CN107610822A - 一种阻燃型高温电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃型高温电缆及其制造方法，该阻燃型高温电缆包括表层护套、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、阻燃等级不低于V‑1、至少可抗雷电陡坡峰值5000kV/s、屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25％、抗拉强度不低于100N/mm2；通过将采用特定方法制造的陶瓷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，获得极佳的耐高温绝缘性能；本发明的阻燃型高温电缆综合机械性能好、绝缘性强、耐高温、抗老化、使用寿命长、使用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件领域，尤其涉及一种阻燃型高温电缆及其制造方法。
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较陶瓷基材料而言较弱。
在国内已申请的相关专利中，专利《一种陶瓷绝缘耐高温电缆》(申请号：201520062210.3，公开日：2015-07-08)，公开了一种将陶瓷层涂覆在导体芯材表面的绝缘方法，但由于是采用的连续镀覆，陶瓷膜脆性很大，弯折后陶瓷层易破碎，易损坏导体芯材和破坏绝缘表层材料，使最终成型产品的使用寿命短、也易老化和腐蚀，另一方面，由于其它材料都没有选用耐高温高绝缘材料，因此随陶瓷部分外其它部分仍不耐高温，绝缘性也较差，由于没有整体设计和合理组合，该发明的陶瓷绝缘耐高温电缆的抗拉强度、屈服强度、延伸率均与一般电缆相当，综合机械性能不好。
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、耐高温、抗老化、使用寿命长、使用范围广的阻燃型高温电缆及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种阻燃型高温电缆的制造方法，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含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基型硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于其它成份在炼制过程中有烧损，最终成品中的氢氧化镁含量可达5-8wt％，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聚四氟乙烯膜层原材料选用聚四氟乙烯；
③支撑层原材料选用采用特定方法制造的氧化铝陶瓷纤维，其屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25％、体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/cm；
④内衬原材料选用固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的ENB三元乙丙橡胶，固化方法为在按标准方法制备ENB三元乙丙橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于其它成份在炼制过程中有烧损，最终成品中的氢氧化镁含量可达5-8wt％；
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)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58％-65％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min-40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃-30℃的恒温环境下，并机械搅拌30min-40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8-5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃-80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3-5％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
⑨将步骤⑧获得的纳米氧化铝粉体待用溶胶放置于炉内压强为18-20Mpa的保护气氛里，1000℃-1050℃温度下进行烧结，烧结时间2h-3h；
⑩烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
3)阻燃型高温电缆的制造
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准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的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⑩获得的氧化铝陶瓷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将聚四氟乙烯熔化后均匀喷涂在步骤⑤获得的套管中层外表面，喷涂厚度2mm-3mm，获得带聚四氟乙烯膜层的套管中层；
⑦将1)中步骤①准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基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获得的带聚四氟乙烯膜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获得的带聚四氟乙烯膜层的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑦获得的表层护套内，即获得所需阻燃型高温电缆。
根据上述一种阻燃型高温电缆的制造方法制造出的阻燃型高温电缆，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聚四氟乙烯膜层；表层护套采用甲基乙基型硅橡胶制成；支撑层采用氧化铝陶瓷纤维制成；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。
该阻燃型高温电缆可长时承受-70℃～200℃的工作温度、阻燃等级不低于V-1、至少可抗雷电陡坡峰值5000kV/s、屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25％、抗拉强度不低于100N/mm2。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：额外在表层及内衬材料选用时固化了适量的氢氧化镁阻燃剂，氢氧化镁是一种新型无卤无毒阻燃剂，通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用，它使得本发明的阻燃等级不低于V-1；同时选用的甲基乙基型硅橡胶、ENB三元乙丙橡胶、氧化铝陶瓷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，白色的聚四氟乙烯膜可以反射部分光线和热能，并通过空心层和透明的甲基乙基型硅橡胶表层传播，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，因此本发明的阻燃型高温电缆耐高温、抗老化、使用寿命长；由于表层护套采用甲基乙基型硅橡胶，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，支撑层采用特定方法制造的氧化铝陶瓷纤维，选用标准为：其体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/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5000kV/s；整体结构设计合理、各层级结构和材料功能互补，有陶瓷纤维的高强度高耐热、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，因此本发明的综合机械性能好、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、聚四氟乙烯膜层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：
一种阻燃型高温电缆，由外及内分别设置有表层护套1、空心层2、聚四氟乙烯膜层3、支撑层4、内衬5、绝缘层6、导体7；表层护套1采用甲基乙基型硅橡胶制成；支撑层4采用氧化铝陶瓷纤维制成；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；
该阻燃型高温电缆的制造方法，包括以下步骤：
1)原材料的选用与准备
①表层护套1原材料选用固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基型硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于其它成份在炼制过程中有烧损，最终成品中的氢氧化镁含量可达5-8wt％，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聚四氟乙烯膜层3原材料选用聚四氟乙烯；
③支撑层4原材料选用采用特定方法制造的氧化铝陶瓷纤维，其屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25％、体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/cm；
④内衬5原材料选用固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的ENB三元乙丙橡胶，固化方法为在按标准方法制备ENB三元乙丙橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于其它成份在炼制过程中有烧损，最终成品中的氢氧化镁含量可达5-8wt％；
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)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比65％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于30℃的恒温环境下，并机械搅拌40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加5％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
⑨将步骤⑧获得的纳米氧化铝粉体待用溶胶放置于炉内压强为20Mpa的保护气氛里，1050℃温度下进行烧结，烧结时间3h；
⑩烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
3)阻燃型高温电缆的制造
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准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的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⑩获得的氧化铝陶瓷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将聚四氟乙烯熔化后均匀喷涂在步骤⑤获得的套管中层外表面，喷涂厚度3mm，获得带聚四氟乙烯膜层3的套管中层；
⑦将1)中步骤①准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基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获得的带聚四氟乙烯膜层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获得的带聚四氟乙烯膜层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，即获得所需阻燃型高温电缆。
根据本实施例制备的电缆样品，可长时承受-70℃～200℃的工作温度、阻燃等级V-1、可抗雷电陡坡峰值6300kV/s、屈服强度103N/mm2、延伸率28％、抗拉强度低于127N/mm2。
实施例2：
一种阻燃型高温电缆，由外及内分别设置有表层护套1、空心层2、聚四氟乙烯膜层3、支撑层4、内衬5、绝缘层6、导体7；表层护套1采用甲基乙基型硅橡胶制成；支撑层4采用氧化铝陶瓷纤维制成；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；
该阻燃型高温电缆的制造方法，包括以下步骤：
1)原材料的选用与准备
①表层护套1原材料选用固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基型硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于其它成份在炼制过程中有烧损，最终成品中的氢氧化镁含量可达5-8wt％，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-55～200℃；
②聚四氟乙烯膜层3原材料选用聚四氟乙烯；
③支撑层4原材料选用采用特定方法制造的氧化铝陶瓷纤维，其屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25％、体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/cm；
④内衬5原材料选用固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的ENB三元乙丙橡胶，固化方法为在按标准方法制备ENB三元乙丙橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于其它成份在炼制过程中有烧损，最终成品中的氢氧化镁含量可达5-8wt％；
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)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃的恒温环境下，并机械搅拌30min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
⑨将步骤⑧获得的纳米氧化铝粉体待用溶胶放置于炉内压强为18Mpa的保护气氛里，1000℃温度下进行烧结，烧结时间2h；
⑩烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
3)阻燃型高温电缆的制造
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准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的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⑩获得的氧化铝陶瓷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将聚四氟乙烯熔化后均匀喷涂在步骤⑤获得的套管中层外表面，喷涂厚度2mm，获得带聚四氟乙烯膜层3的套管中层；
⑦将1)中步骤①准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基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获得的带聚四氟乙烯膜层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获得的带聚四氟乙烯膜层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，即获得所需阻燃型高温电缆。
根据本实施例制备的电缆样品，可长时承受-70℃～200℃的工作温度、阻燃等级V-0、可抗雷电陡坡峰值5600kV/s、屈服强度87N/mm2、延伸率45％、抗拉强度低于110N/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)
1.一种阻燃型高温电缆的制造方法，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％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基型硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀；
②聚四氟乙烯膜层(3)原材料选用聚四氟乙烯；
③支撑层(4)原材料选用采用特定方法制造的氧化铝陶瓷纤维；
④内衬(5)原材料选用固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的ENB三元乙丙橡胶，固化方法为在按标准方法制备ENB三元乙丙橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀；
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)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58％-65％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min-40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃-30℃的恒温环境下，并机械搅拌30min-40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8-5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃-80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3-5％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
⑨将步骤⑧获得的纳米氧化铝粉体待用溶胶放置于炉内压强为18-20Mpa的保护气氛里，1000℃-1050℃温度下进行烧结，烧结时间2h-3h；
⑩烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
3)阻燃型高温电缆的制造
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准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的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⑩获得的氧化铝陶瓷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将聚四氟乙烯熔化后均匀喷涂在步骤⑤获得的套管中层外表面，喷涂厚度2mm-3mm，获得带聚四氟乙烯膜层(3)的套管中层；
⑦将1)中步骤①准备的固含有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙基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获得的带聚四氟乙烯膜层(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获得的带聚四氟乙烯膜层(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，即获得所需阻燃型高温电缆。
2.根据权利要求1所述一种阻燃型高温电缆的制造方法制造出的阻燃型高温电缆，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)交界处设置有聚四氟乙烯膜层(3)；表层护套(1)采用甲基乙基型硅橡胶制成；支撑层(4)采用氧化铝陶瓷纤维制成；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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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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