CN105336418A - 一种新型海工设备用特种本安仪表电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型海工设备用特种本安仪表电缆，包括缆芯，缆芯包括三根线芯单元，线芯单元包括导体线芯，导体线芯包括2根绝缘导体和阻燃阻水填充层，绝缘导体包括导体，导体的外侧挤包绝缘层，二根绝缘导体之间设置阻燃阻水填充层，导体线芯的外侧依次设置有色带层、内阻燃阻水带绕包层、复合分屏蔽层和中阻燃阻水带绕包层，三根线芯单元之间设置有第二阻燃阻水填充层，缆芯的外侧依次设置有阻燃阻水带绕包层、总复合屏蔽层和外护套层。本发明结构科学，新颖合理，工艺先进，产品具有优异的低电容、低电感、本质安全、信号传输能力强、抗干扰性能好等特点，使用性能好；产品采用双层复合屏蔽结构，使其具有高抗干扰性能，适用于干扰层次复杂的场合。

Description

一种新型海工设备用特种本安仪表电缆
技术领域
本发明属于电缆制造领域，涉及一种新型海工设备用特种本安仪表电缆。
背景技术
伴随着全球能源开采向海洋的转移，海洋油气工程方兴未艾。由于海洋油气工程中充斥易燃易爆油污和气体，因此，对海工设备用电缆提出了“防爆”的要求。由于电火花和热效应是引发易爆气体爆炸的主要根源，而从系统布线角度考虑，由于电缆是由许多分布电容、电感等分布元件所组成，使其相应地成为储能元件，因此在信号传输过程中不可避免地存储一定的能量。一旦系统出现故障，这些储能就会以电火花或热效应的形式释放出来，影响系统的安全性。因此，要求电缆具有低电容和低电感，电缆本身所带的电荷要少，不易产生电火花；其次，要求电缆具有良好的屏蔽性能，具有优良的抗外电磁场干扰及不产生对外的干扰。这就要求电缆具有“本质安全”特性。因此，本质安全系统仪表电缆应具有低电容和低电感，并具有良好的屏蔽性能和抗干扰性能，防爆性能优于一般的普通型控制电缆和仪表电缆。
因此，需要一种新型海工设备用特种本安仪表电缆以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中海工设备用电缆的缺陷，提供一种新型海工设备用特种本安仪表电缆。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种新型海工设备用特种本安仪表电缆，包括缆芯，所述缆芯包括三根线芯单元，所述线芯单元包括导体线芯，所述导体线芯包括2根绝缘导体和阻燃阻水填充层，所述绝缘导体包括导体，所述导体的外侧挤包绝缘层，二根所述绝缘导体之间设置阻燃阻水填充层，所述导体线芯的外侧依次设置有色带层、内阻燃阻水带绕包层、复合分屏蔽层和中阻燃阻水带绕包层，三根所述线芯单元之间设置有第二阻燃阻水填充层，所述缆芯的外侧依次设置有阻燃阻水带绕包层、总复合屏蔽层和外护套层。
更进一步的，所述绝缘层为交联聚乙烯绝缘层。
更进一步的，所述复合分屏蔽层采用铜塑复合带和铜丝编织构成。
更进一步的，所述总复合屏蔽层采用铜丝编织和芳纶纤维编织构成。
更进一步的，所述外护套为无卤交联聚烯烃。
更进一步的，二根所述绝缘导体绞合成所述导体线芯。
更进一步的，所述保护层包括以下重量组份的原料：38份聚氨酯树脂、26份氟硅树脂、17份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、6份氧化铁、5份硫酸钡、4份润滑剂、5份抗氧剂、2.5份相容剂、1.5份有机硅流平剂和1.1份纳米材料。采用此重量份数的原料，则保护层的效果更好。
更进一步的，所述纳米材料包括纳米银和纳米氧化锌，其中，纳米银与纳米氧化锌的重量比为3：8。采用此比例的纳米银和纳米氧化锌经过试验可知其防污杀菌效果最佳。
更进一步的，所述玻璃纤维基层、氯化聚氯乙烯层和保护层的厚度比为1-2:1-2:3-4。厚度比合适，能够充分发挥各层材料的特性，将外护套材料的保护作用发挥至最大。
有益效果：本发明的新型海工设备用特种本安仪表电缆结构科学新颖合理，工艺先进，产品具有优异的低电容、低电感、本质安全、信号传输能力强、抗干扰性能好等特点，使用性能好；产品采用双层复合屏蔽结构，使其具有高抗干扰性能，适用于干扰层次复杂的场合；外护套层通过玻璃纤维基层、氯化聚氯乙烯层和保护层的有机结合，整合各层材料的特征，使得本发明的外护套材料能够满足各种情况下的需求。且本发明的外护套材料环保安全，耐候性能优良，拉伸强度较高，保护层采用树脂材料与纳米材料的结合，在对树脂材料进行有益改进的同时，利用纳米材料的杀菌防污功能，大幅度改进了树脂材料的特性，使得本发明的外护套材料兼具杀菌和自清洁功能。
附图说明
图1为本发明的新型海工设备用特种本安仪表电缆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。以下仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
请参阅图1所示，本发明的新型海工设备用特种本安仪表电缆，包括缆芯，缆芯包括三根线芯单元1，线芯单元1包括导体线芯，导体线芯包括2根绝缘导体2和阻燃阻水填充层3，绝缘导体2包括导体，导体的外侧挤包绝缘层，二根绝缘导体2之间设置阻燃阻水填充层3，导体线芯的外侧依次设置有色带层4、内阻燃阻水带绕包层5、复合分屏蔽层6和中阻燃阻水带绕包层7，三根线芯单元1之间设置有第二阻燃阻水填充层8，缆芯的外侧依次设置有阻燃阻水带绕包层9、总复合屏蔽层10和外护套层11。
本发明导体按照不同的使用条件要求，导体可选用符合标准GB/T3956规定的第1.2或第5种结构。
优选的，绝缘层为交联聚乙烯绝缘层。复合分屏蔽层6采用铜塑复合带和铜丝编织构成。总复合屏蔽层10采用铜丝编织和芳纶纤维编织构成。二根绝缘导体2绞合成导体线芯。采用双层阻燃阻水材料填充和三层阻燃阻水材料绕包，使产品具有优异的阻燃阻水和耐油泥性能。
其中，外护套层11从内到外依次包括玻璃纤维基层111、氯化聚氯乙烯层112和保护层113，保护层包括以下重量组份的原料：37-39份聚氨酯树脂、25-27份氟硅树脂、17-18份有机硅交联剂、17-18份二氧化硅、13-14份氢氧化硅、12-13份氢氧化镁、6-7份氧化铁、5-6份硫酸钡、4.5-5份抗氧剂、2.5-3份相容剂、1.5-2份有机硅流平剂和0.8-1.3份纳米材料，纳米材料均匀分布在外护套材料中，纳米材料包括纳米银和纳米氧化锌，其中，纳米银与纳米氧化锌的重量比为2～4：6～9。
优选的，保护层113包括以下重量组份的原料：38份聚氨酯树脂、26份氟硅树脂、17份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、6份氧化铁、5份硫酸钡、5份抗氧剂、2.5份相容剂、1.5份有机硅流平剂和1.1份纳米材料。采用此重量份数的原料，则保护层的效果更好。
纳米材料包括纳米银和纳米氧化锌，其中，纳米银与纳米氧化锌的重量比为3：8。采用此比例的纳米银和纳米氧化锌经过试验可知其防污杀菌效果最佳。相容剂为ST-6相容剂。润滑剂为石蜡。优选的，玻璃纤维基层、氯化聚氯乙烯层和保护层的厚度比为1-2:1-2:3-4。厚度比合适，能够充分发挥各层材料的特性，将外护套材料的保护作用发挥至最大。保护层的厚度为0.8-3mm。保护厚度低至0.8mm，也可以有效起到应有的保护作用。
下面通过实施例对外护套层的材料进行介绍：
实施例1：
新型外护套材料，从内到外依次包括玻璃纤维基层111、氯化聚氯乙烯层112和保护层113，其中，氯化聚氯乙烯层112压制在玻璃纤维基层111上，然后在氯化聚氯乙烯层112的外侧涂覆保护层113得到本发明的外护套材料。
保护层113包括以下重量组份的原料：38份聚氨酯树脂、26份氟硅树脂、17份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、6份氧化铁、5份硫酸钡、4份润滑剂、5份抗氧剂、2.5份相容剂、1.5份有机硅流平剂、0.3份纳米银和0.8份纳米氧化银。相容剂为ST-6相容剂。润滑剂为石蜡。
本发明还公开了保护层材料的制备方法，包括以下步骤：
1、称取各组分；
2、在真空环境中，将聚氨酯树脂和氟硅树脂混合并加热至106℃并搅拌均匀；
3、将有机硅交联剂和抗氧剂加入至步骤2得到的混合物中，然后加入二氧化硅、氢氧化硅、氢氧化镁、氧化铁和硫酸钡，然后搅拌均匀，将加热温度保持在97℃，持续加热35分钟；
4、在步骤3得到的混合物中，加入相容剂和有机硅流平剂，搅拌均匀；
5、将加热温度降至81℃，然后将纳米银和纳米氧化锌放入步骤4得到的混合物中，搅拌均匀，即得本发明的保护层材料。
经测试：
此实施例的保护层耐候性能优良，可达到现有常规材料的3-4倍；
此材料的拉伸强度较高，最高可达23MPA；
在额定电压下能超负荷5倍而且照常起到绝缘作用；
同时此材料的防污性能优越，不易附着污物，同时材料能起到有效的杀菌效果，自清洁功能明显。
实施例2：
新型外护套材料，从内到外依次包括玻璃纤维基层111、氯化聚氯乙烯层112和保护层113，其中，氯化聚氯乙烯层112压制在玻璃纤维基层111上，然后在氯化聚氯乙烯层112的外侧涂覆保护层113得到本发明的外护套材料。
保护层113包括以下重量组份的原料：37份聚氨酯树脂、25份氟硅树脂、17份有机硅交联剂、17份二氧化硅、13份氢氧化硅、12份氢氧化镁、6份氧化铁、5份硫酸钡、4.5份抗氧剂、2.5份相容剂、1.5份有机硅流平剂、0.2份纳米银和0.6份纳米氧化银。相容剂为ST-6相容剂。润滑剂为石蜡。
本发明还公开了保护层材料的制备方法，包括以下步骤：
1、称取各组分；
2、在真空环境中，将聚氨酯树脂和氟硅树脂混合并加热至100℃并搅拌均匀；
3、将有机硅交联剂和抗氧剂加入至步骤2得到的混合物中，然后加入二氧化硅、氢氧化硅、氢氧化镁、氧化铁和硫酸钡，然后搅拌均匀，将加热温度保持在90℃，持续加热40分钟；
4、在步骤3得到的混合物中，加入相容剂和有机硅流平剂，搅拌均匀；
5、将加热温度降至75℃，然后将纳米银和纳米氧化锌放入步骤4得到的混合物中，搅拌均匀，即得本发明的保护层材料。
经测试，此实施例的保护层耐候性能优良，可达到现有常规材料的2-3倍；
此材料的拉伸强度较高，最高可达21MPA；
在额定电压下能超负荷3倍而且照常起到绝缘作用；
同时此材料的防污性能优越，不易附着污物，同时材料能起到有效的杀菌效果，自清洁功能明显。
实施例3：
新型外护套材料，从内到外依次包括玻璃纤维基层111、氯化聚氯乙烯层112和保护层113，其中，氯化聚氯乙烯层112压制在玻璃纤维基层111上，然后在氯化聚氯乙烯层112的外侧涂覆保护层113得到本发明的外护套材料。
保护层113包括以下重量组份的原料：39份聚氨酯树脂、27份氟硅树脂、18份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、7份氧化铁、6份硫酸钡、5份抗氧剂、3份相容剂、2份有机硅流平剂、0.4份纳米银和0.9份纳米氧化银。相容剂为ST-6相容剂。润滑剂为石蜡。
本发明还公开了保护层材料的制备方法，包括以下步骤：
1、称取各组分；
2、在真空环境中，将聚氨酯树脂和氟硅树脂混合并加热至110℃并搅拌均匀；
3、将有机硅交联剂和抗氧剂加入至步骤2得到的混合物中，然后加入二氧化硅、氢氧化硅、氢氧化镁、氧化铁和硫酸钡，然后搅拌均匀，将加热温度保持在100℃，持续加热30分钟；
4、在步骤3得到的混合物中，加入相容剂和有机硅流平剂，搅拌均匀；
5、将加热温度降至85℃，然后将纳米银和纳米氧化锌放入步骤4得到的混合物中，搅拌均匀，即得本发明的保护层材料。
经测试，此实施例的保护层耐候性能优良，可达到现有常规材料的2-2.5倍；
此材料的拉伸强度较高，最高可达18MPA；
在额定电压下能超负荷2.5倍而且照常起到绝缘作用；
同时此材料的防污性能优越，不易附着污物，同时材料能起到有效的杀菌效果，自清洁功能明显。
实施例4：
新型外护套材料，从内到外依次包括玻璃纤维基层111、氯化聚氯乙烯层112和保护层113，其中，氯化聚氯乙烯层112压制在玻璃纤维基层111上，然后在氯化聚氯乙烯层112的外侧涂覆保护层113得到本发明的外护套材料。
保护层113包括以下重量组份的原料：39份聚氨酯树脂、27份氟硅树脂、18份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、7份氧化铁、6份硫酸钡、5份抗氧剂、3份相容剂、2份有机硅流平剂、0.3份纳米银和0.9份纳米氧化银。相容剂为ST-6相容剂。润滑剂为石蜡。
本发明还公开了保护层材料的制备方法，包括以下步骤：
1、称取各组分；
2、在真空环境中，将聚氨酯树脂和氟硅树脂混合并加热至107℃并搅拌均匀；
3、将有机硅交联剂和抗氧剂加入至步骤2得到的混合物中，然后加入二氧化硅、氢氧化硅、氢氧化镁、氧化铁和硫酸钡，然后搅拌均匀，将加热温度保持在98℃，持续加热33分钟；
4、在步骤3得到的混合物中，加入相容剂和有机硅流平剂，搅拌均匀；
5、将加热温度降至82℃，然后将纳米银和纳米氧化锌放入步骤4得到的混合物中，搅拌均匀，即得本发明的保护层材料。
经测试，此实施例的保护层材料耐候性能优良，可达到现有常规材料的3-3.5倍；
此材料的拉伸强度较高，最高可达22MPA；
在额定电压下能超负荷4.5倍而且照常起到绝缘作用；
同时此材料的防污性能优越，不易附着污物，同时材料能起到有效的杀菌效果，自清洁功能明显。
实施例5：
新型外护套材料，从内到外依次包括玻璃纤维基层111、氯化聚氯乙烯层112和保护层113，其中，氯化聚氯乙烯层112压制在玻璃纤维基层111上，然后在氯化聚氯乙烯层112的外侧涂覆保护层113得到本发明的外护套材料。
保护层113包括以下重量组份的原料：39份聚氨酯树脂、27份氟硅树脂、18份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、7份氧化铁、6份硫酸钡、5份抗氧剂、3份相容剂、2份有机硅流平剂、0.4份纳米银和0.9份纳米氧化银。相容剂为ST-6相容剂。润滑剂为石蜡。
本发明还公开了保护层材料的制备方法，包括以下步骤：
1、称取各组分；
2、在真空环境中，将聚氨酯树脂和氟硅树脂混合并加热至105℃并搅拌均匀；
3、将有机硅交联剂和抗氧剂加入至步骤2得到的混合物中，然后加入二氧化硅、氢氧化硅、氢氧化镁、氧化铁和硫酸钡，然后搅拌均匀，将加热温度保持在96℃，持续加热36分钟；
4、在步骤3得到的混合物中，加入相容剂和有机硅流平剂，搅拌均匀；
5、将加热温度降至80℃，然后将纳米银和纳米氧化锌放入步骤4得到的混合物中，搅拌均匀，即得本发明的保护层材料。
经测试，此实施例的保护层材料耐候性能优良，可达到现有常规材料的3.5-4倍；
此材料的拉伸强度较高，最高可达21MPA；
在额定电压下能超负荷5倍而且照常起到绝缘作用；
同时此材料的防污性能优越，不易附着污物，同时材料能起到有效的杀菌效果，自清洁功能明显。
本发明的保护层113中加入了纳米氧化锌和纳米银，其中，纳米银(NanoSilver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径在25-50纳米，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。纳米氧化锌粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。其同时具有纳米材料和传统氧化锌的双重特性。其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列独特性能。
通过经过申请人多年研究发现，将纳米银和纳米氧化锌通过一定的比例配合在一起，其杀菌和防污效果则更加明显，大大优于单独采用其中任何一种纳米材料的效果。而且保留了纳米氧化锌的紫外线遮蔽功能和远红外线反射功能，同时因为其紫外线遮蔽功能可大幅提高材料的耐候性能。
然后将纳米材料添加至保护层113中，本发明的保护层113材料采用聚氨酯树脂和氟硅树脂的结合，并通过有机硅交联剂、二氧化硅、氢氧化硅、氢氧化镁氧化铁、硫酸钡、抗氧剂、相容剂和有机硅流平剂的使用，使得本发明的材料具有优异的耐候性能和突出的绝缘性能，同时其拉伸强度较高，可使用的温度较高，而且材料环保，加热时也不会产生有毒气体，是一种环保的新型材料。
本发明的新型海工设备用特种本安仪表电缆结构科学新颖合理，工艺先进，产品具有优异的低电容、低电感、本质安全、信号传输能力强、抗干扰性能好等特点，使用性能好；产品采用双层复合屏蔽结构，使其具有高抗干扰性能，适用于干扰层次复杂的场合。其中，外护套层通过玻璃纤维基层、氯化聚氯乙烯层和保护层的有机结合，整合各层材料的特征，使得本发明的外护套材料能够满足各种情况下的需求。且本发明的外护套材料环保安全，耐候性能优良，拉伸强度较高，保护层采用树脂材料与纳米材料的结合，在对树脂材料进行有益改进的同时，利用纳米材料的杀菌防污功能，大幅度改进了树脂材料的特性，使得本发明的外护套材料兼具杀菌和自清洁功能。

Claims (9)

1.一种新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：包括缆芯，所述缆芯包括三根线芯单元（1），所述线芯单元（1）包括导体线芯，所述导体线芯包括2根绝缘导体（2）和阻燃阻水填充层（3），所述绝缘导体（2）包括导体，所述导体的外侧挤包绝缘层，二根所述绝缘导体（2）之间设置阻燃阻水填充层（3），所述导体线芯的外侧依次设置有色带层（4）、内阻燃阻水带绕包层（5）、复合分屏蔽层（6）和中阻燃阻水带绕包层（7），三根所述线芯单元（1）之间设置有第二阻燃阻水填充层（8），所述缆芯的外侧依次设置有阻燃阻水带绕包层（9）、总复合屏蔽层（10）和外护套层（11），所述外护套层（11）从内到外依次包括玻璃纤维基层（111）、氯化聚氯乙烯层（112）和保护层（113），所述保护层（113）包括以下重量组份的原料：37-39份聚氨酯树脂、25-27份氟硅树脂、17-18份有机硅交联剂、17-18份二氧化硅、13-14份氢氧化硅、12-13份氢氧化镁、6-7份氧化铁、5-6份硫酸钡、4.5-5份抗氧剂、2.5-3份相容剂、1.5-2份有机硅流平剂和0.8-1.3份纳米材料，所述纳米材料均匀分布在所述外护套材料中，所述纳米材料包括纳米银和纳米氧化锌，其中，纳米银与纳米氧化锌的重量比为2～4：6～9。
2.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述绝缘层为交联聚乙烯绝缘层。
3.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述复合分屏蔽层（6）采用铜塑复合带和铜丝编织构成。
4.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述总复合屏蔽层（10）采用铜丝编织和芳纶纤维编织构成。
5.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述外护套为无卤交联聚烯烃。
6.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：二根所述绝缘导体（2）绞合成所述导体线芯。
7.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述保护层（113）包括以下重量组份的原料：38份聚氨酯树脂、26份氟硅树脂、17份有机硅交联剂、18份二氧化硅、14份氢氧化硅、13份氢氧化镁、6份氧化铁、5份硫酸钡、4份润滑剂、5份抗氧剂、2.5份相容剂、1.5份有机硅流平剂和1.1份纳米材料。
8.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述纳米材料包括纳米银和纳米氧化锌，其中，纳米银与纳米氧化锌的重量比为3：8。
9.如权利要求1所述的新型海工设备用特种本安仪表电缆，其特征在于：所述玻璃纤维基层（111）、氯化聚氯乙烯层（112）和保护层（113）的厚度比为1-2:1-2:3-4。
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