CN109545459B - 一种地下电缆安全防护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下电缆安全防护结构，属于电力电缆技术领域，包括电缆和包裹在所述电缆外部且沿其长度方向延伸的防护套；其特征在于：所述防护套由内向外依次包括绝缘层、第一金属层、橡胶层和第二金属层，所述橡胶层采用的橡胶材料由以下重量份数的组分制成：氯丁橡胶38‑45份、PBT树脂22‑31份、改性煤矸石粉15‑21份、玻璃粉10‑15份、阻燃剂8‑12份、硫化剂6‑10份、碳纤维3‑6份、乙醇55‑65份。本发明通过在地下电缆上设置防护套，对电缆进行四层保护，有效解决地下电缆易腐蚀、易老化、抗压性能差等问题，并提供一种橡胶材料，具有优异的机械强度和阻燃性能，能够避免电缆的绝缘不良产生的火花引起的安全事故，减少人员伤亡和财产损失。

Description

一种地下电缆安全防护结构
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，具体涉及一种地下电缆安全防护结构。
背景技术
电缆是由一根或多根相互绝缘的导体外包绝缘层和保护层制成，用于将电力或信息从一处传递到另一处的导线。随着工业的不断发展，生活水平的不断提高，地下埋设的用于输水或者输气的电缆越来越多，越来越长，一般电缆都由铸铁制成，常时间埋于地下，因此，很容易造成电缆锈蚀，影响其使用寿命。
当来自地表的压力骤然增大，或者由于地壳运动如地震而导致的地面表层内的应力过大时，电缆往往出现破损甚至断裂，严重影响电能或信息的有效传输，造成难以估量的经济损失。低压配电网、电气设备用电线电缆常采用具有聚氯乙稀护套的塑料外皮电线作为电能传输线，且地下水分、矿物质和微生物十分丰富，地下电缆在长期使用中，常会被水和矿物侵蚀，导致电缆损坏，影响电缆的安全性和可靠度。另外，地下会有鼠类或蚁类等小动物啃噬电缆，对地下电缆的安全运行造成严重的威胁。电线的绝缘不良产生的火花往往容易引起厂房、住宅、公共场所等处火灾，造成人员伤亡和财产损失。
公开号为CN105419108A的专利文献公开了一种阻燃耐寒氟橡胶电缆保护套，所述电缆保护套包含丙烯均聚物、氟橡胶、活性氧化镁、三元尼龙、增塑剂和交联剂，该电缆保护套的方法简单，原料易得。但是，该保护套机械性能和回弹性能差,综合性能有待提高，耐腐蚀、阻燃性能不理想，保护效果差。
公开号为CN104761802A的专利文献公开了一种耐热耐候性阻燃橡胶绝缘电缆料，由以下重量份的组分组成：氯化聚乙烯(CPE)8~14份，乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE)15~21份，气相法白炭黑3~6份，氢氧化铝15~19份，煅烧陶土13~18份，800#石蜡基橡胶油5~8份，活性氧化镁0.5~1份，超细滑石粉4~7份，氧化锌1~2份，环保稳定剂0.3~0.6份，微晶蜡1~2份，钛白粉0.5~1份，4,4′双(α,α二甲基苄基)二苯胺0.5~0.8份，过氧化二异丙苯1~2份，三聚氰酸三烯丙酯1~1.5份；所述乙烯-辛烯共聚物弹性体中辛烯单体的质量份数在20%~30%之间。但是，该阻燃橡胶绝缘电缆料机械性能和耐腐蚀性能差，伸长率最高也只能达到440%,氧指数最高为29%，阻燃效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种地下电缆安全防护结构，通过在地下电缆上设置防护套，对电缆进行四层保护，有效解决地下电缆易腐蚀、易老化、抗压性能差等问题，并提供一种橡胶材料，具有优异的机械强度和阻燃性能，能够避免电缆的绝缘不良产生的火花引起的安全事故，减少人员伤亡和财产损失。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种地下电缆安全防护结构，包括电缆和包裹在所述电缆外部且沿其长度方向延伸的防护套；所述防护套由内向外依次包括绝缘层、第一金属层、橡胶层和第二金属层，所述橡胶层采用的橡胶材料由以下重量份数的组分制成：氯丁橡胶38-45份、PBT树脂22-31份、改性煤矸石粉15-21份、玻璃粉10-15份、阻燃剂8-12份、硫化剂6-10份、碳纤维3-6份、乙醇55-65份。
优选的，所述橡胶材料由以下重量份数的组分制成：氯丁橡胶41-44份、PBT树脂25-30份、改性煤矸石粉18-20份、玻璃粉12.5-15份、阻燃剂9-11份、硫化剂8-9.5份、碳纤维4.5-5.6份、乙醇60-63份。
优选的，所述改性煤矸石粉由以下重量份数的组分制成：煤矸石粉10-12份、无水乙醇150-180份、偶联剂KH560 2.5-4份、十二烷基苯磺酸钠2-4份、硬脂酸钠1-2份、二茂铁0.5-0.8份。
优选的，所述煤矸石粉的粒径为10-20mm。
优选的，所述阻燃剂为聚酰胺纤维和氢氧化铝的混合物，重量比聚酰胺纤维：氢氧化铝为1:3-5。
优选的，所述玻璃粉为低熔点玻璃粉D240或D250。
优选的，所述硫化剂为氧化镁、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷或环氧树脂中的一种。
本发明的有益效果是：
本发明包括电缆和包裹在电缆外部且沿其长度方向延伸的防护套；防护套由内向外依次包括绝缘层、第一金属层、橡胶层和第二金属层，对电缆进行四层保护。其中，绝缘层采用PVC材料制成，绝缘、阻燃性能优异，耐腐蚀、耐老化；第一金属层和第二金属层均采用不锈钢制成，耐高温，耐腐蚀，能够保护电缆免受机械破坏，同时起到电场屏蔽和防止外界电磁波干扰的作用，防止地下小动物啃噬电缆。橡胶层由本发明制备的橡胶材料制成，具有优异的机械性能和阻燃性能。
橡胶材料中，氯丁橡胶有良好的物理机械性能，耐油，耐热，耐燃，耐酸碱，耐化学试剂，具有较高的拉伸强度、伸长率和可逆的结晶性，粘接性好。PBT树脂有优良的力学性能，有自润滑性和耐磨性，摩擦系数低，耐热，尺寸稳定性好。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，其主要成分是Al2O3、SiO2，具有优异的耐火、阻燃性能和机械性能，用偶联剂、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠和二茂铁对煤矸石粉进行改性，二茂铁具有高度热稳定性，能够提高煤矸石粉的氧指数，增强阻燃性能，十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠使煤矸石粉具有更好的表面活性，防止煤矸石粉在有机物中团聚、结块，偶联剂吸附于煤矸石粉的表面，表面从极性变成非极性，增强与有机物的相容性，与氯丁橡胶和PBT树脂之间具有更好的分散性，填充于氯丁橡胶和PBT树脂的内部，提高材料的机械强度和耐火阻燃性能。碳纤维具有很高的强度和模量，耐腐蚀性能优异，与PBT树脂、氯丁橡胶协同作用，提高材料的机械性能，降低压缩永久变形，提高回弹性能，降低摩擦磨耗，提高耐腐蚀性能。阻燃剂聚酰胺纤维和氢氧化铝，与改性煤矸石粉相结合，提高材料的阻燃性能。乙醇为有机溶剂。玻璃粉具有很好的分散性能，与PBT树脂相结合，提高材料的机械强度和耐磨性能。低熔点玻璃粉D240或D250具有更高的机械强度和抗腐蚀性能，阻燃，绝缘，对材料综合性能的改善效果更佳。硫化剂氧化镁、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷或环氧树脂对橡胶具有很好的硫化效果，提高材料的耐热、耐老化和拉伸性能。
本发明通过在地下电缆上设置防护套，对电缆进行四层保护，有效解决地下电缆易腐蚀、易老化、抗压性能差等问题，绝缘层对电缆进行绝缘防护，第一金属层和第二金属层对电缆进行双层抗压、抗电磁波干扰、抗水抗腐蚀保护；橡胶层采用本发明制备的橡胶材料制成，具有优异的机械强度和阻燃性能，能够避免电缆的绝缘不良产生的火花引起厂房、住宅、公共场所等处火灾，减少人员伤亡和财产损失。本发明有效延长了地下电缆的使用寿命，降低了安全事故的发生率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例1的地下电缆安全防护结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参阅图1，本实施例提供一种地下电缆安全防护结构，包括电缆5和包裹在所述电缆5外部且沿其长度方向延伸的防护套；所述防护套由内向外依次包括绝缘层4、第一金属层3、橡胶层2和第二金属层1。绝缘层4采用PVC材料制成；第一金属层3和第二金属层1均采用300系列不锈钢制成。
橡胶层2采用的橡胶材料由表1所示的重量份数的组分制成，改性煤矸石粉中各组分的重量份见表2。
表1 实施例1-8橡胶材料中各组分的重量份数（份）
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
氯丁橡胶 38 39 40 41 42 43 44 45
PBT树脂 22 23 24 25 26 28 30 31
改性煤矸石粉 15 16 17 18 19 20 20 21
玻璃粉 10 11 12 12.5 13 14 15 15
阻燃剂 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 12
硫化剂 6 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
碳纤维 3 3.5 4 4.5 5 5.2 5.6 6
乙醇 55 57 59 60 61 62 63 65
表2 实施例1-8的改性煤矸石粉中各组分的重量份（份）
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
煤矸石粉 10 10.2 10.6 10.8 11.3 11.5 11.8 12
无水乙醇 150 155 160 165 170 172 175 180
偶联剂KH560 2.5 2.8 3 3.2 3.5 3.7 3.8 4
十二烷基苯磺酸钠 2 2.2 2.5 2.8 3 3.3 3.7 4
硬脂酸钠 1 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2
二茂铁 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8
其中，所述煤矸石粉的粒径为10-20mm。所述阻燃剂为聚酰胺纤维和氢氧化铝的混合物，重量比聚酰胺纤维：氢氧化铝为1:3。所述玻璃粉为低熔点玻璃粉D240。所述硫化剂为氧化镁。
所述改性煤矸石粉的制备方法是：将煤矸石粉加入到无水乙醇中，80-85℃条件下以300r/min的转速搅拌10min后，加入偶联剂KH560、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠和二茂铁，保持温度和转速不变，继续搅拌30min后，在40Hz的超声波中震荡2h，抽滤，将滤渣干燥，即可。
所述橡胶材料的制备方法是：将改性煤矸石粉和玻璃粉混合后，置于真空烘箱中以100℃的温度干燥6h后，与氯丁橡胶、PBT树脂、碳纤维、乙醇混合后，置于反应釜中，设置温度为85℃，通入氮气，保持压强为0.8MPa，以200r/min的转速搅拌30min后，加入阻燃剂，保持转速不变，继续搅拌1h后，置于110℃的密炼机中混炼45min，调整温度为58℃后，加入硫化剂继续混炼10min后，在平板硫化机上硫化，硫化时间为12min，温度为150℃，压力为10MPa，即可。
实施例2-8与实施例1不同的是，实施例2-8橡胶材料由表1所示的重量份数的组分制成，改性煤矸石粉中各组分的重量份见表2。
其中，实施例2-6所述阻燃剂为聚酰胺纤维和氢氧化铝的混合物，重量比聚酰胺纤维：氢氧化铝为1:4。所述玻璃粉为低熔点玻璃粉D250。所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷。实施例7-8所述阻燃剂为聚酰胺纤维和氢氧化铝的混合物，重量比聚酰胺纤维：氢氧化铝为1:5。所述玻璃粉为低熔点玻璃粉D240。所述硫化剂为环氧树脂。
对比例1
本对比例提供了一种橡胶材料，原料和制备方法同实施例1，但与实施例1不同的是，本对比例中，缺少碳纤维。
对比例2
本对比例提供了一种橡胶材料，原料和制备方法同实施例1，但与实施例1不同的是，本对比例中，缺少改性煤矸石粉。
对比例3
本对比例提供了一种橡胶材料，原料和制备方法同实施例1，但与实施例1不同的是，本对比例中，未对煤矸石粉进行改性。
对比例4
本对比例提供了一种橡胶材料，原料和制备方法同实施例1，但与实施例1不同的是，本对比例中，煤矸石粉的改性方法中，缺少硬脂酸钠和二茂铁。
性能测试
橡胶拉伸强度和伸长率的测试按照GB/T 528-2009执行，阻燃性能测试按照GB/10707-2008执行，常温下压缩永久变形的测试按照GB/T7759-1996执行。耐腐蚀性能的测试按照GB/T19243-2003执行。
耐腐蚀测试：取20mm×20mm×3mm橡胶，制成试样。取三个干净的烧杯，分别配制10%浓度的盐酸和10%浓度的NaOH溶液，将试样分别浸入配制好的溶液中，保持密封环境45天后，取出试样观察试样表面的腐蚀情况。
表3 实施例1-8及对比例1-4橡胶材料性能测试结果
拉伸强度MPa 伸长率% 压缩永久变形% 氧指数% 耐酸性 耐碱性
实施例1 20.4 675 18.7 31.2 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例2 20.8 681 18.5 31.6 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例3 21.5 689 18.2 32.5 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例4 21.7 691 18.1 32.7 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例5 22.4 698 17.7 33.4 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例6 22.5 708 17.3 33.8 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例7 22 703 18.5 32.5 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
实施例8 21.3 699 18.9 32.1 无皱皮、气泡、剥落现象 无皱皮、气泡、剥落现象
对比例1 12.9 411 28.2 16.5 大量皱皮、气泡、剥落现象 大量皱皮、气泡、剥落现象
对比例2 13.8 415 25.1 15.6 大量皱皮、气泡、剥落现象 大量皱皮、气泡、剥落现象
对比例3 14.2 422 23.5 14.4 大量皱皮、气泡、剥落现象 大量皱皮、气泡、剥落现象
对比例4 15.5 439 21.8 14.3 少量皱皮、气泡、剥落现象 少量皱皮、气泡、剥落现象
结合表3，对本发明实施例1-8及对比例1-4橡胶材料的性能进行测试，可以看出，实施例1-8橡胶材料均表现出良好的综合性能：具有优良的机械性能，拉伸强度在20.4MPa以上，断裂伸长率在675%以上，压缩永久变形为18.9%以下，氧指数高达33.8%，耐化学腐蚀。对比例1缺少碳纤维，材料的机械性能和耐腐蚀性能明显下降，压缩永久变形最差；对比例2缺少改性煤矸石粉，对比例3未对煤矸石粉进行改性，对比例4煤矸石粉的改性方法中，缺少硬脂酸钠和二茂铁，材料的阻燃性能和机械性能明显下降，综合性能差。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种地下电缆安全防护结构，包括电缆和包裹在所述电缆外部且沿其长度方向延伸的防护套；其特征在于：所述防护套由内向外依次包括绝缘层、第一金属层、橡胶层和第二金属层，所述橡胶层采用的橡胶材料由以下重量份数的组分制成：氯丁橡胶38-45份、PBT树脂22-31份、改性煤矸石粉15-21份、玻璃粉10-15份、阻燃剂8-12份、硫化剂6-10份、碳纤维3-6份、乙醇55-65份；
所述改性煤矸石粉由以下重量份数的组分制成：煤矸石粉10-12份、无水乙醇150-180份、偶联剂KH560 2.5-4份、十二烷基苯磺酸钠2-4份、硬脂酸钠1-2份、二茂铁0.5-0.8份；
所述改性煤矸石粉的制备方法是：将煤矸石粉加入到无水乙醇中，80-85℃条件下以300r/min的转速搅拌10min后，加入偶联剂KH560、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠和二茂铁，保持温度和转速不变，继续搅拌30min后，在40Hz的超声波中震荡2h，抽滤，将滤渣干燥，即可；
所述橡胶材料的制备方法是：将改性煤矸石粉和玻璃粉混合后，置于真空烘箱中以100℃的温度干燥6h后，与氯丁橡胶、PBT树脂、碳纤维、乙醇混合后，置于反应釜中，设置温度为85℃，通入氮气，保持压强为0.8MPa，以200r/min的转速搅拌30min后，加入阻燃剂，保持转速不变，继续搅拌1h后，置于110℃的密炼机中混炼45min，调整温度为58℃后，加入硫化剂继续混炼10min后，在平板硫化机上硫化，硫化时间为12min，温度为150℃，压力为10MPa，即可。
2.如权利要求1所述的一种地下电缆安全防护结构，其特征在于：所述橡胶材料由以下重量份数的组分制成：氯丁橡胶41-44份、PBT树脂25-30份、改性煤矸石粉18-20份、玻璃粉12.5-15份、阻燃剂9-11份、硫化剂8-9.5份、碳纤维4.5-5.6份、乙醇60-63份。
3.如权利要求2所述的一种地下电缆安全防护结构，其特征在于：所述煤矸石粉的粒径为10-20mm。
4.如权利要求3所述的一种地下电缆安全防护结构，其特征在于：所述阻燃剂为聚酰胺纤维和氢氧化铝的混合物，重量比聚酰胺纤维：氢氧化铝为1:3-5。
5.如权利要求4所述的一种地下电缆安全防护结构，其特征在于：所述玻璃粉为低熔点玻璃粉D240或D250。
6.如权利要求5所述的一种地下电缆安全防护结构，其特征在于：所述硫化剂为氧化镁、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷或环氧树脂中的一种。
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