CN106128608A - 一种高强度柔性防火电缆及其制备方法 - Google Patents

一种高强度柔性防火电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度柔性防火电缆及其制备方法，该高强度柔性防火电缆包括表层护套、空心层、支撑层、内衬、绝缘层、导体，可长时承受‑70℃~200℃的工作温度、最小弯曲半径不高于直径的8倍、至少可抗雷电陡坡峰值4000kV/s、屈服强度不低于120N/mm2、延伸率不低于35%、抗拉强度不低于150N/mm2；通过将采用特定方法制造的石墨化碳纤维编织成网管状作为支撑层、增加空心层的设计、选用耐高温抗老化材料作为基材，又增加了不锈钢丝网层加强机械性能，获得极佳的性能；本发明的高强度柔性防火电缆综合机械性能好、绝缘性强、强度高、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长、使用范围广。

Description

一种高强度柔性防火电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子元件领域，尤其涉及一种高强度柔性防火电缆及其制备方法。
背景技术
电缆，通常是由几根或几组导线（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。电缆具有内通电，外绝缘的特征。
绝缘层即在电缆导线外围均匀而密封地包裹一层不导电的材料，如：树脂、塑料、硅橡胶、PVC等，但这些材料受本质性能所限，其耐热性能和绝缘性能相对较弱。
在国内已申请的相关专利中，专利《高强度柔性拖链电缆》（申请号：201410261075.5，公开日：2016-02-03），公开了一种高强度柔性拖链电缆，但其与常规技术比较仅在导体中添加在钢丝，增加了凯拉夫加强芯，对电缆的机构性能没有改善，其可弯曲性仍较差，最小弯曲半径大，综合机械性能差，使用范围小；其采用的绝缘材料均为现有常用材料，这些材料绝缘性能一般，且易受酸碱腐蚀、耐水性差、易燃烧，因此该发明的绝缘性弱，使用寿命短，阻燃能力差、易老化、不耐高温；虽然采用凯拉夫加强芯及将钢丝与铜丝共绞制成导体，但其明显牺牲了导电性能，而且提升的仅为芯材部分的径向抗拉强度，没有提高电缆的整体强度，对其使用范围也没有明显改善。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种综合机械性能好、绝缘性强、强度高、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长、使用范围广的高强度柔性防火电缆及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高强度柔性防火电缆的制造方法，包括以下步骤：
1）原材料的选用与准备
①表层护套原材料选用固化有5～8wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶，选用标准为：其体积电阻率不低于2×1015Ω•cm、介电强度不低于200kV/cm、长时工作温度范围-55~180℃；
②沉淀硬化不锈钢丝层原材料选用直径0.05mm-0.2mm沉淀硬化不锈钢丝；
③支撑层原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
④内衬原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
⑤绝缘层原材料选用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料；
⑥导体原材料选用标准铜材或铝材；
2）石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min -10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min -8min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃-2500℃环境下，保温8s-12s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
3）高强度柔性防火电缆的制造
①将导体按标准方式编织好，获得待用导体；
②将1）中步骤⑤准备的环氧树脂与玻璃纤维加热至熔融态，获得封装用流体；
③将步骤①获得的待用导体放入步骤②获得的封装用流体进行封装，获得待用芯材；
④将1）中步骤④准备的ENB三元乙丙橡胶按标准方法制成管状，获得套管内层；
⑤将2）中步骤⑦获得的石墨化碳纤维编织成致密网管状，套装在步骤④获得的套管内层外表面，获得套管中层；
⑥将沉淀硬化不锈钢丝编织在步骤⑤获得的套管中层外表面，获得带沉淀硬化不锈钢丝层的套管中层；
⑦将1）中步骤①准备的改性热硫化型硅橡胶按标准方法制成表层护套，该表层护套的内径比步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层的套管中层外径大1mm~2mm；
⑧将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑦获得的表层护套内，即获得所需高强度柔性防火电缆。
一种根据上述制造方法制造出的高强度柔性防火电缆，包括表层护套、支撑层、内衬、绝缘层、导体；在表层护套与支撑层之间还设置有空心层，空心层与支撑层交界处设置有沉淀硬化不锈钢丝层；表层护套采用固化有5～8wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶；支撑层采用石墨化碳纤维制成；内衬采用ENB三元乙丙橡胶制成；绝缘层采用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料制成。
该高强度柔性防火电缆可长时承受-70℃~200℃的工作温度、最小弯曲半径不高于直径的8倍、至少可抗雷电陡坡峰值4000kV/s、屈服强度不低于120N/mm2、延伸率不低于35%、抗拉强度不低于150N/mm2。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：选用的热硫化型硅橡胶、ENB三元乙丙橡胶、石墨化碳纤维都具有非常好的耐高温的抗老化性能，加上在支撑层和表层护套中间设置了空心层，起着散热、隔热的作用，沉淀硬化不锈钢丝层可以反射部分光线和热能，并通过空心层和透明的热硫化型硅橡胶表层传播，散热能力远强于常规电缆，使得整个电缆整体抗高温抗老化性能得到长足的提升，因此本发明的高强度柔性防火电缆耐高温、抗老化、使用寿命长；添加的沉淀硬化不锈钢丝网能显著提向电缆的综合强度、延伸率和抗弯性能，还能提供一定的电磁屏蔽能力；由于表层护套采用热硫化型硅橡胶，选用标准为：其体积电阻率不低于2×1015Ω•cm、介电强度不低于200kV/cm，绝缘层采用环氧树脂与玻璃纤维的混合物，再加上空心层的隔断，使电缆整体绝缘性很强且不易击穿损毁，至少可抗雷电陡坡峰值4000kV/s；整体结构设计合理、各层级结构和材料功能互补，有石墨化纤维的高强度高柔韧性、硅橡胶的高延伸率和大范围工作温度、环氧树脂与玻璃纤维混合物的高韧性及缓冲能力，及空心层提供的退让和缓冲空间，使本发明的综合机械性能好、可弯曲半径大、使用范围广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：表层护套1、空心层2、沉淀硬化不锈钢丝层3、支撑层4、内衬5、绝缘层6、导体7。
具体实施方式
实施例1：
一种高强度柔性防火电缆，由外及内设置有表层护套1、空心层2、沉淀硬化不锈钢丝层3、支撑层4、内衬5、绝缘层6、导体7；表层护套1采用固化有5wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶；支撑层4采用石墨化碳纤维制成；内衬5采用ENB三元乙丙橡胶制成；绝缘层6采用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料制成。；
该高强度柔性防火电缆的制造方法包括以下步骤：
1）原材料的选用与准备
①表层护套1原材料选用固化有5wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶，选用标准为：其体积电阻率不低于2×1015Ω•cm、介电强度不低于200kV/cm、长时工作温度范围-55~180℃；
②沉淀硬化不锈钢丝层3原材料选用直径0.05mm沉淀硬化不锈钢丝；
③支撑层4原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
④内衬5原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
⑤绝缘层6原材料选用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料；
⑥导体7原材料选用标准铜材或铝材；
2）石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃，处理时间5min，后炭化处理温度1500℃，处理时间5min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃环境下，保温8s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
3）高强度柔性防火电缆的制造
①将导体7按标准方式编织好，获得待用导体7；
②将1）中步骤⑤准备的环氧树脂与玻璃纤维加热至熔融态，获得封装用流体；
③将步骤①获得的待用导体7放入步骤②获得的封装用流体进行封装，获得待用芯材；
④将1）中步骤④准备的ENB三元乙丙橡胶按标准方法制成管状，获得套管内层；
⑤将2）中步骤⑦获得的石墨化碳纤维编织成致密网管状，套装在步骤④获得的套管内层外表面，获得套管中层；
⑥将沉淀硬化不锈钢丝编织在步骤⑤获得的套管中层外表面，获得带沉淀硬化不锈钢丝层3的套管中层；
⑦将1）中步骤①准备的改性热硫化型硅橡胶按标准方法制成表层护套1，该表层护套1的内径比步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层3的套管中层外径大1mm；
⑧将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层3的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑦获得的表层护套1内，即获得所需高强度柔性防火电缆。
根据本实施例生产的电缆样品，可长时承受-70℃~200℃的工作温度、最小弯曲半径为直径的6倍、可抗雷电陡坡峰值4600kV/s、屈服强度140N/mm2、延伸率56%、抗拉强度不低于177N/mm2。
实施例2：
一种高强度柔性防火电缆，由外及内设置有表层护套1、空心层2、沉淀硬化不锈钢丝层3、支撑层4、内衬5、绝缘层6、导体7；表层护套1采用固化有8wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶；支撑层4采用石墨化碳纤维制成；内衬5采用ENB三元乙丙橡胶制成；绝缘层6采用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料制成。；
该高强度柔性防火电缆的制造方法包括以下步骤：
1）原材料的选用与准备
①表层护套1原材料选用固化有8wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶，选用标准为：其体积电阻率不低于2×1015Ω•cm、介电强度不低于200kV/cm、长时工作温度范围-55~180℃；
②沉淀硬化不锈钢丝层3原材料选用直径0.2mm沉淀硬化不锈钢丝；
③支撑层4原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
④内衬5原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
⑤绝缘层6原材料选用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料；
⑥导体7原材料选用标准铜材或铝材；
2）石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为2bar，喷头与凝固浴液面距离为15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度800℃，处理时间10min，后炭化处理温度1600℃，处理时间8min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2500℃环境下，保温12s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
3）高强度柔性防火电缆的制造
①将导体7按标准方式编织好，获得待用导体7；
②将1）中步骤⑤准备的环氧树脂与玻璃纤维加热至熔融态，获得封装用流体；
③将步骤①获得的待用导体7放入步骤②获得的封装用流体进行封装，获得待用芯材；
④将1）中步骤④准备的ENB三元乙丙橡胶按标准方法制成管状，获得套管内层；
⑤将2）中步骤⑦获得的石墨化碳纤维编织成致密网管状，套装在步骤④获得的套管内层外表面，获得套管中层；
⑥将沉淀硬化不锈钢丝编织在步骤⑤获得的套管中层外表面，获得带沉淀硬化不锈钢丝层3的套管中层；
⑦将1）中步骤①准备的改性热硫化型硅橡胶按标准方法制成表层护套1，该表层护套1的内径比步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层3的套管中层外径大2mm；
⑧将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层3的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑦获得的表层护套1内，即获得所需高强度柔性防火电缆。
根据本实施例生产的电缆样品，可长时承受-70℃~200℃的工作温度、最小弯曲半径为直径的8倍、可抗雷电陡坡峰值5100kV/s、屈服强度185N/mm2、延伸率44%、抗拉强度不低于231N/mm2。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种高强度柔性防火电缆的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）原材料的选用与准备
①表层护套(1)原材料选用固化有5～8wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶；
②沉淀硬化不锈钢丝层(3)原材料选用直径0.05mm-0.2mm沉淀硬化不锈钢丝；
③支撑层(4)原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
④内衬(5)原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
⑤绝缘层(6)原材料选用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料；
⑥导体(7)原材料选用标准铜材或铝材；
2）石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min -10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min -8min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃-2500℃环境下，保温8s-12s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
3）高强度柔性防火电缆的制造
①将导体(7)按标准方式编织好，获得待用导体(7)；
②将1）中步骤⑤准备的环氧树脂与玻璃纤维加热至熔融态，获得封装用流体；
③将步骤①获得的待用导体(7)放入步骤②获得的封装用流体进行封装，获得待用芯材；
④将1）中步骤④准备的ENB三元乙丙橡胶按标准方法制成管状，获得套管内层；
⑤将2）中步骤⑦获得的石墨化碳纤维编织成致密网管状，套装在步骤④获得的套管内层外表面，获得套管中层；
⑥将沉淀硬化不锈钢丝编织在步骤⑤获得的套管中层外表面，获得带沉淀硬化不锈钢丝层(3)的套管中层；
⑦将1）中步骤①准备的改性热硫化型硅橡胶按标准方法制成表层护套(1)，该表层护套(1)的内径比步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层(3)的套管中层外径大1mm~2mm；
⑧将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑥获得的带沉淀硬化不锈钢丝层(3)的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑦获得的表层护套(1)内，即获得所需高强度柔性防火电缆。
2.根据权利要求1所述制造方法制造出的高强度柔性防火电缆，包括表层护套(1)、支撑层(4)、内衬(5)、绝缘层(6)、导体(7)，其特征在于：在表层护套(1)与支撑层(4)之间还设置有空心层(2)，空心层(2)与支撑层(4)交界处设置有沉淀硬化不锈钢丝层(3)；表层护套(1)采用固化有5～8wt%氢氧化镁阻燃剂的改性热硫化型硅橡胶；支撑层(4)采用石墨化碳纤维制成；内衬(5)采用ENB三元乙丙橡胶制成；绝缘层(6)采用环氧树脂与玻璃纤维按重量比9：1的混合材料制成。
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