CN107610840A - 一种高绝缘型柔性防火电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高绝缘型柔性防火电缆及其制备方法，该高绝缘型柔性防火电缆包括表层护套、空心层、支撑层、内衬、绝缘层、高绝缘层、导体，可长时承受‑70℃～200℃的工作温度、绝缘等级不低于为H级、最小弯曲半径不高于直径的8倍、至少可抗雷电陡坡峰值7000kV/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、优选材料作为基材、浸润的聚全氟乙丙稀高绝缘层，获得极佳的绝缘性能；本发明的高绝缘型柔性防火电缆综合机械性能好、绝缘性极强、最小弯曲半径小、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，尤其涉及一种高绝缘型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《柔性细柔铜丝高绝缘拖链动力电缆》(申请号：201410705447.9，公开日：2016-06-22)，公开了一种柔性细柔铜丝高绝缘拖链动力电缆，同样采用了铜丝网作为高绝缘层，但由于该铜丝网设置于常规电缆(本发明石墨化碳纤维网)处，其高绝缘效果并未在常规电缆基础是提升太多，高绝缘效果相对较差，使用范围较小；采用的绝缘材料除芯材表面的材料外主要是常规聚脂纤维及氯丁橡胶，这两种材料绝缘性能一般，甚至一般不会用作绝缘材料，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；整体结构机较于常规技术并未做太多改变，各方面机械性能也不会出现明显变化，因此其综合机械性能较差、最小弯曲半径较大。
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、绝缘性极强、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长、使用范围广的高绝缘型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：一种高绝缘型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，固化方法为在按标准方法制备热硫化型硅橡胶时，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支撑层原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
③内衬原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
④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；
⑤导体原材料选用标准铜材或铝材；
⑥高绝缘层原材料选用聚全氟乙丙稀，选用标准为：其体积电阻率不低于1×1016Ω·cm、介电强度不低于1000kV/cm、长时工作温度范围-200～200℃；
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)高绝缘型柔性防火电缆的制造
①将导体按标准方式编织好，形成金属芯，将1)中步骤⑥准备的聚全氟乙丙稀加热至290℃-300℃，形成融熔液，将金属芯在融熔液中浸润，形成聚全氟乙丙稀包覆的金属芯及金属芯表面的聚全氟乙丙稀层，获得待用导体；
②将1)中步骤④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1)中步骤①准备的固化有5～8wt％氢氧化镁阻燃剂的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获得的套管中层外径大1mm～2mm；
⑦将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑤获得的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑥获得的表层护套内，即获得所需高绝缘型柔性防火电缆。
上述一种高绝缘型柔性防火电缆的制造方法制造出的高绝缘型柔性防火电缆，包括表层护套、空心层、支撑层、内衬、绝缘层、导体；在表层护套与支撑层之间还设置有空心层；在绝缘层和导体之间还设置有致密的聚全氟乙丙稀层；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。
该高绝缘型柔性防火电缆可长时承受-70℃～200℃的工作温度、绝缘等级不低于为H级、最小弯曲半径不高于直径的8倍、至少可抗雷电陡坡峰值7000kV/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：在表层材中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；选用的热硫化型硅橡胶、ENB三元乙丙橡胶、石墨化碳纤维、聚全氟乙丙稀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，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，因此本发明的高绝缘型柔性防火电缆耐高温、抗老化、使用寿命长；添加的氢氧化镁阻燃剂能够大大地提高材料的韧性、耐热性及稳定性，使纺织品具有抑烟、无毒、环保的高阻燃效能；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，以及设置在导体表面的聚全氟乙丙稀层，聚全氟乙丙稀的体积电组率不低于1×1016Ω·cm，使用温度范围为-200℃-200℃，高低温性能均很好，这就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7000kV/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；由于聚全氟乙丙稀层直接致密在覆盖在导体表面，从根本上提升了本发明的绝缘能力，因此本发明的绝缘效果好。
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、聚全氟乙丙稀层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：
一种高绝缘型柔性防火电缆，由外及内设置有表层护套1、空心层2、支撑层4、内衬5、绝缘层6、致密的聚全氟乙丙稀层3、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绝缘型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，固化方法为在按标准方法制备热硫化型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3wt％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5wt％，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支撑层4原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
③内衬5原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
④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；
⑤导体7原材料选用标准铜材或铝材；
⑥高绝缘层原材料选用聚全氟乙丙稀，选用标准为：其体积电阻率不低于1×1016Ω·cm、介电强度不低于1000kV/cm、长时工作温度范围-200～200℃；
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0.05mmm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)高绝缘型柔性防火电缆的制造
①将导体7按标准方式编织好，形成金属芯，将1)中步骤⑥准备的聚全氟乙丙稀加热至290℃-300℃，形成融熔液，将金属芯在融熔液中浸润，形成聚全氟乙丙稀包覆的金属芯及金属芯表面的聚全氟乙丙稀层3，获得待用导体；
②将1)中步骤④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1)中步骤①准备的固化有5wt％氢氧化镁阻燃剂的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获得的套管中层外径大1mm；
⑦将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑤获得的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑥获得的表层护套1内，即获得所需高绝缘型柔性防火电缆。
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、高绝缘等级为H级、最小弯曲半径为直径的6倍、可抗雷电陡坡峰值5300kV/s、屈服强度91N/mm2、延伸率37％、抗拉强度不低于112N/mm2。
实施例2：
一种高绝缘型柔性防火电缆，由外及内设置有表层护套1、空心层2、支撑层4、内衬5、绝缘层6、致密的聚全氟乙丙稀层3、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。
该高绝缘型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，固化方法为在按标准方法制备热硫化型硅橡胶时，在其原材料中直接加入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支撑层4原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
③内衬5原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
④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；
⑤导体7原材料选用标准铜材或铝材；
⑥高绝缘层原材料选用聚全氟乙丙稀，选用标准为：其体积电阻率不低于1×1016Ω·cm、介电强度不低于1000kV/cm、长时工作温度范围-200～200℃；
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)高绝缘型柔性防火电缆的制造
①将导体7按标准方式编织好，形成金属芯，将1)中步骤⑥准备的聚全氟乙丙稀加热至290℃-300℃，形成融熔液，将金属芯在融熔液中浸润，形成聚全氟乙丙稀包覆的金属芯及金属芯表面的聚全氟乙丙稀层3，获得待用导体；
②将1)中步骤④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1)中步骤①准备的固化有8wt％氢氧化镁阻燃剂的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获得的套管中层外径大2mm；
⑦将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑤获得的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑥获得的表层护套1内，即获得所需高绝缘型柔性防火电缆。
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、绝缘等级为C级、最小弯曲半径为直径的8倍、可抗雷电陡坡峰值6100kV/s、屈服强度102N/mm2、延伸率29％、抗拉强度不低于133N/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)
1.一种高绝缘型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，固化方法为在按标准方法制备热硫化型硅橡胶时，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支撑层(4)原材料选用采用特定方法制造的石墨化碳纤维；
③内衬(5)原材料选用ENB三元乙丙橡胶；
④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；
⑤导体(7)原材料选用标准铜材或铝材；
⑥高绝缘层原材料选用聚全氟乙丙稀；
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)高绝缘型柔性防火电缆的制造
①将导体(7)按标准方式编织好，形成金属芯，将1)中步骤⑥准备的聚全氟乙丙稀加热至290℃-300℃，形成融熔液，将金属芯在融熔液中浸润，形成聚全氟乙丙稀包覆的金属芯及金属芯表面的聚全氟乙丙稀层(3)，获得待用导体；
②将1)中步骤④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获得的套管中层外径大1mm～2mm；
⑦将步骤③获得的待用芯材插入步骤⑤获得的套管中层中，再将获得的组合体整体插入步骤⑥获得的表层护套(1)内，即获得所需高绝缘型柔性防火电缆。
2.根据权利要求1所述一种高绝缘型柔性防火电缆的制造方法制造出的高绝缘型柔性防火电缆，包括表层护套(1)、空心层(2)、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)；在绝缘层(6)和导体(7)之间还设置有致密的聚全氟乙丙稀层(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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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180119 |