CN105047283B - 一种多防护功能电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多防护功能电缆，包括导体层、设于导体层外的硅胶层、设于硅胶层外的防噬啮层以及设于防噬啮层外的防冻雨层，其中，导体层包括至少一根导体，任一根导体外包覆有一隔热层，隔热层为经MQ硅树脂浸渍后的玻动布或者是套管，防噬啮层包括以下重量份的组分：1)组分A：硅橡胶：100重量份；拒食剂复合物：10重量份；无机填料：25重量份；羟基硅油：6重量份；2)组分B：硫化剂：0.5‑0.8重量份。本发明所述电缆不仅能够有效防止噬啮动物啃咬电缆，扩宽电缆的适用环境温度范围，增加电缆的应用范围，提高电缆的质量，便于实时检测漏电起痕，还能够有效防止雨淞、过冷却水、冻雨、雪附着于电缆表面。

Description

一种多防护功能电缆

技术领域

本发明属于电力电缆领域，具体地，涉及一种多防护功能电缆。

背景技术

电力电缆，作为一种电能的传输和分配的载体，被广泛应用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江/过海水下输电线。电缆通常包括作为缆芯的导体以及包覆于导体外侧的保护层两部分，缆芯外的保护层可根据对电缆的不同要求设置多个不同功能保护的保护套。如，为了防止噬啮动物啃咬而设置的防噬啮层，绝缘的硅胶层等等。

目前对于电缆的防噬啮层的设计主要有以下几种方法：1.在电缆保护层的制备过程中添加辣椒素，以防止噬啮动物啃咬，但由于辣椒素具有强烈的神经刺激性，触碰到人类体表时将产生灼热感，因而采用这种方法使生产人员处于刺激性的生产环境中工作，不利于生产人员的职业健康；2.在电缆保护层的内/或外设置铠装层，以防止噬啮动物啃咬，但是增加了铠装层后的电缆的拉伸性能以及层间的粘结强度等均会有较大程度的下降。因此，合理的防噬啮层设计是当前电缆研究的热点。

随着国民经济的高速发展和世界经济的一体化，对电线电缆的要求也越来越高，而随着“一带一路”的建设发展，电缆更需要在山川、沙漠、海洋等人迹稀少的高寒地带或者是高温地区使用，对电力信号输送提出了更苛刻的要求，尤其是电缆需要适应更为严苛的野外环境条件。

为保障电缆在野外的正常使用，应确保电缆于其适用环境温度范围内使用，当电缆处于其适用环境温度范围内的环境温度条件下，缆芯外的保护层会随着缆芯的形变而发生相适应的形变，以保障电缆的质量以及使用安全；当电缆处于高于其适用环境温度的环境温度条件下，会加速其保护层的老化、变性甚至断链、焦化或者引致明火导致火灾造成危险，如是多股电线还会造成漏电或断路进而引发从而造成危险；当电缆处于低于其适用环境温度的环境温度条件下，材料性能下降，容易出现折断、催化、老化等现象影响使用寿命。而目前使用的电缆普遍的适用环境温度范围通常是在-25℃-250℃的温度范围内，限制了电缆的推广应用，因此，提高电缆的适用环境温度范围是当前电缆研究的热点。

同时，电缆在野外使用过程中，由于被噬啮动物啃咬破坏或者是其他的原因而导致电缆的破损、漏电等，会严重影响电缆的使用安全。因此，需要工作人员定期对电缆进行检查，以排除安全隐患。而野外电缆通常架设在高空中或者是铺设于地下，不利于工作人员进行电路检修，且存在安全隐患。

另外，野外电缆时常经历雷击、暴风雪、冻雨等极其恶劣的气象环境，相比于雷击的影响，冻雨对电缆电网的影响更为严重，主要表现为影响范围广，造成电网机械性损伤，如杆塔倒塌、线缆断线等，恢复时间长，难度大；电网经济损失严重，恢复重建投资巨大。而冻雨对电缆电网危害严重的原因主要为：寒潮引发的冻雨天气会造成电缆、树枝上积满雨淞，电缆、树枝结冰后，遇冷收缩，雨淞不断的累积，使电缆可能需要承受其本身重量的10-20倍的重荷，加上风吹引起的震荡和雨淞重量的影响，能使线缆和电线杆不胜重荷而被压断，几公里以致几十公里的电线杆成排倾倒，造成输电、通讯中断，严重影响当地的工农业生产，造成严重的经济损失。因而，提高电缆的抗冻雨性是当前电缆研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效解决上述问题的多防护功能电缆。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种多防护功能电缆，包括导体层、设于所述导体层外的硅胶层、设于所述硅胶层外的防噬啮层以及设于所述防噬啮层外的防冻雨层，其中，所述导体层包括至少一根导体，任一根导体外包覆有一隔热层，所述隔热层为经MQ硅树脂浸渍后的玻动布或者是套管，所述防噬啮层包括以下重量份的组分：

1)组分A：

硅橡胶：100重量份；

拒食剂复合物：10重量份；

无机填料：25重量份；

羟基硅油：6重量份；

2)组分B：

硫化剂：0.5-0.8重量份。

其中，所述硅胶层包括以下重量份的组分：

1)组分C：

硅橡胶：100重量份；

漏电起痕材料：25重量份；

流平剂：3重量份；

2)组分D：

硫化剂：2重量份。

其中，所述防冻雨层包括以下重量份的组分：

阳离子季胺盐：100重量份；

乙酸乙酯：60重量份；

乙二醇单丁醚：40重量份。

其中，所述拒食剂复合物包括以下重量份的组分：

多芳基硼：10重量份；

二氯甲烷：15重量份；

聚乙烯醇：20重量份；

泡沫硅橡胶：6重量份。

其中，所述多芳基硼是一类在极低的浓度下就能影响老鼠、松鼠等噬啮动物摄食的物质，将其应用于电缆中，老鼠、松鼠等噬啮动物靠近电缆，通过嗅觉吸入电缆释放出的多芳基硼后，抑制了噬啮动物的摄食感知，进而保护电缆不被噬啮动物啃咬。具体地，所述多芳基硼可以为三芳基硼。

其中，所述拒食剂复合物采用以下方法制备：

按比例将所述的多芳基硼溶解于所述的二氯甲烷中，再将溶解后的物质滴加到所述比例的聚乙烯醇中，在上述滴加的过程中，不断搅拌所述聚乙烯醇，得到二氯甲烷分散体，加入所述比例的泡沫硅橡胶，加热至60-70℃，通入压缩空气以挥发二氯甲烷，称量反应物至恒重时，反应完成，得到拒食剂复合物。

本发明中的所述拒食剂复合物是将拒食剂多芳基硼经过处理后包覆于泡沫硅橡胶内，而泡沫硅橡胶的分子间具有透气通道，便于释放所述多芳基硼，从而达到防止噬啮动物啃咬电缆的目的。并且，本发明中所述拒食剂复合物的外层为泡沫硅橡胶，其与构成防噬啮层的基础橡胶(即，硅橡胶)为同类有机硅聚合物，两物质之间的相容性良好，能够有效提高粘结强度以及机械强度。因此，能够有效避免因增加铠装层而导致的拉伸性能以及层间粘结强度等性能降低的问题发生。

其中，所述防噬啮层的组分A采用以下方法制备：

按比例取所述硅橡胶、拒食剂复合物、羟基硅油以及无机填料，捏合成团后，加热到160-180℃捏合1-2小时，抽真空后捏合半小时，卸料备用。

其中，所述无机填料可选自白炭黑。

其中，所述漏电起痕材料可以选自以下物质中的至少一种：氢氧化铝、氢氧化镁、氟硅酸钙铝。

其中，所述组分C还包括15重量份的白炭黑。

其中，所述硅胶层中的硅橡胶优选甲基乙烯基硅橡胶。

其中，所述流平剂可选自羟基硅油、二苯基二羟基硅烷、二苯基硅二醇。

其中，所述硫化剂可包括硫化剂DCP、硫化剂DMBP。

其中，所述硅胶层的组分C通过以下方法制备：

取所述比例的硅橡胶、白炭黑以及流平剂加入捏合机中捏合成团后，再加入所述比例的漏电起痕材料，捏合成团后，升温至150±10℃捏合1.5小时，再升温至180±10℃并抽真空捏合半小时后，冷却。

其中，所述阳离子季胺盐是通过以下方法制备得到：

取摩尔比为1:2的四甲基乙二胺和氯丙基三甲氧基硅烷，溶于有机溶剂中，于60-65℃温度条件下回流2h，制得阳离子季胺盐。

其中，所述有机溶剂可选自甲醇。

上述合成阳离子季胺盐的反应式如下：

其中，任一根导体为若干的导电金属丝通过束合或绞制制成，所述导电金属丝包括但不限于铜丝、铜铝合金丝、镍铜合金丝。

其中，所述电缆通过如下方法制备：

1)将所述导体层内的任一根导体套于套管内或者是包覆于玻动布内；

2)浸泡于MQ硅树脂溶液中0.5-1小时后，取出，室温干燥；

3)重复步骤2)两至三次；

4)混合所述组分C与组分D并注塑于该导体层表面，得到所述硅胶层，其中，注塑温度为160-180℃，注塑成型后再硫化15-30分钟；

5)混合所述组分A与组分B并注塑于该硅胶层外侧，得到所述防噬啮层，其中，注塑温度为170-180℃，注塑成型后再硫化3-5分钟；

6)冷却后，浸入防冻雨液中，于所述防噬啮层表面形成所述防冻雨层，其中，所述防冻雨液包括以下重量份的组分：阳离子季胺盐：100重量份；乙酸乙酯：60重量份；乙二醇单丁醚：40重量份，制得所述电缆。

其中，所述套管可以为玻纤套管、尼龙套管或者是聚酰胺套管。

其中，所述MQ硅树脂溶液的固含量为60wt％。

其中，当所述电缆为多芯电缆时，可在上述步骤4)之前增加如下操作：将导体层内的若干根导体套于套管内，浸泡于液态硅胶中后固化。

通过上述步骤1)-3)，即可实现于所述导体层内的每一根导体外包覆具有MQ硅树脂的隔热层。本发明人发现于所述导体外包覆具有MQ硅树脂的隔热层，能够有助于电缆适应一些极度恶劣的环境，诸如沙漠的高温气候或者西伯利亚的严寒气候等等。拓宽了电缆的适用环境温度，使其于不低于-50℃且不高于300℃的温度范围内，均能稳定且安全适用，不碳化、不脱落、有良好的环境适应性。

本发明的硅胶层中由于添加了具有-OH的流平剂，在捏合、加热的过程中，无机填料白炭黑所含的两个-OH反应脱水，两脱水后的白炭黑之间形成与硅橡胶中的硅氧键类似的Si-O-Si键，同时流平剂所含的-OH与脱水后的白炭黑反应脱水，也形成与硅橡胶中的硅氧键类似的Si-O-Si键，如此，提高了组分C中各组分之间的相容性，不需要再另外添加其他的相容助剂。

同时，当将已经生产有防噬啮层的电缆浸入防冻雨液中时，所述防冻雨液中的阳离子季胺盐的-(OMe)₃基团与防噬啮层中的-OH基团反应脱醇，于该防噬啮层表面形成防冻雨层，能够防止雨淞、过冷却水、冻雨、雪附着于电缆表面。

本发明所述电缆便于工作人员及时发现电缆受到损坏的原理主要如下：当电缆外的硅胶层表面受到破坏时，会形成一个电位差，而使硅胶层发生炭化漏电现象，外界的漏电起痕检测系统则能根据该现象对电缆受到损坏处进行定位，则能快速定位电缆破损处，从而避免了工作人员大量的检查工作，而且安全。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明所述电缆通过将拒食剂多芳基硼包覆于泡沫硅橡胶内后，再与硅橡胶复合形成包覆于导体外侧的防噬啮层，一是能够有效防止噬啮动物啃咬电缆；二是能够提高所述防噬啮层的机械强度，增强所述防噬啮层与所述硅胶层之间的粘结强度；

2、拓宽电缆的适用环境温度范围，增加电缆的应用范围，提高电缆的质量；

3、增加电缆的硅胶层与缆芯导体之间的粘结强度，避免剥离等情况的发生，保证电缆的质量；

4、本发明在硅胶层中加入漏电起痕材料，通过外界的远程设备对电缆进行监控，当电缆发生破损等情况时，该处会形成一个电位差，进而发生炭化漏电现象，可通过外界的漏电起痕检测系统检测出从而确定电缆破损处，避免了工作人员大量的检查工作且安全；而且，在该硅胶层中同时还添加有流平剂与无机填料，提高了硅胶层中各组分之间的相容性；

5、于电缆表面形成一防冻雨层，降低所述电缆表面的表面张力，防止雨淞、过冷却水、冻雨、雪附着于电缆表面，从而解决了电缆在低温天气下易结冰的问题，避免电缆承受过重的载荷，保证电缆的正常使用。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明以下各实施例中所用的原料均为市售产品，其中，

四甲基乙二胺选自坚毅化工进出口有限公司；

氯丙基三甲氧基硅烷选自湖北德邦化工新材料有限公司。

实施例1

防噬啮层中组分A的制备

首先将10重量份的三芳基硼溶解于15重量份的二氯甲烷中，再将溶解后的物质滴加到20重量份的聚乙烯醇中，在上述滴加的过程中，不断搅拌所述聚乙烯醇，得到二氯甲烷分散体，再加入6重量份的泡沫硅橡胶，加热到60-70℃，通入压缩空气以挥发二氯甲烷，称量反应物至恒重时，反应完成，得到拒食剂复合物，备用。

再取100重量份的硅橡胶、6重量份的羟基硅油、25重量份的白炭黑以及前述制备的拒食剂复合物10重量份，捏合成团后，加热到160-180℃捏合1-2小时，抽真空后捏合半小时，制得防噬啮层组分A，备用。对所述防噬啮层的组分A进行性能检测并记录于下表1中。

实施例2

硅胶层中组分C的制备

称取100重量份的甲基乙烯基硅橡胶、15重量份的白炭黑以及3重量份的羟基硅油加入捏合机中捏合成团后，再加入10重量份的氢氧化铝、10重量份的氢氧化镁、5重量份的氟硅酸钙铝，捏合成团后，升温至150±10℃捏合1.5小时，再升温至180±10℃并抽真空捏合半小时后，冷却，得到构成硅胶层的组分C，对所述硅胶层的组分C进行性能检测并记录于下表2中。

实施例3

单芯电缆的制备

配制防冻雨液：取1mol的四甲基乙二胺、2mol的氯丙基三甲氧基硅烷，溶于甲醇中，于60-65℃温度条件下回流2h，制得阳离子季胺盐；取前述制得的阳离子季胺盐100重量份、乙酸乙酯60重量份、乙二醇单丁醚40重量份，室温下混匀后，密封备用。

包覆隔热层：导电金属丝(如铜丝、铜铝合金丝等)去除表面污物并干燥后，通过束合或绞制制成单根导体，再将单根导体套于套管内或者是包覆于玻动布内，然后浸泡于固含量为60wt％的MQ硅树脂溶液中0.5-1小时后，取出，室温干燥；重复上述浸泡步骤两至三次，即完成于导体表面包覆具有MQ硅树脂的隔热层，其中，上述套管可选自：玻纤套管、尼龙套管或者是聚酰胺套管，由于选择何种套管对最终电缆的耐高低温性能的影响不大，因此，不在此一一举例说明。

包覆硅胶层：将实施例2制备得到的组分C与2重量份的硫化剂DCP混合后，注塑于该导体表面形成所述的硅胶层，其中，注塑温度为160-180℃，注塑成型后再硫化15-30分钟。

包覆防噬啮层：将实施例1制备的组分A与0.7重量份的硫化剂DCP混合后，注塑于硅胶层表面形成一防噬啮层，其中，注塑温度为170-180℃，注塑成型后再硫化3-5分钟。

制备防冻雨层：冷却后，将其浸入前述配制的防冻雨液中，于单芯电缆表面形成防冻雨层。

实施例4

多芯电缆的制备

本实施例4所述的多芯电缆的制备与实施例3所述的单芯电缆的制备方法基本相同，不同之处仅在于，实施例3是制备只包含单根导体的电缆，而本实施例4是制备包含三根导体的电缆，采用与实施例3中包覆隔热层相同的方法对每一根导体重复相同的操作，以使每一根导体的表面都包覆有具有MQ硅树脂的隔热层，然后将经过前述处理后的三根导体套于套管内，浸泡于液态硅胶中后固化，再按照实施例3中的包覆硅胶层步骤、包覆防噬啮层步骤、制备防冻雨层步骤进行后续工序。

对比例1

单芯电缆的制备

采用与实施例3相同的方法制备单芯电缆，不同之处仅在于：本对比例1中省略包覆防噬啮层步骤，即，本对比例1中的单芯电缆的防冻雨层直接形成于硅胶层表面。

对比例2

采用与实施例3相同的方法制备单芯电缆，不同之处在于，本对比例2的包覆隔热层步骤中，在单根导体外套设套管或者是包覆玻动布后，不再经过MQ硅树脂的浸泡步骤，而直接于套管或者是玻动布表面注塑形成硅胶层。

对比例3

单芯电缆的制备

采用与实施例3相同的方法制备单芯电缆，不同之处仅在于，本对比例3的组分C中省略了漏电起痕材料(即，不添加10重量份的氢氧化铝、10重量份的氢氧化镁以及5重量份的氟硅酸钙铝)。并对制备的组分C进行性能检测并记录于下表2中。

对比例4

采用与实施例3相同的方法制备单芯电缆，不同之处仅在于，本对比例4在导体外注塑成型防噬啮层后，不再将其浸泡于防冻雨液中，即，最终制备的单芯电缆包括导体、硅胶层以及防噬啮层，而不包含防冻雨层。

分别取前述实施例3-4及对比例4制得的一小段电缆，并将其置于-50℃的温度环境下8h后观察电缆表面的结冰情况并将结果记录于下表2中。

防噬啮动物咬实验

分别取相同长度的实施例3、实施例4及对比例1制备的电缆，并放置于四川红原县的月亮湾草原上，经过一个月后，对三段电缆进行观察后发现，实施例3及实施例4制备的电缆表面并无明显被啃咬后的痕迹，而对比例1制备的电缆表面则有多处明显被啃咬后的痕迹，因此，本申请所述的电缆能够有效保护电缆，避免其被噬啮动物啃咬。

表1

表2

从上表1中还可以看出，本发明所述的防噬啮层具有较好的机械性能，能够有效保障由其制备的电缆的质量。

从上表2中可以看出，本发明所述的硅胶层的组分C具有较高的击穿电压以及漏电起痕性，保障电缆的使用安全性。从上表2中实施例3-4与对比例4相对比，本发明所述的电缆置于-50℃的温度条件下8h，电缆表面仍未结冰，而对比例4中的电缆表面则结冰，可以看出，本发明所述电缆由于其表面具有所述防冻雨层，使水不易附着于电缆表面，进而积聚变大，明显改善了电缆表面易于结冰的性能。

耐高低温实验

取上述实施例3-4及对比例2制备得到的电缆并分别将其用作车用点火电缆，置于177-232℃的温度下工作，分别对三根电缆进行观察并记录，初始时，三根电缆的硬度相差不大，且均无气味，半小时后，实施例3-4的电缆硬度变化不大，且无气味，而对比例2的电缆发热明显，电缆表层受热挥发出低分子物质，有明显的过氧化物气味。

另，分别取本发明实施例3及实施例4所制备的电缆用作车用点火电缆，在-50～300℃的温度范围内工作两周后，电缆外层材料的硬度变化不大，无显著刺激性气味散发，表明在-50～300℃的温度范围内，该电缆的质量变化差异不大，具有良好的环境适应性。

本发明所述电缆的撕裂强度大于18kN/m，由于MQ硅树脂具有良好的有机化合物相容性，具有MQ硅树脂的隔热层还能够有效增强电缆的硅胶层与缆芯的粘结强度，避免剥离等情况的发生，保证电缆的质量。

如上所述，可较好的实现本发明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多防护功能电缆，其特征在于，包括导体层、设于所述导体层外的硅胶层、设于所述硅胶层外的防噬啮层以及设于所述防噬啮层外的防冻雨层，其中，所述导体层包括至少一根导体，任一根导体外包覆有一隔热层，所述隔热层为经MQ硅树脂浸渍后的玻动布或者是套管，所述防噬啮层包括以下重量份的组分：

1)组分A：

硅橡胶：100重量份；

拒食剂复合物：10重量份；

无机填料：25重量份；

羟基硅油：6重量份；

2)组分B：

硫化剂：0.5-0.8重量份；

所述防冻雨层包括以下重量份的组分：

阳离子季胺盐：100重量份；

乙酸乙酯：60重量份；

乙二醇单丁醚：40重量份。

2.根据权利要求1所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述硅胶层包括以下重量份的组分：

1)组分C：

硅橡胶：100重量份；

漏电起痕材料：25重量份；

流平剂：3重量份；

2)组分D：

硫化剂：2重量份；

其中，所述漏电起痕材料选自以下物质中的至少一种：氢氧化铝、氢氧化镁、氟硅酸钙铝。

3.根据权利要求1所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述拒食剂复合物包括以下重量份的组分：

多芳基硼：10重量份；

二氯甲烷：15重量份；

聚乙烯醇：20重量份；

泡沫硅橡胶：6重量份。

4.根据权利要求3所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述拒食剂复合物采用以下方法制备：

按比例将所述的多芳基硼溶解于所述的二氯甲烷中，再将溶解后的物质滴加到所述比例的聚乙烯醇中，在上述滴加的过程中，不断搅拌所述聚乙烯醇，得到二氯甲烷分散体，加入所述比例的泡沫硅橡胶，加热至60-70℃，通入压缩空气，称量反应物至恒重时，反应完成，得到拒食剂复合物。

5.根据权利要求1所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述防噬啮层的组分A采用以下方法制备：

按比例取所述硅橡胶、拒食剂复合物、羟基硅油以及无机填料，捏合成团后，加热到160-180℃捏合1-2小时，抽真空后捏合半小时。

6.根据权利要求2所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述组分C包括15重量份的白炭黑。

7.根据权利要求6所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述硅胶层的组分C通过以下方法制备：

取所述比例的硅橡胶、白炭黑以及流平剂加入捏合机中捏合成团后，再加入所述比例的漏电起痕材料，捏合成团后，升温至150±10℃捏合1.5小时，再升温至180±10℃并抽真空捏合半小时后，冷却。

8.根据权利要求3所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述阳离子季胺盐是通过以下方法制备得到：

取摩尔比为1:2的四甲基乙二胺和氯丙基三甲氧基硅烷，溶于有机溶剂中，于60-65℃温度条件下回流2h，制得阳离子季胺盐。

9.根据权利要求2所述的多防护功能电缆，其特征在于，所述电缆通过如下方法制备：

1)将所述导体层内的任一根导体套于套管内或者是包覆于玻动布内；

2)浸泡于MQ硅树脂溶液中0.5-1小时后，取出，室温干燥；

3)重复步骤2)两至三次；

4)混合所述组分C与组分D并注塑于该导体层表面，得到所述硅胶层，其中，注塑温度为160-180℃，注塑成型后再硫化15-30分钟；

5)混合所述组分A与组分B并注塑于该硅胶层外侧，得到所述防噬啮层，其中，注塑温度为170-180℃，注塑成型后再硫化3-5分钟；

6)冷却后，浸入防冻雨液中，于所述防噬啮层表面形成所述防冻雨层，其中，所述防冻雨液包括以下重量份的组分：阳离子季胺盐：100重量份；乙酸乙酯：60重量份；乙二醇单丁醚：40重量份，制得所述电缆。