CN108091439A - 一种阻燃耐火太阳能光伏电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃耐火太阳能光伏电缆，其采用的阻燃护套层(8)为环保阻燃材料。本发明结构简单，设计新颖，结构稳定，防火性能好，具有优良的耐热、耐老化、阻燃、绝缘性能及电气性能，具有良好的社会效益、经济效益和广泛的市场前景。阻燃护套层不含有害重金属和卤代烃，具有优异的阻燃效果，具有介电损耗低、介电强度大的电性能，能够满足特定的使用环境。
Description
技术领域
本发明属于电缆技术领域，涉及一种阻燃耐火太阳能光伏电缆。
背景技术
气候变化是人类当今面临的最重大挑战之一，为此，《哥本哈根协议》提出了“低碳经济模式”的积极应对措施。现在全球需要清洁能源，而且目前有很好的技术可以利用太阳能发电，太阳光是免费的，是可再生的，是无所不在的，因此，人类正在通过建造一些大型的光伏发电站来发电。据欧洲太阳光伏行业协会(EPIA)统计，2009年全球太阳能光伏新增装机容量达64GW，增长了44％，装机总容量更是超过了200Gw：我国2009年太阳能发电装机达到了23万千瓦。由于光伏发电行业的热火，与之配套的光伏电缆也成为国内电缆厂家相继开发的热门产品，形成一股挡不住的光伏电缆开发潮。
太阳能光伏系统的特点，决定了与之配套电缆的特殊性。由于太阳能光伏电站一般架设于沙漠、草原、濒海地区及房屋屋顶，这就要求输电用电缆需要具有耐高低温、抗臭氧、抗紫外线、耐磨、防腐、防雷、防鼠咬等特点。
因此，针对上述问题提出一种阻燃耐火太阳能光伏电缆。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种阻燃耐火太阳能光伏电缆。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种阻燃耐火太阳能光伏电缆，包括导体，所述导体的外围依次设置绕包云母带耐火层、硅烷交联聚乙烯绝缘层，所述导体至少两根，至少两根绞合带有硅烷交联聚乙烯绝缘层的导体构成芯线，在每组芯线外围分别依次设置聚酯带绕包层和铜带内屏蔽层构成单元线芯；至少两个单元线芯与填充层绞合成缆芯，所述缆芯外依次设置绕包无碱玻璃纤维带包带层、铜带总屏蔽层、挤包陶瓷化硅橡胶内衬层、镀锌钢带铠装层和阻燃护套层，且之间相互紧密贴合；所述阻燃护套层为环保阻燃材料；
所述环保阻燃材料由以下质量份数的原料组成：高密度聚乙烯50-70份、环氧改性聚氨酯20-35份、乙烯-丙烯酸镁离聚体3-9份、活性阻燃剂15-25份、抗氧化剂1-5份、润滑剂2-15份、抗紫外线剂3-10份；
所述环氧改性聚氨酯由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇30～45份、甲苯二异氰酸酯35～55份、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯15-25份、1，4-丁二醇8-12份、三羟甲基丙烷15-23份、甲基四氢邻苯二甲酸酐16-24份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚1～5份。
优选的，所述环保阻燃材料的原料的质量份数为：高密度聚乙烯65份、环氧改性聚氨酯22份、乙烯-丙烯酸镁离聚体5份、活性阻燃剂18份、抗氧化剂2份、润滑剂10份、抗紫外线剂4份；所述环氧改性聚氨酯由聚醚多元醇35份、甲苯二异氰酸酯40份、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯21份、1，4-丁二醇9份、三羟甲基丙烷18份、甲基四氢邻苯二甲酸酐21份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚3份组成。
优选的，所述环氧改性聚氨酯采用以下方法获得：将高分子多元醇投入反应釜中，边搅拌边加热至120℃回流脱水1h，然后降温至50℃时加入甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至80℃，搅拌反应4-6h，得到聚氨酯预聚体；将四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯在80℃条件下，真空脱水1-3小时，降温至60℃后，依次加入所述聚氨酯预聚体、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、甲基四氢邻苯二甲酸酐和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚，升温至70-90℃，搅拌反应6-8小时，得到所述环氧改性聚氨酯。
优选的，所述高分子多元醇为分子量为1000的聚醚二元醇。
优选的，所述活性阻燃剂采用以下方法获得：在氮气保护下，将瓷化粉加入摩尔比为(1-5)：(2-8)：10二甲基二氯硅烷、N,N-二甲基苯胺以及己二胺的混合溶液中，分散均匀，于30～70℃下保温反应1～6h，并使pH值为5～6，继续边搅拌边滴加苯基硫代磷酰二氯，苯基硫代磷酰二氯与己二胺的摩尔比为(1-5)：10，并升温至80～110℃，保温反应12小时～27小时，冷却得到所述活性阻燃剂。
优选的，所述瓷化粉为三氧化二铝、三氧化二硼、二氧化硅中的一种或两种以上的混合物；所述抗紫外线剂为聚乙烯炭黑母料；所述抗氧化剂为四季戊四醇酯或硫代二甲酸二月桂酯；所述润滑剂为硬脂酸或油酸。
优选的，所述铜带内屏蔽层和铜带总屏蔽层均是采用铜带纵包轧纹工艺制作而成的屏蔽层。
优选的，所述填充层采用石棉绳、玻璃纤维绳、含结晶水的矿物和碳酸盐中的一种或者多种材料混合而成。
优选的，所述绕包无碱玻璃纤维带包带层、铜带总屏蔽层、挤包陶瓷化硅橡胶内衬层、镀锌钢带铠装层和阻燃护套层的厚度相等。
优选的，所述导体为无氧铜杆。
本发明的有益效果是：本发明结构简单，设计新颖，结构稳定，防火性能好，并且在火灾发生时即使遇到水也不影响其运行，具有优良的耐热、耐老化、阻燃、绝缘性能及电气性能，提高了电缆的屏蔽效果和弯曲性能，能有效减少电缆线对间电磁干扰，具有良好的社会效益、经济效益和广泛的市场前景，值得推广使用。本发明提供的阻燃护套管以聚乙烯为主料，使得护套无极性，具有介电损耗低、介电强度大的电性能，加入环氧改性聚氨酯与乙烯-丙烯酸镁离聚体配合使用，具有良好的填料包容性与可交联性，还提高了拉伸强度和伸长率；引用的环氧改性聚氨酯，聚氨酯和环氧树脂形成了大量的永久缠结，相互贯穿形成了互穿网络的结构，具有突出的正协同作用；引入活性阻燃剂经过二甲基二氯硅烷改性，使其均匀稳定地分散在反应体系中，改善了与主料的结合力，在发生高温烧蚀时，吸收热量后形成陶瓷化材料，随着烧蚀温度的提高和烧蚀时间的延长，形成的陶瓷化材料会越来越硬，显著提高了本发明的阻燃效果，大大降低了发生危险的可能性。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中：1、芯线，11、导体，12、绕包云母带耐火层，13、交联聚乙烯绝缘层，2、单元线芯，21、聚酯带绕包层，22、铜带内屏蔽层，3、填充层，4、绕包无碱玻璃纤维带包带层，5、铜带总屏蔽层，6、内衬层，7、镀锌钢带铠装层、8、阻燃护套层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1所示，一种阻燃耐火太阳能光伏电缆，包括导体11，所述导体11的外围依次设置绕包云母带耐火层12、硅烷交联聚乙烯绝缘层13，所述导体11至少两根，至少两根绞合带有硅烷交联聚乙烯绝缘层13的导体1构成芯线1，在每组芯线1外围分别依次设置聚酯带绕包层21和铜带内屏蔽层22构成单元线芯2；至少两个单元线芯2与填充层3绞合成缆芯，所述缆芯外依次设置绕包无碱玻璃纤维带包带层4、铜带总屏蔽层5、挤包陶瓷化硅橡胶内衬层6、镀锌钢带铠装层7和阻燃护套层8，且之间相互紧密贴合。
作为本发明的一种技术优化方案，所述铜带内屏蔽层22和铜带总屏蔽层5均是采用铜带纵包轧纹工艺制作而成的屏蔽层。
作为本发明的一种技术优化方案，所述填充层3采用石棉绳、玻璃纤维绳、含结晶水的矿物和碳酸盐中的一种或者多种材料混合而成。
作为本发明的一种技术优化方案，所述绕包无碱玻璃纤维带包带层4、铜带总屏蔽层5、挤包陶瓷化硅橡胶内衬层6、镀锌钢带铠装层7和阻燃护套层8的厚度相等。
作为本发明的一种技术优化方案，所述导体11为无氧铜杆。
实施例1
阻燃护套层8的材料为环保阻燃材料，所述环保阻燃材料由高密度聚乙烯50份、环氧改性聚氨酯20份、乙烯-丙烯酸镁离聚体3份、活性阻燃剂15份、四季戊四醇酯1份、硬脂酸2份、聚乙烯炭黑母料3份组成；
其中所述环氧改性聚氨酯采用以下方法获得：将聚醚多元醇30份投入反应釜中，边搅拌边加热至120℃回流脱水1h，然后降温至50℃时加入甲苯二异氰酸酯35份，缓慢升温至80℃，搅拌反应4-6h，得到聚氨酯预聚体；将四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯15份在80℃条件下，真空脱水1-3小时，降温至60℃后，依次加入所述聚氨酯预聚体、1，4-丁二醇8份、三羟甲基丙烷15份、甲基四氢邻苯二甲酸酐16份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚1份，升温至70-90℃，搅拌反应6-8小时，得到所述环氧改性聚氨酯，所述高分子多元醇为分子量为1000的聚醚二元醇。
所述活性阻燃剂采用以下方法获得：在氮气保护下，将三氧化二铝加入摩尔比为1：2：10二甲基二氯硅烷、N,N-二甲基苯胺以及己二胺的混合溶液中，分散均匀，于30～70℃下保温反应1～6h，并使pH值为5～6，继续边搅拌边滴加苯基硫代磷酰二氯，苯基硫代磷酰二氯与己二胺的摩尔比为1：10，并升温至80～110℃，保温反应12小时～27小时，冷却干燥得到所述活性阻燃剂。
测试结果：该实施例中阻燃护套层的介电常数为2.11，拉伸强度为23.1MPa，断裂伸长率为860.7％。
实施例2
阻燃护套层8的材料为环保阻燃材料所述环保阻燃材料由高密度聚乙烯70份、环氧改性聚氨酯35份、乙烯-丙烯酸镁离聚体9份、油酸15份、硫代二甲酸二月桂酯5份和聚乙烯炭黑母料10份组成；
其中所述环氧改性聚氨酯采用以下方法获得：将聚醚多元醇45份投入反应釜中，边搅拌边加热至120℃回流脱水1h，然后降温至50℃时加入甲苯二异氰酸酯55份，缓慢升温至80℃，搅拌反应4-6h，得到聚氨酯预聚体；将四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯25份在80℃条件下，真空脱水1-3小时，降温至60℃后，依次加入所述聚氨酯预聚体、1，4-丁二醇12份、三羟甲基丙烷23份、甲基四氢邻苯二甲酸酐24份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚5份，升温至70-90℃，搅拌反应6-8小时，得到所述环氧改性聚氨酯，所述高分子多元醇为分子量为1000的聚醚二元醇。
所述活性阻燃剂采用以下方法获得：在氮气保护下，将三氧化二硼加入摩尔比为5：8：10二甲基二氯硅烷、N,N-二甲基苯胺以及己二胺的混合溶液中，分散均匀，于30～70℃下保温反应1～6h，并使pH值为5～6，继续边搅拌边滴加苯基硫代磷酰二氯，苯基硫代磷酰二氯与己二胺的摩尔比为5：10，并升温至80～110℃，保温反应12小时～27小时，冷却干燥得到所述活性阻燃剂。
测试结果：该实施例中阻燃护套层的介电常数为2.23，拉伸强度为24.5MPa，断裂伸长率为871.4％。
实施例3
阻燃护套层8的材料为环保阻燃材料所述环保阻燃材料由高密度聚乙烯65份、环氧改性聚氨酯22份、乙烯-丙烯酸镁离聚体5份、硬脂酸10份、硫代二甲酸二月桂酯2份和聚乙烯炭黑母料4份组成；
其中所述环氧改性聚氨酯采用以下方法获得：将聚醚多元醇35份投入反应釜中，边搅拌边加热至120℃回流脱水1h，然后降温至50℃时加入甲苯二异氰酸酯40份，缓慢升温至80℃，搅拌反应4-6h，得到聚氨酯预聚体；将四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯15-25份在80℃条件下，真空脱水1-3小时，降温至60℃后，依次加入所述聚氨酯预聚体、1，4-丁二醇9份、三羟甲基丙烷18份、甲基四氢邻苯二甲酸酐21份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚3份，升温至70-90℃，搅拌反应6-8小时，得到所述环氧改性聚氨酯，所述高分子多元醇为分子量为1000的聚醚二元醇。
所述活性阻燃剂采用以下方法获得：在氮气保护下，将二氧化硅加入摩尔比为3：6：10二甲基二氯硅烷、N,N-二甲基苯胺以及己二胺的混合溶液中，分散均匀，于30～70℃下保温反应1～6h，并使pH值为5～6，继续边搅拌边滴加苯基硫代磷酰二氯，苯基硫代磷酰二氯与己二胺的摩尔比为4：10，并升温至80～110℃，保温反应12小时～27小时，冷却干燥得到所述活性阻燃剂。
测试结果：该实施例中阻燃护套层的介电常数为2.26，拉伸强度为25.7MPa，断裂伸长率为883.6％。
本发明在使用时，导体材料为无氧铜杆拉制而成的导线，导线绞制采用紧压结构，使其表面平整，云母带耐火层可紧密贴附在导体表面，有利于电场均匀分布，降低成本；在电缆导体外部设置耐火层，作用是在火灾发生时，绝缘层和阻燃护套层被火燃烧完的情况下，绕包在导体上的云母带遇火后生成不熔的白色坚硬壳体二氧化硅，具有良好的绝缘性能，且具有一定的机械强度并耐水，以保障电缆着火时保持一定时间的安全运行；绕包云母带时，重点控制云母带宽带、绕包角度和张力，保证云母带绕包平整、紧密；采用辐照硅烷交联聚乙烯绝缘层，提高了产品的耐热、耐老化、阻燃、绝缘性能及电气性能；通过设计阻燃填充层、缆芯外设置绕包无碱玻璃纤维带包带层、陶瓷化硅橡胶内衬层及无卤阻燃外护套的结构，使产品的阻燃性能达到A类，同时具有优异的耐火性能；采用不同节距的对绞单元，降低了线对之间的串音；单元屏蔽层(分屏蔽)采用铜带纵包轧纹工艺，提高了电缆的屏蔽效果和弯曲性能，能有效减少电缆线对间电磁干扰；缆芯总屏蔽有效减少电缆对周围环境产生电磁干扰或周围环境对电缆产生干扰；采用钢带铠装，提高了产品机械性能，同时增强了产品的挡火阻燃性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种阻燃耐火太阳能光伏电缆，包括导体(11)，其特征在于：所述导体(11)的外围依次设置绕包云母带耐火层(12)、硅烷交联聚乙烯绝缘层(13)，所述导体(1)至少两根，至少两根绞合带有硅烷交联聚乙烯绝缘层(13)的导体(11)构成芯线(1)，在每组芯线(1)外围分别依次设置聚酯带绕包层(21)和铜带内屏蔽层(22)构成单元线芯(2)；至少两个单元线芯(2)与填充层(3)绞合成缆芯，所述缆芯外依次设置绕包无碱玻璃纤维带包带层(4)、铜带总屏蔽层(5)、挤包陶瓷化硅橡胶内衬层(6)、镀锌钢带铠装层(7)和阻燃护套层(8)，且之间相互紧密贴合；所述阻燃护套层(8)为环保阻燃材料；
所述环保阻燃材料由以下质量份数的原料组成：高密度聚乙烯50-70份、环氧改性聚氨酯20-35份、乙烯-丙烯酸镁离聚体3-9份、活性阻燃剂15-25份、抗氧化剂1-5份、润滑剂2-15份、抗紫外线剂3-10份；
所述环氧改性聚氨酯由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇30～45份、甲苯二异氰酸酯35～55份、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯15-25份、1，4-丁二醇8-12份、三羟甲基丙烷15-23份、甲基四氢邻苯二甲酸酐16-24份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚1～5份。
2.根据权利要求1所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于，所述环保阻燃材料的原料的质量份数为：高密度聚乙烯65份、环氧改性聚氨酯22份、乙烯-丙烯酸镁离聚体5份、活性阻燃剂18份、抗氧化剂2份、润滑剂10份、抗紫外线剂4份；所述环氧改性聚氨酯由聚醚多元醇35份、甲苯二异氰酸酯40份、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯21份、1，4-丁二醇9份、三羟甲基丙烷18份、甲基四氢邻苯二甲酸酐21份和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚3份组成。
3.根据权利要求1或2所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述环氧改性聚氨酯采用以下方法获得：将高分子多元醇投入反应釜中，边搅拌边加热至120℃回流脱水1h，然后降温至50℃时加入甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至80℃，搅拌反应4-6h，得到聚氨酯预聚体；将四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯在80℃条件下，真空脱水1-3小时，降温至60℃后，依次加入所述聚氨酯预聚体、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、甲基四氢邻苯二甲酸酐和2，3，6-三(二甲胺基甲基)苯酚，升温至70-90℃，搅拌反应6-8小时，得到所述环氧改性聚氨酯。
4.根据权利要求1或2所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述高分子多元醇为分子量为1000的聚醚二元醇。
5.根据权利要求1或2所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述活性阻燃剂采用以下方法获得：在氮气保护下，将瓷化粉加入摩尔比为(1-5)：(2-8)：10二甲基二氯硅烷、N,N-二甲基苯胺以及己二胺的混合溶液中，分散均匀，于30～70℃下保温反应1～6h，并使pH值为5～6，继续边搅拌边滴加苯基硫代磷酰二氯，苯基硫代磷酰二氯与己二胺的摩尔比为(1-5)：10，并升温至80～110℃，保温反应12小时～27小时，冷却得到所述活性阻燃剂。
6.根据权利要求3所述的环保阻燃光电复合线缆，其特征在于：所述瓷化粉为三氧化二铝、三氧化二硼、二氧化硅中的一种或两种以上的混合物；所述抗紫外线剂为聚乙烯炭黑母料；所述抗氧化剂为四季戊四醇酯或硫代二甲酸二月桂酯；所述润滑剂为硬脂酸或油酸。
7.根据权利要求1所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述铜带内屏蔽层(22)和铜带总屏蔽层(5)均是采用铜带纵包轧纹工艺制作而成的屏蔽层。
8.根据权利要求1所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述填充层(3)采用石棉绳、玻璃纤维绳、含结晶水的矿物和碳酸盐中的或者多种材料混合而成。
9.根据权利要求1所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述绕包无碱玻璃纤维带包带层(4)、铜带总屏蔽层(5)、挤包陶瓷化硅橡胶内衬层(6)、镀锌钢带铠装层(7)和阻燃护套层(8)的厚度相等。
10.根据权利要求1所述的阻燃耐火太阳能光伏电缆，其特征在于：所述导体(11)为无氧铜杆。
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