CN106751896A - 一种耐寒耐高温电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐寒耐高温电缆及其制造方法。本发明与现有技术相比，根据本发明实施例的制造方法采用甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶、白炭黑、硅氮烷、羧基硅油、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯制备硅橡胶绝缘层；采用甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶、甲基乙烯基硅橡胶生胶、白炭黑、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯制备硅橡胶护套，利用高压二氧化碳对护套层进行发泡处理。根据本发明实施例的耐寒耐高温电缆，在保证电缆基本应用性能的前提下，具有显著的耐寒、耐高温性能，在极端环境中具有较长的服役寿命，使电缆应用更安全。

Description

一种耐寒耐高温电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于输配电线路器材领域，涉及一种电缆及其制备方法，尤其涉及一种耐寒耐高温电缆及其制备方法。
背景技术
随着经济社会发展，电力需求日益增长，同时为了降低传统火力发电带来的环境负面影响，我国正积极将西部等地区丰富的风能、太阳能等清洁能源转化为电能输送至用电量大的东部沿海地区。而西部等地区光照强烈，昼夜温差大，有些地区常年高寒，传统的电缆在这种环境中服役寿命大大降低，甚至存在严重的安全隐患。
在本发明完成之前，尚未见到用与本发明制备方法相同的耐寒耐高温电缆产品，也未见到有与本发明相同的耐寒耐高温电缆的制备方法在文献中有记载。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种耐寒耐高温电缆以及耐寒耐高温电缆的制备方法。
根据本发明的一方面，一种耐寒耐高温电缆由铝合金导体、硅橡胶绝缘层和微孔泡沫硅橡胶护套组成。
根据本发明的示例性实施例，所述硅橡胶绝缘层由甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶100重量份、白炭黑10-15重量份、硅氮烷10重量份、羧基硅油2重量份、过氧化苯甲酰(BPO)0.5-1重量份、以及过氧化二异丙苯(DCP)0.5-1重量份制成；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶的平均摩尔质量为630000g/mol，其中，苯基摩尔分数为0.11，乙烯基摩尔分数0.20；所述白炭黑的比表面积为350m2/g，密度为2.2g/dm3；所述羧基硅油中羧基的摩尔分数为8％、粘度为55Pa·s。
根据本发明的示例性实施例，所述微孔泡沫硅橡胶护套由甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶100重量份、甲基乙烯基硅橡胶生胶10-25重量份、白炭黑15-20重量份、过氧化苯甲酰(BPO)1-1.5重量份、过氧化二异丙苯(DCP)1-1.5重量份制成；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶平均摩尔质量640000g/mol，其中，苯基摩尔分数为0.15，乙烯基摩尔分数0.20；所述甲基乙烯基硅橡胶的平均摩尔质量为62000g/mol，乙烯基摩尔分数0.5；所述白炭黑的比表面积为330m2/g，密度为2.1g/dm3。
根据本发明的示例性实施例，所述硅橡胶绝缘层抗张强度为12.5MPa-13.5MPa，断裂伸长率为450％-500％；在300℃下经过72h热空气老化后，其强度变化率为±8％，断裂伸长率变化率为±20％；所述硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.58-0.70。
根据本发明的示例性实施例，所述微孔泡沫硅橡胶护套层抗张强度为18MPa-25MPa，断裂伸长率为500％-550％；在300℃下经过72h热空气老化后，其强度变化率为±2％，断裂伸长率变化率为±5％；所述微孔泡沫硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.75-0.88。
根据本发明的另一方面，一种耐寒耐高温电缆的制备方法，包括以下步骤：
一、导体线芯制备
采用铝合金材料，经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体；
二、硅橡胶绝缘层制备
按配比将甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶、白炭黑、硅氮烷、羧基硅油依次加入密炼机中，密炼温度为105℃，混炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中真空热处理50min，处理温度为150℃；待胶料冷却后，加入过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯，混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm厚的胶层；
采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在导体外，形成硅橡胶绝缘层，并通过在线硫化装置进行硫化，硫化温度为105℃、硫化速率为8m/min-15m/min；
三、成缆
将挤包绝缘后的绝缘线芯绞合成缆；
四、硅橡胶护套层制备
按配比将甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶、甲基乙烯基硅橡胶生胶、白炭黑依次加入密炼机中，密炼温度为110℃，混炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中真空热处理1h，温度为150℃；待胶料冷却后，加入过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm的胶层；
采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在缆芯外，形成硅橡胶护套层；采用二氧化碳对护套层进行发泡处理，将挤包后的电缆置于二氧化碳发泡高压反应室内，先充入低压二氧化碳将反应室内空气置换干净，再充入高压二氧化碳，在一定温度和压力下溶胀和渗透一定时间；
将发泡后的电缆置于真空烘箱内进行硫化，硫化温度为150℃-170℃，硫化时间为30min。
根据本发明的示例性实施例，所述发泡温度为60℃-75℃，发泡压力为12MPa-15MPa，溶胀时间为25min-40min，渗透时间为2s。
根据本发明的示例性实施例，所述硅橡胶护套层发泡倍率为2.58-3.52，密度为0.32g/cm3-0.43g/cm3。
本发明所制备的耐寒耐高温电缆，综合运用材料和创新性工艺制备复合硅橡胶绝缘层和复合硅橡胶护套层。其中，硅橡胶绝缘层抗张强度为12.5MPa-13.5MPa，断裂伸长率为450％-500％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为±8％，断裂伸长率变化率为±20％，在-75℃时的压缩耐寒系数为0.58-0.70；硅橡胶护套层抗张强度为18MPa-25MPa，断裂伸长率为500％-550％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为±2％，断裂伸长率变化率为±5％，在-75℃时的压缩耐寒系数为0.75-0.88；具有优异的耐寒和耐高温性能。
本发明与现有技术相比，根据本发明的耐寒耐高温电缆结构及制作工艺简单，具有显著的耐寒、耐高温性能，在极端环境中具有较长的服役寿命，使电缆应用更安全。
本发明综合提供一种以复合硅橡胶材料为绝缘层，以复合发泡硅橡胶材料为护套层的电缆，该电缆具有优异的耐低温和耐高温性能。可以实现安全可靠的电力供应，从而提高电网系统对现有清洁能源的消纳能力，提升电网资源优化配置能力，优化能源消耗结构，促进节能减排，推动低碳经济的发展，实现能源、环境、经济的可持续发展。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，通过以下几个具体实施例对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
1、采用铝合金材料，经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体。
2、按重量份，将100份平均摩尔质量为630000g/mol、其中苯基摩尔分数为0.11、乙烯基摩尔分数0.20的甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶，10份比表面积为350m2/g、密度为2.2g/dm3的白炭黑(例如，气相法白炭黑)，10份硅氮烷，2份羧基的摩尔分数为8％、粘度为55Pa·s的羧基硅油依次加入密炼机中，在105℃温度下密炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中在150℃温度下处理50min；待胶料冷却后，加入0.5份过氧化苯甲酰、0.5份过氧化二异丙苯，混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm厚的胶层。
3、采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在导体外，形成硅橡胶绝缘层，并通过在线硫化装置进行硫化，硫化温度为105℃、硫化速率为15m/min。
4、所述硅橡胶绝缘层抗张强度为12.5MPa，断裂伸长率为450％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为-6％，断裂伸长率变化率为+10％；所述硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.58。
5、将挤包绝缘后的绝缘线芯绞合成缆。
6、按配比将100份平均摩尔质量640000g/mol，其中苯基摩尔分数为0.15、乙烯基摩尔分数0.20的甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶，10份平均摩尔质量为62000g/mol、乙烯基摩尔分数0.5的甲基乙烯基硅橡胶生胶，15份比表面积为330m2/g、密度为2.1g/dm3的白炭黑依次加入密炼机中，在110℃温度下密炼30min，；将混炼胶料在真空烘箱中在150℃温度下处理1h；待胶料冷却后，加入1份过氧化苯甲酰、1份过氧化二异丙苯混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm的胶层。
7、采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在缆芯外，形成硅橡胶护套层。采用二氧化碳对护套层进行发泡处理，将挤包后的电缆置于二氧化碳发泡高压反应室内，先充入低压二氧化碳将反应室内空气置换干净，再充入高压二氧化碳，在60℃温度和12MPa压力下溶胀25min和渗透2s。
8、将发泡后的电缆置于真空烘箱内进行硫化，硫化温度为170℃，硫化时间为30min。
9、所述硅橡胶护套层发泡倍率为2.58，密度为0.43g/cm3。
10、所得硅橡胶护套层得抗张强度为18MPa，断裂伸长率为500％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为-1％，断裂伸长率变化率为+3％；在-75℃时的压缩耐寒系数为0.75。
实施例2：
1、采用铝合金材料，经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体。
2、按重量份，将100份平均摩尔质量为630000g/mol、其中苯基摩尔分数为0.11、乙烯基摩尔分数0.20的甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶，12份比表面积为350m2/g、密度为2.2g/dm3的白炭黑，10份硅氮烷，2份羧基的摩尔分数为8％、粘度为55Pa·s的羧基硅油依次加入密炼机中，在105℃温度下密炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中在150℃温度下处理50min；待胶料冷却后，加入0.8份过氧化苯甲酰、0.8份过氧化二异丙苯，混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm厚的胶层。
3、采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在导体外，形成硅橡胶绝缘层，并通过在线硫化装置进行硫化，硫化温度为150℃、硫化速率为12m/min。
4、所述硅橡胶绝缘层抗张强度为13.5MPa，断裂伸长率为500％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为-2％，断裂伸长率变化率为+5；所述硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.70。
5、将挤包绝缘后的绝缘线芯绞合成缆。
6、按配比将100份平均摩尔质量640000g/mol，其中苯基摩尔分数为0.15、乙烯基摩尔分数0.20的甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶，18份平均摩尔质量为62000g/mol、乙烯基摩尔分数0.5的甲基乙烯基硅橡胶生胶，18份比表面积为330m2/g、密度为2.1g/dm3的白炭黑依次加入密炼机中，在110℃温度下密炼30min，；将混炼胶料在真空烘箱中在150℃温度下处理1h；待胶料冷却后，加入1.2份过氧化苯甲酰、1.2份过氧化二异丙苯混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm的胶层。
7、采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在缆芯外，形成硅橡胶护套层。采用二氧化碳对护套层进行发泡处理，将挤包后的电缆置于二氧化碳发泡高压反应室内，先充入低压二氧化碳将反应室内空气置换干净，再充入高压二氧化碳，在66℃温度和13.5MPa压力下溶胀35min和渗透2s。
8、将发泡后的电缆置于真空烘箱内进行硫化，硫化温度为160℃，硫化时间为30min。
9、所述硅橡胶护套层发泡倍率为3.52，密度为0.32g/cm3。
10、所得硅橡胶护套层得抗张强度为25MPa，断裂伸长率为550％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为-1％，断裂伸长率变化率为+2％；在-75℃时的压缩耐寒系数为0.88。
实施例3：
1、采用铝合金材料，经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体。
2、按重量份，将100份平均摩尔质量为630000g/mol、其中苯基摩尔分数为0.11、乙烯基摩尔分数0.20的甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶，15份比表面积为350m2/g、密度为2.2g/dm3的白炭黑，10份硅氮烷，2份羧基的摩尔分数为8％、粘度为55Pa·s的羧基硅油依次加入密炼机中，在105℃温度下密炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中在150℃温度下处理50min；待胶料冷却后，加入1份过氧化苯甲酰、1份过氧化二异丙苯，混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm厚的胶层。
3、采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在导体外，形成硅橡胶绝缘层，并通过在线硫化装置进行硫化，硫化温度为105℃、硫化速率为10m/min。
4、所述硅橡胶绝缘层抗张强度为13.2MPa，断裂伸长率为470％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为-5％，断裂伸长率变化率为+8％；所述硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.65。
5、将挤包绝缘后的绝缘线芯绞合成缆。
6、按配比将100份平均摩尔质量640000g/mol，其中苯基摩尔分数为0.15、乙烯基摩尔分数0.20的甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶，25份平均摩尔质量为62000g/mol、乙烯基摩尔分数0.5的甲基乙烯基硅橡胶生胶，20份比表面积为330m2/g、密度为2.1g/dm3的白炭黑依次加入密炼机中，在110℃温度下密炼30min，；将混炼胶料在真空烘箱中在150℃温度下处理1h；待胶料冷却后，加入1.5份过氧化苯甲酰、1.5份过氧化二异丙苯混炼10min，将制得的混炼胶在平板硫化仪上预硫化定型，得到50mm的胶层。
7、采用硅橡胶押出机将混炼后的胶体挤包在缆芯外，形成硅橡胶护套层。采用二氧化碳对护套层进行发泡处理，将挤包后的电缆置于二氧化碳发泡高压反应室内，先充入低压二氧化碳将反应室内空气置换干净，再充入高压二氧化碳，在75℃温度和15MPa压力下溶胀40min和渗透2s。
8、将发泡后的电缆置于真空烘箱内进行硫化，硫化温度为170℃，硫化时间为30min。
9、所述硅橡胶护套层发泡倍率为3.18，密度为0.38g/cm3。
10、所得硅橡胶护套层得抗张强度为21MPa，断裂伸长率为522％；300℃×72h热空气老化后，其强度变化率为-2％，断裂伸长率变化率为+3％；在-75℃时的压缩耐寒系数为0.81。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐寒耐高温电缆，其特征在于，所述电缆由铝合金导体、硅橡胶绝缘层和微孔泡沫硅橡胶护套组成。
2.根据权利要求1所述的耐寒耐高温电缆，其特征在于，所述硅橡胶绝缘层由甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶100重量份、白炭黑10-15重量份、硅氮烷10重量份、羧基硅油2重量份、过氧化苯甲酰(BPO)0.5-1重量份、以及过氧化二异丙苯(DCP)0.5-1重量份制成；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶的平均摩尔质量为630000g/mol，其中，苯基摩尔分数为0.11，乙烯基摩尔分数0.20；所述白炭黑的比表面积为350m2/g，密度为2.2g/dm3；所述羧基硅油中羧基的摩尔分数为8％、粘度为55Pa·s。
3.根据权利要求1所述的耐寒耐高温电缆，其特征在于，所述微孔泡沫硅橡胶护套由甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶100重量份、甲基乙烯基硅橡胶生胶10-25重量份、白炭黑15-20重量份、过氧化苯甲酰(BPO)1-1.5重量份、过氧化二异丙苯(DCP)1-1.5重量份制成；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶平均摩尔质量640000g/mol，其中，苯基摩尔分数为0.15，乙烯基摩尔分数0.20；所述甲基乙烯基硅橡胶的平均摩尔质量为62000g/mol，乙烯基摩尔分数0.5；所述白炭黑的比表面积为330m2/g，密度为2.1g/dm3。
4.根据权利要求1-2任一所述的耐寒耐高温电缆，其特征在于，所述硅橡胶绝缘层抗张强度为12.5MPa-13.5MPa，断裂伸长率为450％-500％；在300℃下经过72h热空气老化后，其强度变化率为±8％，断裂伸长率变化率为±20％；所述硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.58-0.70。
5.根据权利要求1-2任一所述的耐寒耐高温电缆，其特征在于，所述微孔泡沫硅橡胶护套层抗张强度为18MPa-25MPa，断裂伸长率为500％-550％；在300℃下经过72h热空气老化后，其强度变化率为±2％，断裂伸长率变化率为±5％；所述微孔泡沫硅橡胶绝缘层在-75℃时的压缩耐寒系数为0.75-0.88。
6.一种耐寒耐高温电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用铝合金材料，制得导体；
按配比将甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶、白炭黑、硅氮烷、羧基硅油依次加入密炼机中，密炼温度为105℃，混炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中真空热处理50min，处理温度为150℃；待胶料冷却后，加入过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯，混炼10min，将制得的混炼胶预硫化定型，得到50mm厚的胶层；
将混炼后的胶体挤包在导体外，形成硅橡胶绝缘层，并对所述硅橡胶绝缘层进行硫化，硫化温度为105℃、硫化速率为8m/min-15m/min；
将挤包绝缘后的绝缘线芯绞合成缆；
按配比将甲基乙烯基苯基硅橡胶生胶、甲基乙烯基硅橡胶生胶、白炭黑依次加入密炼机中，密炼温度为110℃，混炼30min；将混炼胶料在真空烘箱中真空热处理1h，温度为150℃；待胶料冷却后，加入过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯混炼10min，将制得的混炼胶预硫化定型，得到50mm的胶层；
将混炼后的胶体挤包在缆芯外，形成硅橡胶护套层；
采用二氧化碳对所述硅橡胶护套层进行发泡处理；
将发泡后的电缆置于真空烘箱内进行硫化，硫化温度为150℃-170℃，硫化时间为30min。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述发泡温度为60℃-75℃，发泡压力为12MPa-15MPa，溶胀时间为25min-40min，渗透时间为2s。
8.根据权利要求6-7任一所述的制备方法，其特征在于，所述硅橡胶护套层发泡倍率为2.58-3.52，密度为0.32g/cm3-0.43g/cm3。
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