CN109273173A - 一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法 - Google Patents

一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法。本发明通过“悬臂式”绞合方式、内层采用辐照交联聚乙烯材料，外层采用‑50℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃材料，内、外层采用双层一次性挤压式的挤出方式内层采用辐照交联聚乙烯材料，外层采用‑50℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃材料，内、外层采用双层一次性挤压式的挤出方式和云母带绕包采用双层“无间隙”式绕包，保证了电缆外径满足要求，既保证了电缆的耐火性能指标，同时减小了导体外径。

Description

一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种高速客运机车电缆的制备方法，特别涉及一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法。
背景技术
现有的高速客运机车电缆通常执行欧洲标准EN50264及EN50306系列，在此标准中要求机车电缆的耐寒温度为-40℃，随着高速客运机车行业的发展，-40℃的指标已经无法满足机车的使用环境要求。
高速客运机车电缆要求采用5类镀锡软铜导体，同时对电缆外径要求极为苛刻，如果导体外径无法控制或达不到理想的效果，必然会无法实现电缆的外径要求，导致外径超标，现在国内生产的5类镀锡软导体基本均采用单丝束丝的结构，这种生产方式无法达到导体外径的要求。
随着机车行业的发展，耐火的要求越来越受到重视，现在通常的制造方法是绕包双层耐火云母带来达到耐火的目的，但是，双层云母带绕包的搭盖导致电缆外径严重超标，增加了机车厂电缆敷设的困难，同时外径偏大导致与相应的电缆网管不配套。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题为提供一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，可有效的克服在增加产品强度的同时使电缆的外径满足标准要求。
本发明的技术方案为：一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1:选择导体单丝，所述导体单丝采用TXRH型镀锡圆铜单线；
步骤2:导体绞合，将所有导体单丝分别单独放置于同一放线架的不同放线轴上，调节每个放线轴的张力，使所有放线轴的张力保持在16.5 N，将所有单丝通过可以自由转动的导轮引至分线板处，后将所有导体单丝通过分线板后汇集到聚晶紧压模具内，通过牵引线将通过聚晶紧压模具后成型的导体引至可以自由转动的同心式导轮上，保持导轮与聚晶模具中心线在同一直线上，通过导轮将成型导体引至左右单臂式导轮的任意一侧，单臂式导轮保持在同一平面上同时与同心式导轮平面呈90°，将导体通过左右单臂式导轮引至收线盘内，收线盘中心与聚晶紧压模具中心保持同心，调节收线盘张力为10，保持整个生产过程张力保持一致。
步骤3:云母带绕包，将导体通过尺寸为2.1mm～2.3mm的稳线模具，通过牵引绳引至云母带绕包装置，首先通过内层云母带绕包装置，然后再通过外层云母带绕包装置，内层选用8mm的云母带，外层选用10mm的云母带，内、外层云母带厚度均为0.14mm，内层绕包角度为45°，绕包节距为24mm～28mm，外层绕包角度为60°，绕包节距为32mm～36mm，
调整内、外层绕包张力为20.5N，在外层绕包模具后50cm处设置稳线架，稳线架内模具尺寸为3.0mm，将绕包后的带有云母带的导体引至收线盘，调节收线盘速度与主动牵引轮速度保持一致，以保证绕包质量稳定；
步骤4：绝缘挤出，将绕包后的导体置入挤塑机，绝缘层包括内层和外层，内层采用SJ-35型挤塑机，外层采用SJ-45型挤塑机，导体在预热器中心匀速穿过，穿过前预热器设定温度为200℃，导体通过预热器后从挤塑模具中心穿出，内模尺寸为2.9mm，外模尺寸为3.5mm，调节内模与外模之间的距离为3mm，内层挤出机及外层挤出机机头内配置 3层 100 目不锈钢过滤网，调节内层挤塑机螺杆转速为3r/min，外层挤塑机螺杆转速为5r/min，收线速度为30米/min，内层挤出厚度为0.1mm，外层挤出厚度为0.6mm。
步骤5：绝缘冷却，绝缘层采用分段冷却，绝缘双层挤出后首先进入温水槽内，温水槽温度为60℃～70℃，温水槽长度约3米。经过温水槽后进入冷水槽，水温为常温水，冷水槽长度约5米。
进一步的，步骤1中，所述导体单丝选用50/0.25mm的基本结构，所述导体单丝外径尺寸偏差为+0.005mm/-0.009mm，断裂伸长率≥22％，体积电阻率≤0.01740Ωmm2/ m，导体单丝伸长率不应小于10％，平均伸长率不小于15％。20℃导体直流电阻不大于8.21Ω/km。
进一步的，步骤2中，所述放线架与分线板之间的距离为3米，将50根镀锡圆铜线分4层分别穿过分线板的中心4层，第一层4根，第二层10根，第三层16根，第四层20根，调节齿轮配比为48/37使导体绞合节距为24mm。
进一步的，步骤3中，所述内层材料选用抗张强度≥15.0Mpa，断裂伸长率≥350％，耐IRM902及IRM903油，耐草酸及氢氧化钠，20℃体积电阻率≥1.0×1016Ω·cm，20℃介电强度≥24kV/mm，pH值≥4.3，电导率≤10.0ｕS/mm，HCl和HBr含量≤0.5％，HF含量≤0.1％，毒性指数≤3，密度≤1.05 g/cm3，低温拉伸试验（-50℃）≥30％的辐照型交联聚乙烯材料，
外层材料选用抗张强度≥10.0Mpa，断裂伸长率≥150％，耐IRM902及IRM903油，耐草酸及氢氧化钠，20℃体积电阻率≥1.0×1014Ω·cm，20℃介电强度≥22kV/mm，pH值≥4.3，电导率≤10.0ｕS/mm，HCl和HBr含量≤0.5％，HF含量≤0.1％，毒性指数≤3，密度≤1.55 g/cm3，低温拉伸试验（-50℃）≥30％，氧指数≥34％的辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃材料。
进一步的，步骤4中，所述调节内层挤出机挤塑温度为：一区110℃～140℃,二区160℃～190℃，三区170℃～200℃，法兰170℃～210℃，机头180℃～230℃,模口190℃～220℃；外层挤出机挤塑温度为：一区110℃～140℃,二区180℃～220℃，三区190℃～240℃，四区190℃～240℃，法兰200℃～230℃，机头180℃～230℃,模口190℃～230℃，调节内层挤塑机螺杆转速为3r/min，外层挤塑机螺杆转速为5r/min，收线速度为30米/min，内层挤出厚度为0.1mm，外层挤出厚度为0.6mm。
进一步的，步骤5后，绝缘层经过冷水槽后进行接触式火花试验，火花试验电压为6.5kV。经过火花试验机后经储线器储存后收线至收线盘，挤出完成后通过地纳米电子加速器进行辐照，辐照剂量调整为17Mrd，辐照后热延伸指标控制为10％～20％，冷却后永久变形不大于5％。
本发明的有益效果为：
1.导体采用镀锡圆铜单线，导体绞合方式采用单臂悬绞式。解决导体外径不圆整，导体外径大的问题。
2. 绝缘挤出采用双层共挤挤出方式，外层绝缘料采用耐寒-50℃的辐照交联聚烯烃材料，解决耐寒温度达不到要求的问题。
3. 云母带绕包采用双层无间隙绕包，内、外层云母带接缝处相互交叉的方式，既满足耐火性能的要求，同时减小了电缆外径。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行进一步说明。
首先，选择导体单丝，所述导体单丝采用TXRH型镀锡圆铜单线，所述导体单丝选用50/0.25mm的基本结构，所述导体单丝外径尺寸偏差为+0.005mm/-0.009mm，断裂伸长率≥22％，体积电阻率≤0.01740Ωmm2/ m，导体单丝伸长率不应小于10％，平均伸长率不小于15％。20℃导体直流电阻不大于8.21Ω/km；
然后导体绞合，将所有导体单丝分别单独放置于同一放线架的不同放线轴上，调节每个放线轴的张力，使所有放线轴的张力保持在16.5 N，将所有单丝通过可以自由转动的导轮引至分线板处，保持放线架与分线板之间的距离为3米，将50根镀锡圆铜线分4层分别穿过分线板的中心4层，第一层4根，第二层10根，第三层16根，第四层20根，总共50根。单线无交叉现象，将所有导体单丝通过分线板后汇集到聚晶紧压模具内，聚晶紧压模具尺寸为1.9mm，设置在距离分线板20cm处，采用牵引线将通过聚晶紧压模具后成型的导体，引至可以自由转动的同心式导轮上，保持导轮与聚晶模具中心线在同一直线上，通过导轮将成型导体引至左右单臂式导轮的一侧（左臂或右臂），单臂式导轮应保持在同一平面上同时与同心式导轮平面呈90°，导轮与收线盘在同一平面，间隔约1.5m，左右单臂式导轮分别在左臂和右臂的顶端，左、右单臂臂长约1.5m，左臂导轮与右臂导轮在同一直线上，并且中心位置与收线盘中心在同一直线，左右单臂式导轮应可以自由滑动，同时，为使导体不出现弯曲等现象，左右单臂式导轮至少各有3组。导轮相互之间的距离约1cm。左、右臂及顶端的导轮均可以自由转动。将导体通过左右单臂式导轮引至筒体直径为630mm的收线盘内，收线盘中心应与聚晶紧压模具中心保持同心，调节收线盘张力为10，保持整个生产过程张力保持一致。调节齿轮配比为48/37使导体绞合节距为24mm。调节排线速度与左右单臂转速保持一致，以保证排线整齐，防止压线及交叉现象。
然后将导体通过尺寸为2.1mm～2.3mm的稳线模具，通过牵引绳引至云母带绕包装置，首先通过内层云母带绕包装置，然后再通过外层云母带绕包装置，内层选用8mm的云母带，外层选用10mm的云母带，内、外层云母带厚度均为0.14mm，内层绕包角度为45°，绕包节距为24mm～28mm，外层绕包角度为60°，绕包节距为32mm～36mm；
调整内、外层绕包张力为20.5N，在外层绕包模具后50cm处设置稳线架，稳线架内模具尺寸为3.0mm。将绕包后的带有云母带的导体通过牵引绳牵引至主动牵引轮。并在主动牵引轮内缠绕3圈，然后引至收线盘，牵引轮设计为主动牵引及被动牵引组合式结构，主动牵引轮直径约2.5m，被动牵引轮直径约1.0米。主动牵引轮可以提供牵引力，并且通过调节牵引轮的转速可以调节绕包节距，被动牵引轮内设置有拨线环，以使线芯呈直线运动，调节收线盘速度与主动牵引轮速度保持一致，以保证绕包质量稳定。
绝缘层为内外两层，内层材料选用抗张强度≥15.0Mpa，断裂伸长率≥350％，耐IRM902及IRM903油，耐草酸及氢氧化钠，20℃体积电阻率≥1.0×1016Ω·cm，20℃介电强度≥24kV/mm，pH值≥4.3，电导率≤10.0ｕS/mm，HCl和HBr含量≤0.5％，HF含量≤0.1％，毒性指数≤3，密度≤1.05 g/cm3，低温拉伸试验（-50℃）≥30％的辐照型交联聚乙烯材料。
外层材料选用抗张强度≥10.0Mpa，断裂伸长率≥150％，耐IRM902及IRM903油，耐草酸及氢氧化钠，20℃体积电阻率≥1.0×1014Ω·cm，20℃介电强度≥22kV/mm，pH值≥4.3，电导率≤10.0ｕS/mm，HCl和HBr含量≤0.5％，HF含量≤0.1％，毒性指数≤3，密度≤1.55 g/cm3，低温拉伸试验（-50℃）≥30％，氧指数≥34％的辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃材料。
内层采用SJ-35型挤塑机，外层采用SJ-45型挤塑机，挤塑机螺杆长径比为 25 或25 以上的低烟无卤型螺杆，绝缘挤出前应把挤出机螺杆、机头彻底清洗干净，以防老胶及焦烧胶料带入。挤塑机由加热系统、牵引系统、温控系统、收放线等组成，绝缘料在机膛内由加料段逐渐由螺杆推动至挤出段，并在机膛内塑化，由颗粒状塑化为可以挤出的熔炉状，通过机头及模芯和模套均匀挤包在导体上。通过调节收放线的速度可以调节挤包厚度，调节温控系统的挤出温度可以调节绝缘料的塑化情况。内、外层挤塑机均应配有自动上料烘干机，挤出前在 85±5℃烘 1～2 小时后投料挤出。
导体进入挤塑机前应进行预热，采用筒体式预热器，筒体长度为2米，筒体内设置加热器5组，并配有温度测试仪1组，温度调节控制器1组。导体在预热器中心匀速穿过，，穿过前预热器设定温度为200℃。
导体通过预热器后从挤塑模具中心穿出，内模尺寸为2.9mm，外模尺寸为3.5mm。调节内模与外模之间的距离为3mm，内层挤出机及外层挤出机机头内必须配置 3层 100 目不锈钢过滤网；
调节内层挤出机挤塑温度为：一区110℃～140℃,二区160℃～190℃，三区170℃～200℃，法兰170℃～210℃，机头180℃～230℃,模口190℃～220℃。
外层挤出机挤塑温度为：一区110℃～140℃,二区180℃～220℃，三区190℃～240℃，四区190℃～240℃，法兰200℃～230℃，机头180℃～230℃,模口190℃～230℃。
调节内层挤塑机螺杆转速为3r/min，外层挤塑机螺杆转速为5r/min，收线速度为30米/min，内层挤出厚度为0.1mm，外层挤出厚度为0.6mm。
绝缘层采用分段冷却，绝缘双层挤出后首先进入温水槽内，温水槽温度为60℃～70℃，温水槽长度约3米。经过温水槽后进入冷水槽，水温为常温水，冷水槽长度约5米。
绝缘经过冷水槽后进行接触式火花试验，火花试验电压为6.5kV。经过火花试验机后经储线器储存后收线至收线盘。
挤出完成后通过地纳米电子加速器进行辐照，辐照剂量调整为17Mrd，辐照后热延伸指标控制为10％～20％，冷却后永久变形不大于5％。
导体采用5类镀锡软铜导体结构。将所需用的所有单丝通过分线板形成4+10+16+20的排列结构。同时应保证各单线放线张力保持一致。单线通过分线板后汇集到一定孔径的紧压模具内，采用“悬臂式”绞合方式使各单线绞合为导体。
此种生产方式可以减小导体外径约10％，同时导体表面非常光滑，不仅保证了电缆外径满足要求，同时更加方便了机车厂的电缆端头的制作，下表为传统束丝生产外径与本发明中生产外径的对比。
绝缘挤出工序内层采用辐照交联聚乙烯材料，外层采用-50℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃材料，内、外层采用双层一次性挤压式的挤出方式，在保证电缆电性能的同时保证了电缆具有优异的阻燃性和环保性，同时内、外层材料的耐寒温度均可达到-50℃，使电缆的耐低温性达到-50℃.具体指标如下：
3.云母带绕包采用双层“无间隙”式绕包，即相邻云母带边缘无搭盖同时也无间隙。内、外层采用不同宽度的云母带，同时调整内、外层的绕包速度，使内、外层云母带的接缝不重合。绕包后外观圆整，无褶皱。既保证了电缆的耐火性能指标，同时减小了导体外径。
本发明未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1:选择导体单丝，所述导体单丝采用TXRH型镀锡圆铜单线；
步骤2:导体绞合，将所有导体单丝分别单独放置于同一放线架的不同放线轴上，调节每个放线轴的张力，使所有放线轴的张力保持在16.5 N，将所有单丝通过可以自由转动的导轮引至分线板处，后将所有导体单丝通过分线板后汇集到聚晶紧压模具内，通过牵引线将通过聚晶紧压模具后成型的导体引至可以自由转动的同心式导轮上，保持导轮与聚晶模具中心线在同一直线上，通过导轮将成型导体引至左右单臂式导轮的任意一侧，单臂式导轮保持在同一平面上同时与同心式导轮平面呈90°，将导体通过左右单臂式导轮引至收线盘内，收线盘中心与聚晶紧压模具中心保持同心，调节收线盘张力为10，保持整个生产过程张力保持一致；
步骤3:云母带绕包，将导体通过尺寸为2.1mm～2.3mm的稳线模具，通过牵引绳引至云母带绕包装置，首先通过内层云母带绕包装置，然后再通过外层云母带绕包装置，内层选用8mm的云母带，外层选用10mm的云母带，内、外层云母带厚度均为0.14mm，内层绕包角度为45°，绕包节距为24mm～28mm，外层绕包角度为60°，绕包节距为32mm～36mm，调整内、外层绕包张力为20.5N，在外层绕包模具后50cm处设置稳线架，稳线架内模具尺寸为3.0mm，将绕包后的带有云母带的导体引至收线盘，调节收线盘速度与主动牵引轮速度保持一致，以保证绕包质量稳定；
步骤4：绝缘挤出，将绕包后的导体置入挤塑机，绝缘层包括内层和外层，内层采用SJ-35型挤塑机，外层采用SJ-45型挤塑机，导体在预热器中心匀速穿过，穿过前预热器设定温度为200℃，导体通过预热器后从挤塑模具中心穿出，内模尺寸为2.9mm，外模尺寸为3.5mm，调节内模与外模之间的距离为3mm，内层挤出机及外层挤出机机头内配置 3层 100 目不锈钢过滤网，调节内层挤塑机螺杆转速为3r/min，外层挤塑机螺杆转速为5r/min，收线速度为30米/min，内层挤出厚度为0.1mm，外层挤出厚度为0.6mm；
步骤5：绝缘冷却，绝缘层采用分段冷却，绝缘双层挤出后首先进入温水槽内，温水槽温度为60℃～70℃，温水槽长度约3米，经过温水槽后进入冷水槽，水温为常温水，冷水槽长度约5米。
2.根据权利要求1所述一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述导体单丝选用50/0.25mm的基本结构，所述导体单丝外径尺寸偏差为+0.005mm/-0.009mm，断裂伸长率≥22％，体积电阻率≤0.01740Ωmm2/ m，导体单丝伸长率不应小于10％，平均伸长率不小于15％，20℃导体直流电阻不大于8.21Ω/km。
3.根据权利要求1所述一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述放线架与分线板之间的距离为3米，将50根镀锡圆铜线分4层分别穿过分线板的中心4层，第一层4根，第二层10根，第三层16根，第四层20根。
4.根据权利要求1所述一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述内层材料选用抗张强度≥15.0Mpa，断裂伸长率≥350％，耐IRM902及IRM903油，耐草酸及氢氧化钠，20℃体积电阻率≥1.0×1016Ω·cm，20℃介电强度≥24kV/mm，pH值≥4.3，电导率≤10.0ｕS/mm，HCl和HBr含量≤0.5％，HF含量≤0.1％，毒性指数≤3，密度≤1.05 g/cm3，低温拉伸试验（-50℃）≥30％的辐照型交联聚乙烯材料，
外层材料选用抗张强度≥10.0Mpa，断裂伸长率≥150％，耐IRM902及IRM903油，耐草酸及氢氧化钠，20℃体积电阻率≥1.0×1014Ω·cm，20℃介电强度≥22kV/mm，pH值≥4.3，电导率≤10.0ｕS/mm，HCl和HBr含量≤0.5％，HF含量≤0.1％，毒性指数≤3，密度≤1.55 g/cm3，低温拉伸试验（-50℃）≥30％，氧指数≥34％的辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃材料。
5.根据权利要求1所述一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述调节内层挤出机挤塑温度为：一区110℃～140℃,二区160℃～190℃，三区170℃～200℃，法兰170℃～210℃，机头180℃～230℃,模口190℃～220℃；外层挤出机挤塑温度为：一区110℃～140℃,二区180℃～220℃，三区190℃～240℃，四区190℃～240℃，法兰200℃～230℃，机头180℃～230℃,模口190℃～230℃。
6.根据权利要求1所述一种超耐低温耐火高速客运机车电缆的制备方法，其特征在于，步骤5后，绝缘层经过冷水槽后进行接触式火花试验，火花试验电压为6.5kV，经过火花试验机后经储线器储存后收线至收线盘，挤出完成后通过地纳米电子加速器进行辐照，辐照剂量调整为17Mrd，辐照后热延伸指标控制为10％～20％，冷却后永久变形不大于5％。
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