CN109559849A - 一种保湿抗风蚀抗老化风电电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保湿抗风蚀抗老化风电电缆及其制备方法，该电缆由外及里依次设置有保湿增强层、耐水抗老化层、内衬、绝缘层和导体，在保湿增强层与耐水抗老化层之间还设置有功能层，功能层与耐水抗老化层交界处设置有固化有缩合型单组分室温硫化硅橡胶的疏水透气膜；保湿增强层为由竹炭纤维、直径0.2mm‑0.5mm的玻璃纤维、PP扁丝三种纤维丝均匀混编后，再经聚丙烯酸钠高吸水树脂封闭制成；耐水抗老化层采用聚丙烯腈纤维密织编纺制成；功能层采用甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂混合均匀胶合而成。本发明的保湿抗风蚀抗老化风电电缆能适应干燥强风环境、温差适应性好、抗风蚀、使用寿命长。

Description

一种保湿抗风蚀抗老化风电电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电气元件领域，尤其涉及一种保湿抗风蚀抗老化风电电缆及其制备方法。
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《一种耐老化耐扭曲风电电缆》(申请号：201610182038.4，公开日：2016-07-20)，公开了一种耐老化耐扭曲风电电缆，其直接采用在现有技术基础上增加具有阻燃、抗老化、增加机械性能的多组份聚氨酯基复合材料护套，以获得性能上的直接叠加，这种方式需要生产配套生产线大幅调整不说，其实质上也并不能增加电缆的抗风蚀抗老化性能：聚氨酯本身在强紫外光下与空气中的水和氧反应就容易氧化，即使在添加有多种添加剂的情况下也只能保持额外增加的多组份聚氨酯基复合材料护套本身机械性能增加且更不易老化，其内部其它部分仍会随着时间延长、结晶水脱出而老化、开裂以致电缆失效；而且该专利并不具有适应具有丰富风力资源区域的长期强风环境和极大的昼夜温差的性能。
综上所述，市面上需要一种能适应干燥强风环境、温差适应性好、抗风蚀、使用寿命长的风电资源丰富区域专用电缆。
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能适应干燥强风环境、温差适应性好、抗风蚀、使用寿命长的保湿抗风蚀抗老化风电电缆及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：该电缆由外及里依次设置有保湿增强层、耐水抗老化层、内衬、绝缘层和导体，在保湿增强层与耐水抗老化层之间还设置有功能层，功能层与耐水抗老化层交界处设置有固化有质量比12wt％-15wt％缩合型单组分室温硫化硅橡胶的疏水透气膜；保湿增强层为由竹炭纤维、直径0.2mm-0.5mm的玻璃纤维、PP扁丝三种纤维丝按质量比10：(6-8)：(50-60)均匀混编后，再经聚丙烯酸钠高吸水树脂封闭后制成；耐水抗老化层采用聚丙烯腈纤维密织编纺制成；功能层采用甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：(25-30)混合均匀胶合而成；
其中保湿增强层的制造方法包括以下步骤：
1)生产前准备
①按重量份准备竹炭纤维10份、直径0.2mm-0.5mm的玻璃纤维6份-8份、PP扁丝50份-60份、足量聚丙烯酸钠高吸水树脂、准备与保湿增强层管状结构尺寸相匹配的模具；
2)强化网的制备
①将阶段1)准备的竹炭纤维、玻璃纤维、PP扁丝均匀混编成网孔尺寸0.5mm-1mm的、与电缆设计尺寸相匹配的6层-8层交错的管状纤维网；
②将阶段1)准备的聚丙烯酸钠高吸水树脂加热至熔融状态，然后将步骤①获得的管状纤维网逐层浸润在熔融状态的聚丙烯酸钠高吸水树脂中，然后取出自然干燥，获得节点粘连的多层纤维网，该节点粘连的多层纤维网即为所需强化网；
3)保湿增强层成型
①维持阶段2)步骤②获得的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液；
②将强化网层叠好后卷成筒状，置于阶段1)准备的模具中，获得置芯模具；
③将步骤①准备的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液灌封到步骤②获得的模具中，然后在模具开口处物理加压10MPa-20MPa，获得紧实模压管，待紧实模压管自然冷却固化后开模，取出固化后的复合管，该复合管即为所需保湿增强层；
所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆的制造方法包括以下步骤：
①将耐水抗老化层、内衬、绝缘层和导体由外及里依次套装好，获得基体；
②在步骤①获得的基体表面紧密缠绑疏水透气膜，然后再将缩合型单组分室温硫化硅橡胶均匀涂覆在疏水透气膜外表面上，获得强化紧固基体；
③将强化紧固基体套装在保湿增强层中且两者保持同轴状态，获得组合套管；
④在步骤③获得的组合套管中以20MPa-25MPa压强灌封甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：(25-30)混合均匀的混合液化树脂，直至柔胶液填充完整个空间，然后将获得的管状结构两端锁紧固定，即获得所需所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆。
该保湿抗风蚀抗老化风电电缆可长时承受-70℃-250℃的工作温度；直接抗拉强度不低于100N/mm2，最大允许张力负荷不低于15N/mm2；以－40℃环境下10米长电缆正反旋转1440°(4圈)为1次，至少旋转15次电缆护套抗扭不开裂；以常温状态下10米长电缆正反旋转1080°(3圈)为1次，至少旋转50次电缆护套抗扭不开裂；施加300Hz交流电压2.0U0/5min不击穿。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明的基体层次和材料与现有技术完全一致，所改变的仅仅是最外面的四层功能结构：最外层的保湿增强层、次表层的功能层、疏水透气膜及耐水抗老化层的碳纤维层，这四层结构来源广泛，层次分明，易于实现，同时能实现专门应用于恶劣风电环境的特殊电缆结构，市场应用前景好。(2)保湿增强层中的6层-8层的复合纤维网是本发明两个核心点之一，三种纤维中塑料纤维(PP扁丝)提供基础支撑强度及部分柔韧性与变形容错；玻璃纤维提供强度、抗老化性能和结构支撑；竹炭纤维除在物理性能上提供吸湿透气、散热控温及均电效应(与铝衣屏蔽电效应原理相同)外，还在生物方面为本发明提供抑菌抗菌效果，阻止微生物生化反应，降低老化效率，三种纤维功能互补，共同使本发明的表层更不易开口、老化和断裂；同时高吸水树脂的存在也使本发明具有良好的吸水储湿性能，结果风电大省甘肃省的自然环境，全年少水多风，常规电缆老化很快的根本原因就是有机物内的结晶水在强风和缺水环境下脱出，在强紫外光和氧气作用下结构改变、基质氧化造成的，高吸水树脂的性能使本发明在较长时间段内能保持基本的水含量，保持有机物化学结构的稳定。(3)本发明另一个核心点就是作为粘合剂的含甲壳素的甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂(现有技术中光固化树脂用作胶黏剂的很少，但这种材料特别适用于本发明，因为保湿增强层材料除竹炭纤维外其余都是透光材料，满足使次表层的光固化树脂固化的条件，另外光固化树脂用作胶粘剂也能保证保湿增强层与耐水抗老化层之间的结合力)，甲壳素具有高效的抗氧化能力，能防止氧化，同时甲壳素中亦含有高效保湿成份，它的β葡聚糖也能有效吸水使本发明。(4)聚丙烯腈纤维密织编纺后具有较好的强度、非常好的耐高温的抗老化性能，聚丙烯腈纤维的优点就是耐候性和耐日晒性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77％；它还耐化学试剂，特别是无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂。因此本发明具有能适应干燥强风环境、温差适应性好、抗风蚀、使用寿命长的特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：保湿增强层1、功能层2、疏水透气膜3、耐水抗老化层4、内衬5、绝缘层6、导体7。
具体实施方式
实施例1：
该电缆由外及里依次设置有保湿增强层1、耐水抗老化层4、内衬5、绝缘层6和导体7，在保湿增强层1与耐水抗老化层4之间还设置有功能层2，功能层2与耐水抗老化层4交界处设置有固化有质量比15wt％缩合型单组分室温硫化硅橡胶的疏水透气膜3；保湿增强层1为由竹炭纤维、直径0.2mm的玻璃纤维、PP扁丝三种纤维丝按质量比10：8：50均匀混编后，再经聚丙烯酸钠高吸水树脂封闭后制成；耐水抗老化层4采用聚丙烯腈纤维密织编纺制成；功能层2采用甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：25混合均匀胶合而成；
其中保湿增强层1的制造方法包括以下步骤：
1)生产前准备
①按重量份准备竹炭纤维10Kg、直径0.2mm的玻璃纤维8Kg、PP扁丝50Kg、足量聚丙烯酸钠高吸水树脂、准备与保湿增强层1管状结构尺寸相匹配的模具；
2)强化网的制备
①将阶段1)准备的竹炭纤维、玻璃纤维、PP扁丝均匀混编成网孔尺寸0.5mm的、与电缆设计尺寸相匹配的8层交错的管状纤维网；
②将阶段1)准备的聚丙烯酸钠高吸水树脂加热至熔融状态，然后将步骤①获得的管状纤维网逐层浸润在熔融状态的聚丙烯酸钠高吸水树脂中，然后取出自然干燥，获得节点粘连的多层纤维网，该节点粘连的多层纤维网即为所需强化网；
3)保湿增强层1成型
①维持阶段2)步骤②获得的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液；
②将强化网层叠好后卷成筒状，置于阶段1)准备的模具中，获得置芯模具；
③将步骤①准备的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液灌封到步骤②获得的模具中，然后在模具开口处物理加压20MPa，获得紧实模压管，待紧实模压管自然冷却固化后开模，取出固化后的复合管，该复合管即为所需保湿增强层1；
所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆的制造方法包括以下步骤：
①将耐水抗老化层4、内衬5、绝缘层6和导体7由外及里依次套装好，获得基体；
②在步骤①获得的基体表面紧密缠绑疏水透气膜3，然后再将缩合型单组分室温硫化硅橡胶均匀涂覆在疏水透气膜3外表面上，获得强化紧固基体；
③将强化紧固基体套装在保湿增强层1中且两者保持同轴状态，获得组合套管；
④在步骤③获得的组合套管中以25MPa压强灌封甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：25混合均匀的混合液化树脂，直至柔胶液填充完整个空间，然后将获得的管状结构两端锁紧固定，即获得所需所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆。
根据本实施例生产出的电缆样品，可长时承受-70℃-250℃的工作温度；直接抗拉强度110N/mm2，最大允许张力负荷18N/mm2；以－40℃环境下10米长电缆正反旋转1440°(4圈)为1次，旋转18次电缆护套抗扭不开裂；以常温状态下10米长电缆正反旋转1080°(3圈)为1次，旋转68次电缆护套抗扭不开裂；施加300Hz交流电压2.0U0/10min不击穿，自然使用寿命不低于10年。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
该电缆由外及里依次设置有保湿增强层1、耐水抗老化层4、内衬5、绝缘层6和导体7，在保湿增强层1与耐水抗老化层4之间还设置有功能层2，功能层2与耐水抗老化层4交界处设置有固化有质量比12wt％缩合型单组分室温硫化硅橡胶的疏水透气膜3；保湿增强层1为由竹炭纤维、直径0.5mm的玻璃纤维、PP扁丝三种纤维丝按质量比10：6：60均匀混编后，再经聚丙烯酸钠高吸水树脂封闭后制成；耐水抗老化层4采用聚丙烯腈纤维密织编纺制成；功能层2采用甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：30混合均匀胶合而成；
其中保湿增强层1的制造方法包括以下步骤：
1)生产前准备
①按重量份准备竹炭纤维10Kg、直径0.5mm的玻璃纤维6Kg、PP扁丝60Kg、足量聚丙烯酸钠高吸水树脂、准备与保湿增强层1管状结构尺寸相匹配的模具；
2)强化网的制备
①将阶段1)准备的竹炭纤维、玻璃纤维、PP扁丝均匀混编成网孔尺寸1mm的、与电缆设计尺寸相匹配的6层交错的管状纤维网；
3)保湿增强层1成型
③将步骤①准备的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液灌封到步骤②获得的模具中，然后在模具开口处物理加压10MPa，获得紧实模压管，待紧实模压管自然冷却固化后开模，取出固化后的复合管，该复合管即为所需保湿增强层1；
所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆的制造方法包括以下步骤：
④在步骤③获得的组合套管中以20MPa压强灌封甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：30混合均匀的混合液化树脂，直至柔胶液填充完整个空间，然后将获得的管状结构两端锁紧固定，即获得所需所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆。
根据本实施例生产出的电缆样品，可长时承受-70℃-250℃的工作温度；直接抗拉强度105N/mm2，最大允许张力负荷15N/mm2；以－40℃环境下10米长电缆正反旋转1440°(4圈)为1次，旋转15次电缆护套抗扭不开裂；以常温状态下10米长电缆正反旋转1080°(3圈)为1次，旋转53次电缆护套抗扭不开裂；施加300Hz交流电压2.0U0/5min不击穿，自然使用寿命不低于10年。
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 (1)

1.一种保湿抗风蚀抗老化风电电缆，其特征在于：该电缆由外及里依次设置有保湿增强层(1)、耐水抗老化层(4)、内衬(5)、绝缘层(6)和导体(7)，在保湿增强层(1)与耐水抗老化层(4)之间还设置有功能层(2)，功能层(2)与耐水抗老化层(4)交界处设置有固化有质量比12wt％-15wt％缩合型单组分室温硫化硅橡胶的疏水透气膜(3)；保湿增强层(1)为由竹炭纤维、直径0.2mm-0.5mm的玻璃纤维、PP扁丝三种纤维丝按质量比10：(6-8)：(50-60)均匀混编后，再经聚丙烯酸钠高吸水树脂封闭后制成；耐水抗老化层(4)采用聚丙烯腈纤维密织编纺制成；功能层(2)采用甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：(25-30)混合均匀胶合而成；
其中保湿增强层(1)的制造方法包括以下步骤：
1)生产前准备
①按重量份准备竹炭纤维10份、直径0.2mm-0.5mm的玻璃纤维6份-8份、PP扁丝50份-60份、足量聚丙烯酸钠高吸水树脂、准备与保湿增强层(1)管状结构尺寸相匹配的模具；
2)强化网的制备
①将阶段1)准备的竹炭纤维、玻璃纤维、PP扁丝均匀混编成网孔尺寸0.5mm-1mm的、与电缆设计尺寸相匹配的6层-8层交错的管状纤维网；
②将阶段1)准备的聚丙烯酸钠高吸水树脂加热至熔融状态，然后将步骤①获得的管状纤维网逐层浸润在熔融状态的聚丙烯酸钠高吸水树脂中，然后取出自然干燥，获得节点粘连的多层纤维网，该节点粘连的多层纤维网即为所需强化网；
3)保湿增强层(1)成型
①维持阶段2)步骤②获得的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液；
②将强化网层叠好后卷成筒状，置于阶段1)准备的模具中，获得置芯模具；
③将步骤①准备的熔融状态聚丙烯酸钠高吸水树脂液灌封到步骤②获得的模具中，然后在模具开口处物理加压10MPa-20MPa，获得紧实模压管，待紧实模压管自然冷却固化后开模，取出固化后的复合管，该复合管即为所需保湿增强层(1)；
所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆的制造方法包括以下步骤：
①将耐水抗老化层(4)、内衬(5)、绝缘层(6)和导体(7)由外及里依次套装好，获得基体；
②在步骤①获得的基体表面紧密缠绑疏水透气膜(3)，然后再将缩合型单组分室温硫化硅橡胶均匀涂覆在疏水透气膜(3)外表面上，获得强化紧固基体；
③将强化紧固基体套装在保湿增强层(1)中且两者保持同轴状态，获得组合套管；
④在步骤③获得的组合套管中以20MPa-25MPa压强灌封甲壳素和甲基丙烯酰氧基光固化树脂胶黏剂按质量比1：(25-30)混合均匀的混合液化树脂，直至柔胶液填充完整个空间，然后将获得的管状结构两端锁紧固定，即获得所需所述保湿抗风蚀抗老化风电电缆。
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