CN105913950A - 基于石棉的耐高温电缆及其制备方法 - Google Patents

基于石棉的耐高温电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于石棉的耐高温电缆及其制备方法，该耐高温电缆包括相互绞合的多股线芯单元，多股线芯单元的外部套设有镀银芳纶丝编织套，镀银芳纶丝编织套内填充有石棉；镀银芳纶丝编织套的外部沿着由内向外的方向依次设置有第一绝缘层、临界层和第二绝缘层；第一绝缘层为丙烯腈‑丁二烯‑丙烯酸酯共聚物层，临界层填充有纳米碳化钨，第二绝缘层为乙烯‑四氟乙烯共聚物层。通过该方法制得的电缆具有优异的耐高温性能。

Description

基于石棉的耐高温电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘电缆，具体地，涉及一种基于石棉的耐高温电缆及其制备方法。
背景技术
电缆通常是由几根或几组导线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。多架设在空中或装在地下、水底，用于电讯或电力输送。电缆主要由以下4部分组成，①导电线心：用高电导率材料(铜或铝)制成。根据敷设使用条件对电缆柔软程度的要求，每根线心可能由单根导线或多根导线绞合而成。②绝缘层：用作电缆的绝缘材料应当具有高的绝缘电阻，高的击穿电场强度，低的介质损耗和低的介电常数。电缆中常用的绝缘材料有油浸纸、聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、橡皮等。电缆常以绝缘材料分类，例如油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯电缆、交联聚乙烯电缆等。③密封护套：保护绝缘线心免受机械、水分、潮气、化学物品、光等的损伤。对于易受潮的绝缘，一般采用铅或铝挤压密封护套。④保护覆盖层：用以保护密封护套免受机械损伤。一般采用镀锌钢带、钢丝或铜带、铜丝等作为铠甲包绕在护套外(称铠装电缆)，铠装层同时起电场屏蔽和防止外界电磁波干扰的作用。
虽然现有的电缆能够在绝大多数的场合能够满足生产和生活的需求，但是在高温条件下，电缆的性能往往会受到极大的负面影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于石棉的耐高温电缆及其制备方法，通过该方法制得的电缆具有优异的耐高温性能和力学性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于石棉的耐高温电缆，该耐高温电缆包括相互绞合的多股线芯单元，多股线芯单元的外部套设有镀银芳纶丝编织套，镀银芳纶丝编织套内填充有石棉；镀银芳纶丝编织套的外部沿着由内向外的方向依次设置有第一绝缘层、临界层和第二绝缘层；第一绝缘层为丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物层，临界层填充有纳米碳化钨，第二绝缘层为乙烯-四氟乙烯共聚物层。
优选地，镀银芳纶丝编织套的直径为0.85-0.90mm，第一绝缘层的厚度为0.15-0.20mm，临界层的厚度为0.05-0.12mm，第二绝缘层的厚度为0.20-0.25mm。
优选地，镀银芳纶丝编制套中的镀银芳纶丝的外表面上的镀银层的厚度为1-2μm。
优选地，以镀银芳纶丝编织套的横截面的面积为基准，镀银芳纶丝编织套的横截面中石棉占有的面积为35-45％。
优选地，线芯单元包括相互绞合的多股镀银铜丝，多股镀银铜丝的外部设置有保护层，保护层由聚苯乙烯填充而成。
优选地，镀银铜丝的直径为0.05-0.08mm，保护层的直径为0.20-0.30mm。
优选地，多股镀银铜丝的外表面的镀银层的厚度为0.5-0.9μm。
本发明还提供了一种上述的基于石棉的耐高温电缆的制备方法，该制备方法包括：
1)将多股线芯单元相互绞合，接着将镀银芳纶丝编织套套设于多股线芯单元的外部，然后将石棉填充至镀银芳纶丝编织套的内部；
2)将丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物挤包于镀银芳纶丝编织套的外部以形成第一绝缘层，接着将纳米碳化钨嵌设于第一绝缘层的表面形成临界层，然后将乙烯-四氟乙烯共聚物挤包于第一绝缘层的外部形成第二绝缘层以制得基于石棉的耐高温电缆。
优选地，在步骤1)之前，方法还包括：将芳纶丝浸泡于酸液中，接着取出并在芳纶丝的外表面上镀上银层以制得镀银芳纶丝，然后将镀银芳纶丝编织成镀银芳纶丝编织套。
优选地，酸液选自盐酸溶液、硝酸溶液和硫酸溶液中的一种或多种；并且，酸液的浓度为50-70重量％。
根据上述技术方案，本发明通过在多股线芯单元的外部依次设置石棉、镀银芳纶丝编织套、第一绝缘层、临界层和第二绝缘层，通过各部件的协同作用使得该电缆具有优异的耐高温性能和力学性能；尤其是，临界层中的纳米碳化钨能够向第一绝缘层和第二绝缘层中扩散进而使得第一绝缘层与第二绝缘层形成一体进而提高了两者单独的绝缘性能和力学性能。在各层的协同作用下，尤其是石棉，使得制得的电缆具有优异的耐高温性能和力学性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的基于石棉的耐高温电缆得结构示意图。
附图标记说明
1、线芯单元 2、镀银铜丝
3、镀银层 4、保护层
5、石棉 6、镀银芳纶丝编织套
7、第一绝缘层 8、临界层
9、第二绝缘层
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
本发明提供了一种基于石棉的耐高温电缆，如图1所示，该耐高温电缆包括相互绞合的多股线芯单元1，多股线芯单元1的外部套设有镀银芳纶丝编织套6，镀银芳纶丝编织套6内填充有石棉5；镀银芳纶丝编织套6的外部沿着由内向外的方向依次设置有第一绝缘层7、临界层8和第二绝缘层9；第一绝缘层7为丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物层，临界层8填充有纳米碳化钨，第二绝缘层9为乙烯-四氟乙烯共聚物层。
上述的多股线芯单元1的外部依次设置石棉5、镀银芳纶丝编织套6、第一绝缘层7、临界层8和第二绝缘层9，通过各部件的协同作用使得该电缆具有优异的绝缘性能，同时，该电缆能够在恶劣的环境中保持优异的稳定性；其中，临界层8中的纳米碳化钨能够向第一绝缘层7和第二绝缘层9中扩散进而使得第一绝缘层7与第二绝缘层9形成一体进而提高了两者单独的绝缘性能。同时，该电缆具有优异的稳定性，能够在恶劣的环境中保持稳定的性能，进而保证其能够稳定工作。
在本发明中，镀银芳纶丝编织套6、第一绝缘层7、临界层8和第二绝缘层9的尺寸可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高电缆的耐高温性能，优选地，镀银芳纶丝编织套6的直径为0.85-0.90mm，第一绝缘层7的厚度为0.15-0.20mm，临界层8的厚度为0.05-0.12mm，第二绝缘层9的厚度为0.20-0.25mm。
同时，镀银芳纶丝编制套中的镀银芳纶丝的镀银层的厚度可以在宽的范围内调整，但是为了进一步提高电缆的电磁屏蔽性能以及稳定性，优选地，镀银芳纶丝编制套中的镀银芳纶丝的外表面上的镀银层的厚度为1-2μm。
此外，在本电缆中，石棉5的含量可以在宽的范围内改变，但是为了使得石棉5能够充分地填充于多股线芯单元1之间以及线芯单元1与镀银芳纶丝编织套6之间，优选地，以镀银芳纶丝编织套6的横截面的面积为基准，镀银芳纶丝编织套6的横截面中石棉5占有的面积为35-45％。
在上述内容的基础上，线芯单元1的具体结可以在宽的范围内选择，但是为了提高电缆信号传输过程中的信号的稳定性以及信号的传输质量，优选地，线芯单元1包括相互绞合的多股镀银铜丝2，多股镀银铜丝2的外部设置有保护层4，保护层4由聚苯乙烯填充而成。这样，通过聚苯乙烯能够充分地将各个线芯单元1之间绝缘开来，进而保证每个单独的线芯单元1能够传输不同的信号，并且各个线芯单元1传输的信号之间不会造成干扰，优选地，镀银铜丝2的直径为0.05-0.08mm，保护层4的直径为0.20-0.30mm。
此外，多股镀银铜丝2的镀银层3的厚度可以在宽的范围内选择，但是为了提高多股镀银铜丝2的信号传输性能，优选地，多股镀银铜丝2的外表面的镀银层3的厚度为0.5-0.9μm。
本发明还提供了一种上述的基于石棉的耐高温电缆的制备方法，该制备方法包括：
1)将多股线芯单元1相互绞合，接着将镀银芳纶丝编织套6套设于多股线芯单元1的外部，然后将石棉5填充至镀银芳纶丝编织套6的内部；
2)将丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物挤包于镀银芳纶丝编织套6的外部以形成第一绝缘层7，接着将纳米碳化钨嵌设于第一绝缘层7的表面形成临界层8，然后将乙烯-四氟乙烯共聚物挤包于第一绝缘层7的外部形成第二绝缘层9以制得基于石棉的耐高温电缆。
在本发明的制备方法中，镀银芳纶丝编织套6可以通过本领域中任何一种常规的方法制备而得，但是为了提高镀银芳纶丝编织套6的电磁屏蔽性能，优选地，在步骤1)之前，该方法还包括：将芳纶丝浸泡于酸液中，接着取出并在芳纶丝的外表面上镀上银层以制得镀银芳纶丝，然后将镀银芳纶丝编织成镀银芳纶丝编织套6。
另外，酸液的种类和浓度也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的镀银芳纶丝编织套6的抗电磁干扰能力，优选地，酸液选自盐酸溶液、硝酸溶液和硫酸溶液中的一种或多种；并且，酸液的浓度为50-70重量％。
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。
制备例1
将直径为0.10mm的芳纶丝浸泡于60重量％的酸液(盐酸溶液)中，接着取出并在芳纶丝的外表面上镀上银层(镀银层的厚度为1.5μm)以制得镀银芳纶丝，然后将镀银芳纶丝编织成镀银芳纶丝编织套6(直径为0.88mm)。
实施例1
1)将多股镀银铜丝2(直径为0.07mm，镀银层3的厚度为0.7μm)相互绞合，然后将聚苯乙烯挤包于多股镀银铜丝2的外部形成保护层4(直径为0.25mm)以制得线芯单元；
2)将多股线芯单元相互绞合，接着将镀银芳纶丝编织套套设于多股线芯单元的外部，然后将石棉填充至镀银芳纶丝编织套的内部(以镀银芳纶丝编织套6的横截面的面积为基准，镀银芳纶丝编织套6的横截面中石棉5占有的面积为40％)；
3)将丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物挤包于镀银芳纶丝编织套的外部以形成第一绝缘层7(厚度为0.18mm)，接着将纳米碳化钨嵌设于第一绝缘层的表面形成临界层8(厚度为0.08mm)，然后将乙烯-四氟乙烯共聚物挤包于第一绝缘层的外部形成第二绝缘层9(厚度为0.22mm)以制得基于石棉的耐高温电缆A1。
实施例2
1)将多股镀银铜丝2(直径为0.05mm，镀银层3的厚度为0.5μm)相互绞合，然后将聚苯乙烯挤包于多股镀银铜丝2的外部形成保护层4(直径为0.20mm)以制得线芯单元；
2)将多股线芯单元相互绞合，接着将镀银芳纶丝编织套套设于多股线芯单元的外部，然后将石棉填充至镀银芳纶丝编织套的内部(以镀银芳纶丝编织套6的横截面的面积为基准，镀银芳纶丝编织套6的横截面中石棉5占有的面积为35％)；
3)将丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物挤包于镀银芳纶丝编织套的外部以形成第一绝缘层7(厚度为0.15mm)，接着将纳米碳化钨嵌设于第一绝缘层的表面形成临界层8(厚度为0.05mm)，然后将乙烯-四氟乙烯共聚物挤包于第一绝缘层的外部形成第二绝缘层9(厚度为0.20mm)以制得基于石棉的耐高温电缆A2。
实施例3
1)将多股镀银铜丝2(直径为0.08mm，镀银层3的厚度为0.9μm)相互绞合，然后将聚苯乙烯挤包于多股镀银铜丝2的外部形成保护层4(直径为0.30mm)以制得线芯单元；
2)将多股线芯单元相互绞合，接着将镀银芳纶丝编织套套设于多股线芯单元的外部，然后将石棉填充至镀银芳纶丝编织套的内部(以镀银芳纶丝编织套6的横截面的面积为基准，镀银芳纶丝编织套6的横截面中石棉5占有的面积为45％)；
3)将丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物挤包于镀银芳纶丝编织套的外部以形成第一绝缘层7(厚度为0.20mm)，接着将纳米碳化钨嵌设于第一绝缘层的表面形成临界层8(厚度为0.12mm)，然后将乙烯-四氟乙烯共聚物挤包于第一绝缘层的外部形成第二绝缘层9(厚度为0.25mm)以制得基于石棉的耐高温电缆A3。
对比例1
按照实施例1的方法进行制得电缆B1，所不同的是，在步骤3)中未使用纳米碳化钨。
对比例2
按照实施例1的方法进行制得电缆B2，所不同的是，在步骤2)中未使用石棉。
检测例1
1)检测上述电缆的拉伸强度(σt1/MPa)，具体结果见表1；
2)将上述电缆置于250℃的条件下10h，接着检测电缆的拉伸强度(σt2/MPa)；具体结果见表1。
表1
σt1/MPa σt2/MPa
A1 78.9 77.4
A2 77.6 76.9
A3 77.8 76.7
B1 69.8 52.3
B2 68.4 55.1
通过上述实施例、对比例和检测例可知，本发明提供的电缆具有优异的耐高温性能和力学性能。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于石棉的耐高温电缆，其特征在于，所述耐高温电缆包括相互绞合的多股线芯单元(1)，所述多股线芯单元(1)的外部套设有镀银芳纶丝编织套(6)，所述镀银芳纶丝编织套(6)内填充有石棉(5)；所述镀银芳纶丝编织套(6)的外部沿着由内向外的方向依次设置有第一绝缘层(7)、临界层(8)和第二绝缘层(9)；所述第一绝缘层(7)为丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物层，所述临界层(8)填充有纳米碳化钨，所述第二绝缘层(9)为乙烯-四氟乙烯共聚物层。
2.根据权利要求1所述的耐高温电缆，其特征在于，所述镀银芳纶丝编织套(6)的直径为0.85-0.90mm，所述第一绝缘层(7)的厚度为0.15-0.20mm，所述临界层(8)的厚度为0.05-0.12mm，所述第二绝缘层(9)的厚度为0.20-0.25mm。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温电缆，其中，所述镀银芳纶丝编制套中的镀银芳纶丝的外表面上的镀银层的厚度为1-2μm。
4.根据权利要求3所述的耐高温电缆，其特征在于，以所述镀银芳纶丝编织套(6)的横截面的面积为基准，所述镀银芳纶丝编织套(6)的横截面中石棉(5)占有的面积为35-45％。
5.根据权利要求1或2所述的耐高温电缆，其特征在于，所述线芯单元(1)包括相互绞合的多股镀银铜丝(2)，所述多股镀银铜丝(2)的外部设置有保护层(4)，所述保护层(4)由聚苯乙烯填充而成。
6.根据权利要求5所述的耐高温电缆，其特征在于，所述镀银铜丝(2)的直径为0.05-0.08mm，所述保护层(4)的直径为0.20-0.30mm。
7.根据权利要求6所述的耐高温电缆，其特征在于，所述多股镀银铜丝(2)的外表面的镀银层(3)的厚度为0.5-0.9μm。
8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的基于石棉的耐高温电缆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)将所述多股线芯单元(1)相互绞合，接着将所述镀银芳纶丝编织套(6)套设于所述多股线芯单元(1)的外部，然后将所述石棉(5)填充至所述镀银芳纶丝编织套(6)的内部；
2)将所述丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物挤包于所述镀银芳纶丝编织套(6)的外部以形成所述第一绝缘层(7)，接着将所述纳米碳化钨嵌设于所述第一绝缘层(7)的表面形成所述临界层(8)，然后将所述乙烯-四氟乙烯共聚物挤包于所述第一绝缘层(7)的外部形成第二绝缘层(9)以制得基于石棉的耐高温电缆。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)之前，所述方法还包括：将芳纶丝浸泡于酸液中，接着取出并在所述芳纶丝的外表面上镀上银层以制得镀银芳纶丝，然后将所述镀银芳纶丝编织成所述镀银芳纶丝编织套(6)。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其中，所述酸液选自盐酸溶液、硝酸溶液和硫酸溶液中的一种或多种；并且，所述酸液的浓度为50-70重量％。
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