CN107464618A - 一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备技术领域，公开了一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆，由内而外包括导线，热传导层，介质层，防火层，屏蔽层，以及绝缘层；所述热传导层由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；所述介质层为热塑性弹性体聚合体；所述防火层为云母带层；所述屏蔽层为热熔铝箔麦拉外覆盖铜塑箔。本发明电力电缆能够有效地耐酸碱腐蚀，并且能够保持较好的阻燃性能、机械性能以及绝缘性能等，优于一般电缆产品。

Description

一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆。

背景技术

现有技术的电缆主要是由导体和绝缘层组成，其传输精度、抗高温能力、弯折性能达不到要求，且其制造不便，整个电缆的绝缘抵抗能力低，尤其电缆在恶劣环境下，腐蚀性液体很容易渗透，抗腐蚀能力低，还有在高温下绝缘层受热易变软，使整个电缆的使用寿命短，已不能满足较快发展的产品要求。

近年来随着生产生活电线电缆的运用日益发展和普及，电线电缆的需要量增加很快，而且随着经济的发展，对其材料的要求也越来越高，它要求柔软、耐磨、耐低温等性能。而较多的出现的是阻燃电缆，阻燃电缆顾名思义，指在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去试验火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。其根本特性是：在火灾情况下有可能被烧坏而不能运行，但可阻止火势的蔓延。通俗地讲，电线万一失火，能够把燃烧限制在局部范围内，不产生蔓延，保住其他的各种设备，避免造成更大的损失。能更大限度的保护生命安全及财产安全，所以运用较为普遍。

而无论从机械性、热火化学耐受性以及灾害防护角度考虑，电缆材料在防护内部原料受损以维持其正常运行方面均起到至关重要的作用，在具体应用过程中，电缆材料必须能都抵抗日晒、UV辐射、臭氧老化、化学药品侵蚀，同时在意外灾害情况下仍能保证或暂时保证其正常运行，随着电气火灾事故的频繁发生，电线电缆的阻燃问题逐渐引起世界各国的重视；电缆燃烧时释放出大量烟雾和有毒的、腐蚀性的气体是火灾中危险因素，在火灾中妨碍了人们的安全撤离和灭火工作，使生命财产遭到严重损失，同时随着通讯事业、汽车工业和计算机工业的发展，特别是航空导线、汽车用线、高温仪表电缆、石油钻井平台电缆等许多场合，越来越需要使用阻燃、热稳定性能好、热变形温度高的电缆材料。

聚氯乙烯电缆料是以PVC树脂为基础,加入各种配合剂的多组份混合材料。由于它机械性能优越、耐气候性好、有优良的电气绝缘性能、加工容易和成本低廉等优点，因此被广泛用于电线电缆的绝缘和护层材料。但是目前市场上的电缆料仍然存在缺陷，有的粘性过大，有的伸长率不高，所以我们急需改良该材料，并且现有技术中为了增加电缆阻燃特征，加入了大量的无机阻燃材料，导致电缆整体硬度增加，甚至容易出现外层断裂。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供了一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆，由内而外包括导线1，热传导层2，介质层3，防火层4，屏蔽层5，以及绝缘层6。

进一步地，

所述热传导层2由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；

所述介质层3为热塑性弹性体聚合体；

所述防火层4为云母带层；

所述屏蔽层5为热熔铝箔麦拉外覆盖铜塑箔。

本发明着重涉及对绝缘层6的改进，具体地，

所述绝缘层6按照如下工艺制备而得：步骤1）制备阻燃树脂，步骤2）制备纳米辅料，步骤3）制备主料，步骤4）熔融、成型、切割以及扩口。

进一步地，所述绝缘层6按照如下工艺制备而得：

步骤1）制备阻燃树脂：称取浓度为90wt％苯酚、35wt％的甲醛及20wt％的氢氧化钠溶液，三者的摩尔比为1：2：1，将氢氧化钠溶液与苯酚混合并在温度为40℃保温20min，然后加入甲醛，升温至80℃保温30min；然后向得到的溶液中加入相当于苯酚重量1％的双酚A型环氧树脂、0.2%的聚二甲基硅氧烷，在温度为90℃回流60min，然后与红磷按照10:1的重量比混合均匀，降至室温，即得；

步骤2）制备纳米辅料：将纳米二氧化硅以及纳米碳化硅按照2-3:1-2的质量比混合均匀得到混合物，然后投入到与混合物同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到纳米辅料；

步骤3）制备主料：将聚氯乙烯树脂、步骤1）所得阻燃树脂、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及步骤2）所得纳米辅料按照50:30:5:3:2的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5分钟，密炼温度为90℃，得到主料；

步骤4）熔融、成型、切割以及扩口：将主料、硬脂酸镁以及次磷酸铈以按照300-500:3-5:2-3的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。

在本发明中，研究立足点以及有益效果主要包括以下几个方面：

本发明采用上述结构，在导体及防火层之间添加热传导层和介质层，提升了整个电缆的绝缘抵抗能力；

热传导层为硅胶和氮化铝的混合物；硅脂是由精炼合成油作为基础油稠无机稠化剂，并加有结构稳定剂、防腐蚀添加剂精制而成，具有良好的防水密封性、防水、抗溶剂性和抗爬电性能，不腐蚀金属；缺点是材料较软，长期高温状态下使用,导热膏内有游离物质析出，成型性能差。氮化铝粉末导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。二者配合使用，具备较好的导热性能；

介质层为热塑性弹性体聚合体，该介质柔软、抗腐蚀能力强，能提升电缆的抗腐蚀能力而不影响电缆固有性能，在摄氏90－25度间，不受温度变化而在性能上有所变化，提升了电缆整体耐温等级。

由于电缆绝缘外层需要强度高，耐腐蚀，阻燃防火，本发明着重对绝缘层进行了改进；阻燃树脂为：改性酚醛树脂和阻燃剂＝10：1比例制备，阻燃耐候性能好，协同作用显著，抗氧效果好，稳定性高、低毒，可进一步提高电线电缆的耐热、耐光老化性能。

次磷酸铈保持了材料的稳定性，增强了材料的防火能力；聚四氟乙烯具有自熄性，一旦电缆着火，可以阻止火焰扩散。纳米二氧化硅和碳化硅是性能优异的无机非金属材料，其具有比表面积大，表面吸附力强，化学纯度高、分散性能好等特异的性能，以其优越的稳定性性、补强性、增稠性和触变性，本发明通过对纳米材料进行改性处理，使其均匀分散到有机材料骨架中，组织相同性能好，分布在材料的骨架中，提高了机械强度，并且不会影响柔韧性能；硬脂酸镁能够增强热稳定性，防分解氧化。

本发明与聚氯乙烯树脂相比，阻燃性能更佳，而且强度和耐腐蚀性能也相应提升，具备较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明电缆的结构示意图；

图1中：导线1，热传导层2，介质层3，防火层4，屏蔽层5，绝缘层6。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆，由内而外包括导线1，热传导层2，介质层3，防火层4，屏蔽层5，以及绝缘层6；

所述热传导层2由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；

所述介质层3为热塑性弹性体聚合体；

所述防火层4为云母带层；

所述屏蔽层5为热熔铝箔麦拉外覆盖铜塑箔；

所述绝缘层6按照如下工艺制备而得：

步骤1）制备阻燃树脂：首先称取浓度为90wt％苯酚、35wt％的甲醛及20wt％的氢氧化钠溶液，三者的摩尔比为1：2：1，将氢氧化钠溶液与苯酚混合并在温度为40℃保温20min，然后加入甲醛，升温至80℃保温30min；然后向得到的溶液中加入相当于苯酚重量1％的双酚A型环氧树脂、0.2%的聚二甲基硅氧烷，在温度为90℃回流60min，然后与红磷按照10:1的质量比混合均匀，降至室温，即得；

步骤2）制备纳米辅料：将纳米二氧化硅以及纳米碳化硅按照3:2的质量比混合均匀得到混合物，然后投入到与混合物同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到纳米辅料；

步骤3）制备主料：将聚氯乙烯树脂、步骤1）所得阻燃树脂、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及纳米辅料按照50:30:5:3:2的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5分钟，密炼温度为90℃，得到主料；

步骤4）熔融、成型、切割以及扩口：将主料、硬脂酸镁以及次磷酸铈以按照300:3:2的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。

实施例2

如图1所示，一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆，由内而外包括导线1，热传导层2，介质层3，防火层4，屏蔽层5，以及绝缘层6；

所述热传导层2由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；

所述介质层3为热塑性弹性体聚合体；

所述防火层4为云母带层；

所述屏蔽层5为热熔铝箔麦拉外覆盖铜塑箔；

所述绝缘层6按照如下工艺制备而得：

步骤1）制备阻燃树脂：首先称取浓度为90wt％苯酚、35wt％的甲醛及20wt％的氢氧化钠溶液，三者的摩尔比为1：2：1，将氢氧化钠溶液与苯酚混合并在温度为40℃保温20min，然后加入甲醛，升温至80℃保温30min；然后向得到的溶液中加入相当于苯酚重量1％的双酚A型环氧树脂、0.2%的聚二甲基硅氧烷，在温度为90℃回流60min，然后与红磷按照10:1的质量比混合均匀，降至室温，即得；

步骤2）制备纳米辅料：将纳米二氧化硅以及纳米碳化硅按照2:1的质量比混合均匀得到混合物，然后投入到与混合物同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到纳米辅料；

步骤3）制备主料：将聚氯乙烯树脂、步骤1）所得阻燃树脂、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及纳米辅料按照50:30:5:3:2的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5分钟，密炼温度为90℃，得到主料；

步骤4）熔融、成型、切割以及扩口：将主料、硬脂酸镁以及次磷酸铈以按照500:5:3的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。

实施例3

本发明电缆绝缘层材料的性能测试，以实施例1为例，以常用的聚氯乙烯树脂绝缘外层作为对照组，具体测试结果见表1：

表1

项目	单位	对照组	实施例1
				氧指数		31	39
邵氏硬度	HA	50	59
				抗拉强度	MPa	13.2	17.4
断裂伸长率	%	279	381
				135℃/168h热老化后抗拉强度变化率	%	+7.7	+2.3
135℃/168h热老化后断裂伸长率变化率	%	-8.9	-6.1
				体积电阻率	×10-15（Ω•cm）	1.36	3.18
（-20度）低温脆化失效数		4	10

此外，还检测了阻燃树脂对氧指数的影响，采用普通酚醛树脂（即不进行改性处理），氧指数为33-34，可见，本发明的阻燃树脂较酚醛树脂大幅提高了阻燃防火性能。

结论：本发明电缆绝缘层材料阻燃绝缘性能好，并且兼具备较好的抗拉强度和断裂伸长率，耐高温耐老化耐冷冻，可适用于极端恶劣环境中使用。

实施例4

耐酸碱腐蚀性能测试：

1、将试验材料浸泡到10wt%的硫酸溶液中30天，以实施例2为例，以常用的聚氯乙烯树脂绝缘电缆作为对照组，各主要性能参数测定，见表2：

表2

组别	体积电阻率保持率（%）	氧指数保持率（%）	抗拉强度保持率（%）	硬度保持率（%）
					实施例2	98.6	98.1	96.2	103.9
对照组	93.7	97.9	91.4	104.3

2、将试验材料浸泡到6wt%的氢氧化钠溶液中30天，以实施例2为例，以常用的聚氯乙烯树脂绝缘电缆作为对照组，各主要性能参数测定，见表3：

表3

组别	体积电阻率保持率（%）	氧指数率（%）	抗拉强度保持率（%）	硬度保持率（%）
					实施例2	95.8	97.1	95.3	104.7
对照组	91.5	84.7	92.6	103.2

结论：本发明电缆能够有效地耐酸碱腐蚀，并且能够保持较好的阻燃性能、机械性能以及绝缘性能等，优于一般电缆产品。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种高强度耐腐蚀阻燃电力电缆，由内而外包括导线1，热传导层2，介质层3，防火层4，屏蔽层5，以及绝缘层6。

2.根据权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，

所述热传导层2由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得。

3.根据权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述介质层3为热塑性弹性体聚合体。

4.根据权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述防火层4为云母带层。

5.根据权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述屏蔽层5为热熔铝箔麦拉外覆盖铜塑箔。

6.根据权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述绝缘层6按照如下工艺制备而得：步骤1）制备阻燃树脂，步骤2）制备纳米辅料，步骤3）制备主料，步骤4）熔融、成型、切割以及扩口。

7.根据权利要求6所述的电力电缆，其特征在于，所述绝缘层6按照如下工艺制备而得：

步骤1）制备阻燃树脂：称取浓度为90wt％苯酚、35wt％的甲醛及20wt％的氢氧化钠溶液，三者的摩尔比为1：2：1，将氢氧化钠溶液与苯酚混合并在温度为40℃保温20min，然后加入甲醛，升温至80℃保温30min；然后向得到的溶液中加入相当于苯酚重量1％的双酚A型环氧树脂、0.2%的聚二甲基硅氧烷，在温度为90℃回流60min，然后与红磷按照10:1的重量比混合均匀，降至室温，即得；

步骤2）制备纳米辅料：将纳米二氧化硅以及纳米碳化硅按照2-3:1-2的质量比混合均匀得到混合物，然后投入到与混合物同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到纳米辅料；

步骤3）制备主料：将聚氯乙烯树脂、步骤1）所得阻燃树脂、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及纳米辅料按照50:30:5:3:2的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5分钟，密炼温度为90℃，得到主料；

步骤4）熔融、成型、切割以及扩口：将主料、硬脂酸镁以及次磷酸铈以按照300-500:3-5:2-3的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。