控制电缆受机械损伤、绝缘损伤、绝缘老化变质等，还要在高温条件下使用，即耐高温。特别是用于防腐、耐高温等环境的控制电缆，并且需要能防止电缆线芯之间和电缆之间的放电损坏，并具有较高的拉伸强度、抗断裂伸长率等机械性能，以及耐高低温、耐弯曲、耐曲挠、耐油、阻燃防水等特性。另外普通耐火控制电缆的屏蔽效果不理想，外护套容易损坏，这样在实际使用过程中就会对整个电缆运行产生影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆及其制造方法，满足电缆在恶劣环境下正常运行的要求，延长电缆的使用寿命。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，包括导体、绝缘层、铠装和保护套，所述导体外侧包裹绝缘层，由多根所述包裹绝缘层的导体缠绕组成缆芯，在所述缆芯的间隙内填充阻燃填料，所述缆芯外侧依次包裹屏蔽层、阻燃绝缘复合层、隔热层、铠装层以及聚氯乙烯保护套层；
所述阻燃绝缘复合层采用改性有机硅压敏胶粘剂将聚酰亚胺薄膜、玻璃布和云母纸由上至下依次复合而成，所述聚酰亚胺薄膜厚度为0.015-0.02mm，所述玻璃布的厚度为0.05-0.08mm，所述云母纸厚度为0.02-0.03mm；
所述隔热层的成分及质量百分比为：环氧树脂12-17%，三乙烯四胺4-7%，硅烷偶联剂1-3%，硅石灰15-19%，膨胀蛭石8-11%，石英粉20-26%，玻璃纤维19-26%，余量为石棉粉；
所述铠装层的成分及质量百分比为：C：0.21-0.35%，Cr：0.45-0.62%，Si：0.10-0.30%，Mn：0.80-1.30%，Ti：0.008-0.020%，Y：0.018-0.025%，V：0.020-0.060%，Cu：0.03-0.07%，Ni: 0.80-0.87%，Mg：0.12-0.27%，Al：2.53-2.57%，N≤0.006%，H≤0.00020%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，La：0.011-0.023%，Ce：0.06-0.08%，Pm：0.02-0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述聚氯乙烯保护套层的成分按重量份数计包括以下组分：邻苯二甲酸二正辛酯：23-40份，阻燃剂：5-8份，丁晴橡胶：55-67份，PVC树脂：100-150份，溶剂油：0.5-2份，苯甲醇：4-8份，羟甲基纤维素：3-6份，季戊四醇：5-7份，磷酸三甲苯酯：8-12份，树脂增塑剂：15-25份，硬脂酸：1-2份，高磷土：3-6份。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，所述聚氯乙烯保护套层中的阻燃剂按氢氧化铝：含结晶水的硼化物=5:1.2的比例混合。
前述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，所述屏蔽层为铜带屏蔽层、铜丝编织屏蔽层或镀锡铜丝编织屏蔽层。
前述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，所述阻燃填料为氢氧化铝阻燃填料。
前述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，所述绝缘层为聚醚型 TPU 树脂软护套。
一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆的制造方法，包含以下步骤：
㈠形成导体的步骤：先取多根直径为0.3-0.6mm 的第五类软铜丝进行单方向绞合形成横截面积为1.5mm2-120mm2的导体，在导体的外部通过挤塑方式包覆有厚度为1.5 -3 mm的TPU材料绝缘层形成护套层，制得缆芯导体；
㈡形成缆芯的步骤 ：取多股缆芯导体缠绕，在缠绕过程中添加阻燃填料，以填满导体相邻之间的空隙；
㈢形成屏蔽层的步骤：将屏蔽带以缠绕的方式螺旋包覆在第二步形成的缆芯外部形成屏蔽层包带；
㈣形成隔热铠装层的步骤：通过缠绕方式将阻燃绝缘复合层、隔热层和铠装层依次包覆在第三步形成的屏蔽层之外，隔热层的厚度为3.5-5.5mm；
㈤形成护套层的步骤：在第四步形成的铠装层外挤塑包覆厚度为0.8-3.0mm的250℃环保阻燃聚氯乙烯保护套层，形成护套层；进而完成了阻燃耐高温电缆的制造。
本发明的有益效果是：本发明的电缆通过对保护套层成分的改进，有效提高了电缆的耐高温和耐酸性能，阻燃剂能够提高电缆的阻燃性能；此外由于在铠装层的组分中添加稀土元素，使电缆具有良好的机械强度、耐磨性能和耐牵引性能，提高了电缆在恶劣环境下的使用寿命；绝缘层采用聚醚型TPU树脂，不仅具有良好的柔韧性和耐曲绕性，而且耐酸、耐碱、抗水解，低烟、无卤阻燃等优点，而且抗老化，绝缘稳定性优异。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
本实施例提供一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，包括导体、绝缘层、铠装和保护套，导体外侧包裹聚醚型 TPU 树脂软护套，由多根包裹聚醚型 TPU 树脂软护套的导体缠绕组成缆芯，在缆芯的间隙内填充氢氧化铝阻燃填料，缆芯外侧依次包裹铜丝编织屏蔽层、阻燃绝缘复合层、隔热层、铠装层以及聚氯乙烯保护套层；
阻燃绝缘复合层采用改性有机硅压敏胶粘剂将聚酰亚胺薄膜、玻璃布和云母纸由上至下依次复合而成，聚酰亚胺薄膜厚度为0.015mm，玻璃布的厚度为0.05mm，云母纸厚度为0.02mm；
隔热层的成分及质量百分比为：环氧树脂12%，三乙烯四胺4%，硅烷偶联剂1%，硅石灰15%，膨胀蛭石8%，石英粉20%，玻璃纤维19%，余量为石棉粉；
铠装层的成分及质量百分比为：C：0.21%，Cr：0.45%，Si：0.10%，Mn：0.80%，Ti：0.008%，Y：0.018%，V：0.020%，Cu：0.03%，Ni: 0.80%，Mg：0.12%，Al：2.53%，N≤0.006%，H≤0.00020%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，La：0.011%，Ce：0.06%，Pm：0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质；
聚氯乙烯保护套层的成分按重量份数计包括以下组分：邻苯二甲酸二正辛酯：23份，阻燃剂：5份，丁晴橡胶：55份，PVC树脂：100份，溶剂油：0.5份，苯甲醇：4份，羟甲基纤维素：3份，季戊四醇：5份，磷酸三甲苯酯：8份，树脂增塑剂：15份，硬脂酸：1份，高磷土：3份，其中阻燃剂按氢氧化铝：含结晶水的硼化物=5:1.2的比例混合。
本实施例提供的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆的制造方法，包含以下步骤：
㈠形成导体的步骤：先取多根直径为0.3mm 的第五类软铜丝进行单方向绞合形成横截面积为20mm2的导体，在导体的外部通过挤塑方式包覆有厚度为1.5mm的TPU材料绝缘层形成护套层，制得缆芯导体；
㈡形成缆芯的步骤 ：取多股缆芯导体缠绕，在缠绕过程中添加阻燃填料，以填满导体相邻之间的空隙；
㈢形成屏蔽层的步骤：将屏蔽带以缠绕的方式螺旋包覆在第二步形成的缆芯外部形成屏蔽层包带；
㈣形成隔热铠装层的步骤：通过缠绕方式将阻燃绝缘复合层、隔热层和铠装层依次包覆在第三步形成的屏蔽层之外，隔热层的厚度为3.5mm；
㈤形成护套层的步骤：在第四步形成的铠装层外挤塑包覆厚度为0.8mm的250℃环保阻燃聚氯乙烯保护套层，形成护套层；进而完成了阻燃耐高温电缆的制造。
用此配方试产的电缆经过全面测试, 结果见下表：
| 试验项目 | 技术指标 | 实测数据 |
| 拉伸强度/MPa | ≥16.0 | 26.0 |
| 断裂伸长率/% | ≥150 | 210.0 |
| 老化后拉伸强度/MPa | ≥16.0 | 27.8 |
| 拉伸强度最大变化率/% | ±20 | 7.0 |
| 老化后断裂伸长率/% | ≥150 | 224.9 |
| 断裂伸长率最大变化率/% | ±20 | 7.1 |
| 热老化质量损失/g·m-1 | ≤23 | 13.2 |
| 热变形率/% | ≤30 | 22.0 |
| 冲击脆化温度/ ℃ | ﹣15 | 通过 |
| 200℃时热稳定时间/min | ≥80 | 150.0 |
| 20℃时体积电阻率/1012Ω·m | ≥1.0 | 1.9 |
| 95℃时体积电阻率/104Ω·m | ≥5.0 | 32.0 |
| 介电强度/MV·m-1 | ≥20 | 25.0 |
| 氧指数 | ≥31 | 37.4 |
实施例2
本实施例是一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，包括导体、绝缘层、铠装和保护套，导体外侧包裹聚醚型 TPU 树脂软护套，由多根包裹聚醚型 TPU 树脂软护套的导体缠绕组成缆芯，在缆芯的间隙内填充氢氧化铝阻燃填料，缆芯外侧依次包裹铜丝编织屏蔽层、阻燃绝缘复合层、隔热层、铠装层以及聚氯乙烯保护套层；
阻燃绝缘复合层采用改性有机硅压敏胶粘剂将聚酰亚胺薄膜、玻璃布和云母纸由上至下依次复合而成，聚酰亚胺薄膜厚度为0.018mm，玻璃布的厚度为0.06mm，云母纸厚度为0.02mm；
隔热层的成分及质量百分比为：环氧树脂15%，三乙烯四胺5%，硅烷偶联剂2%，硅石灰16%，膨胀蛭石10%，石英粉24%，玻璃纤维21%，余量为石棉粉；
铠装层的成分及质量百分比为：C：0.25%，Cr：0.52%，Si：0.20%，Mn：1.1%，Ti：0.014%，Y：0.022%，V：0.040%，Cu：0.05%，Ni: 0.85%，Mg：0.17%，Al：2.55%，N≤0.006%，H≤0.00020%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，La：0.021%，Ce：0.07%，Pm：0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；
聚氯乙烯保护套层的成分按重量份数计包括以下组分：邻苯二甲酸二正辛酯：32份，阻燃剂：6份，丁晴橡胶：61份，PVC树脂：120份，溶剂油：1份，苯甲醇：6份，羟甲基纤维素：4份，季戊四醇：6份，磷酸三甲苯酯：10份，树脂增塑剂：20份，硬脂酸：2份，高磷土：5份，其中阻燃剂按氢氧化铝：含结晶水的硼化物=5:1.2的比例混合。
本实施例提供的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆的制造方法，包含以下步骤：
㈠形成导体的步骤：先取多根直径为0.5mm 的第五类软铜丝进行单方向绞合形成横截面积为60mm2的导体，在导体的外部通过挤塑方式包覆有厚度为2mm的TPU材料绝缘层形成护套层，制得缆芯导体；
㈡形成缆芯的步骤 ：取多股缆芯导体缠绕，在缠绕过程中添加阻燃填料，以填满导体相邻之间的空隙；
㈢形成屏蔽层的步骤：将屏蔽带以缠绕的方式螺旋包覆在第二步形成的缆芯外部形成屏蔽层包带；
㈣形成隔热铠装层的步骤：通过缠绕方式将阻燃绝缘复合层、隔热层和铠装层依次包覆在第三步形成的屏蔽层之外，隔热层的厚度为4.5mm；
㈤形成护套层的步骤：在第四步形成的铠装层外挤塑包覆厚度为2.0mm的250℃环保阻燃聚氯乙烯保护套层，形成护套层；进而完成了阻燃耐高温电缆的制造。
用此配方试产的电缆经过全面测试, 结果见下表：
| 试验项目 | 技术指标 | 实测数据 |
| 拉伸强度/MPa | ≥16.0 | 28.0 |
| 断裂伸长率/% | ≥150 | 220.0 |
| 老化后拉伸强度/MPa | ≥16.0 | 30.0 |
| 拉伸强度最大变化率/% | ±20 | 8.0 |
| 老化后断裂伸长率/% | ≥150 | 220.0 |
| 断裂伸长率最大变化率/% | ±20 | 8.1 |
| 热老化质量损失/g·m-1 | ≤23 | 14.5 |
| 热变形率/% | ≤30 | 20.0 |
| 冲击脆化温度/ ℃ | ﹣15 | 通过 |
| 200℃时热稳定时间/min | ≥80 | 165.0 |
| 20℃时体积电阻率/1012Ω·m | ≥1.0 | 2.9 |
| 95℃时体积电阻率/104Ω·m | ≥5.0 | 30.0 |
| 介电强度/MV·m-1 | ≥20 | 26.0 |
| 氧指数 | ≥31 | 38.5 |
实施例3
本实施例提供一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，包括导体、绝缘层、铠装和保护套，导体外侧包裹聚醚型 TPU 树脂软护套，由多根包裹聚醚型 TPU 树脂软护套的导体缠绕组成缆芯，在缆芯的间隙内填充氢氧化铝阻燃填料，缆芯外侧依次包裹铜丝编织屏蔽层、阻燃绝缘复合层、隔热层、铠装层以及聚氯乙烯保护套层；
阻燃绝缘复合层采用改性有机硅压敏胶粘剂将聚酰亚胺薄膜、玻璃布和云母纸由上至下依次复合而成，聚酰亚胺薄膜厚度为0.02mm，玻璃布的厚度为0.08mm，云母纸厚度为0.03mm；
隔热层的成分及质量百分比为：环氧树脂17%，三乙烯四胺7%，硅烷偶联剂3%，硅石灰19%，膨胀蛭石11%，石英粉26%，玻璃纤维26%，余量为石棉粉；
铠装层的成分及质量百分比为：C：0.35%，Cr：0.62%，Si：0.30%，Mn：1.30%，Ti：0.020%，Y：0.025%，V：0.060%，Cu：0.07%，Ni: 0.87%，Mg：0.27%，Al：2.57%，N≤0.006%，H≤0.00020%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，La：0.023%，Ce：0.08%，Pm：0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质；
聚氯乙烯保护套层的成分按重量份数计包括以下组分：邻苯二甲酸二正辛酯：40份，阻燃剂：8份，丁晴橡胶：67份，PVC树脂：150份，溶剂油：2份，苯甲醇：8份，羟甲基纤维素：6份，季戊四醇：7份，磷酸三甲苯酯：12份，树脂增塑剂：25份，硬脂酸：2份，高磷土：6份，其中阻燃剂按氢氧化铝：含结晶水的硼化物=5:1.2的比例混合。
本实施例提供的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆的制造方法，包含以下步骤：
㈠形成导体的步骤：先取多根直径为0.6mm 的第五类软铜丝进行单方向绞合形成横截面积为80mm2的导体，在导体的外部通过挤塑方式包覆有厚度为3 mm的TPU材料绝缘层形成护套层，制得缆芯导体；
㈡形成缆芯的步骤 ：取多股缆芯导体缠绕，在缠绕过程中添加阻燃填料，以填满导体相邻之间的空隙；
㈢形成屏蔽层的步骤：将屏蔽带以缠绕的方式螺旋包覆在第二步形成的缆芯外部形成屏蔽层包带；
㈣形成隔热铠装层的步骤：通过缠绕方式将阻燃绝缘复合层、隔热层和铠装层依次包覆在第三步形成的屏蔽层之外，隔热层的厚度为5.5mm；
㈤形成护套层的步骤：在第四步形成的铠装层外挤塑包覆厚度为3.0mm的250℃环保阻燃聚氯乙烯保护套层，形成护套层；进而完成了阻燃耐高温电缆的制造。
用此配方试产的电缆经过全面测试, 结果见下表：
| 试验项目 | 技术指标 | 实测数据 |
| 拉伸强度/MPa | ≥16.0 | 24.0 |
| 断裂伸长率/% | ≥150 | 200.0 |
| 老化后拉伸强度/MPa | ≥16.0 | 25.6 |
| 拉伸强度最大变化率/% | ±20 | 9.0 |
| 老化后断裂伸长率/% | ≥150 | 235.0 |
| 断裂伸长率最大变化率/% | ±20 | 11.2 |
| 热老化质量损失/g·m-1 | ≤23 | 13.2 |
| 热变形率/% | ≤30 | 20.0 |
| 冲击脆化温度/ ℃ | ﹣15 | 通过 |
| 200℃时热稳定时间/min | ≥80 | 130.0 |
| 20℃时体积电阻率/1012Ω·m | ≥1.0 | 2.9 |
| 95℃时体积电阻率/104Ω·m | ≥5.0 | 29.0 |
| 介电强度/MV·m-1 | ≥20 | 35.0 |
| 氧指数 | ≥31 | 35.4 |
经对比测试可以看出，本发明的电缆具有优良的电性能，且高温对多层复合材料的绝缘性能影响较小，在200℃下依然具有较好的电性能，可以提高电气设备的安全性和可靠性。
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。
Claims (6)
1. 一种具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，包括导体、绝缘层、铠装和保护套，所述导体外侧包裹绝缘层，由多根所述包裹绝缘层的导体缠绕组成缆芯，在所述缆芯的间隙内填充阻燃填料，所述缆芯外侧依次包裹屏蔽层、阻燃绝缘复合层、隔热层、铠装层以及聚氯乙烯保护套层；其特征在于：所述阻燃绝缘复合层采用改性有机硅压敏胶粘剂将聚酰亚胺薄膜、玻璃布和云母纸由上至下依次复合而成，所述聚酰亚胺薄膜厚度为0.015-0.02mm，所述玻璃布的厚度为0.05-0.08mm，所述云母纸厚度为0.02-0.03mm；
所述隔热层的成分及质量百分比为：环氧树脂12-17%，三乙烯四胺4-7%，硅烷偶联剂1-3%，硅石灰15-19%，膨胀蛭石8-11%，石英粉20-26%，玻璃纤维19-26%，余量为石棉粉；
所述铠装层的成分及质量百分比为：C：0.21-0.35%，Cr：0.45-0.62%，Si：0.10-0.30%，Mn：0.80-1.30%，Ti：0.008-0.020%，Y：0.018-0.025%，V：0.020-0.060%，Cu：0.03-0.07%，Ni: 0.80-0.87%，Mg：0.12-0.27%，Al：2.53-2.57%，N≤0.006%，H≤0.00020%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，La：0.011-0.023%，Ce：0.06-0.08%，Pm：0.02-0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述聚氯乙烯保护套层的成分按重量份数计包括以下组分：邻苯二甲酸二正辛酯：23-40份，阻燃剂：5-8份，丁晴橡胶：55-67份，PVC树脂：100-150份，溶剂油：0.5-2份，苯甲醇：4-8份，羟甲基纤维素：3-6份，季戊四醇：5-7份，磷酸三甲苯酯：8-12份，树脂增塑剂：15-25份，硬脂酸：1-2份，高磷土：3-6份。
2.如权利要求1所述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述聚氯乙烯保护套层中的阻燃剂按氢氧化铝：含结晶水的硼化物=5:1.2的比例混合。
3.如权利要求1所述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述屏蔽层为铜带屏蔽层、铜丝编织屏蔽层或镀锡铜丝编织屏蔽层。
4.如权利要求1所述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述阻燃填料为氢氧化铝阻燃填料。
5.如权利要求1所述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述绝缘层为聚醚型 TPU 树脂软护套。
6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的具有阻燃耐高温的聚氯乙烯绝缘电缆的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
㈠形成导体的步骤：先取多根直径为0.3-0.6mm 的第五类软铜丝进行单方向绞合形成横截面积为1.5mm2-120mm2的导体，在导体的外部通过挤塑方式包覆有厚度为1.5 -3 mm的TPU材料绝缘层形成护套层，制得缆芯导体；
㈡形成缆芯的步骤 ：取多股缆芯导体缠绕，在缠绕过程中添加阻燃填料，以填满导体相邻之间的空隙；
㈢形成屏蔽层的步骤：将屏蔽带以缠绕的方式螺旋包覆在第二步形成的缆芯外部形成屏蔽层包带；
㈣形成隔热铠装层的步骤：通过缠绕方式将阻燃绝缘复合层、隔热层和铠装层依次包覆在第三步形成的屏蔽层之外，隔热层的厚度为3.5-5.5mm；
㈤形成护套层的步骤：在第四步形成的铠装层外挤塑包覆厚度为0.8-3.0mm的250℃环保阻燃聚氯乙烯保护套层，形成护套层；进而完成了阻燃耐高温电缆的制造。
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