CN109666207A - 一种智慧能源高性能内燃机车软电缆及制造方法及绝缘料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧能源高性能内燃机车软电缆及制造方法及绝缘料，绝缘料由以下重量份数比的原料组成：乙烯‑醋酸乙烯共聚物10～20份；三元乙丙橡20～30份低密度聚乙烯60～70份；EPDM‑g‑MAH 10～15份；组合阻燃抑烟剂55～118份；加工助剂6～20份；偶联剂0.5～1份；敏化剂2～4份；防老剂1～2份；将上述原料进行密炼机密炼、单螺杆过滤、造粒、冷却后得到智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料。本发明研制的聚烯烃绝缘料以乙烯‑醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶及低密度聚乙烯为基材，研制的绝缘料用于成品电缆，辐照交联后具有优异的性能，满足美标机车软电缆对电缆性能的苛刻要求，此线可用于美标机车内电力的传输。

Description

一种智慧能源高性能内燃机车软电缆及制造方法及绝缘料
技术领域
本发明涉机车电线领域，特指一种智慧能源高性能内燃机车软电缆及制造方法及绝缘料。
背景技术
近年来轨道交通技术飞速发展，机车电气设备越来越精密，从而机车内部所需连接电缆数量和种类越来越多，然而机车内部空间有限，因此电线的外径要求越来越严格。轨道交通电缆(机车电缆)标准主要有EN标准、GB国家标准、日本标准JISC系列标准及美国标准四大类。我国机车电缆生产企业大多参照EN标准与国家标准，很少有公司能生产符合美国标准及日本标准的机车电缆。美国标准(美标)内燃机机车软电缆相比性能要求更高，要有优异的电气性能和机械性能(强度、断裂伸长率)以及耐高低温性能、绝缘老化实验(170℃，168h)、温度循环试验、电气过载(单根电气过载及成束电气过载)、耐刮磨、耐油(150℃，144h)、耐低温弯曲、耐高温利刃热切(170℃负重)、阻燃、低烟密度等性能，目前国内没有相应的绝缘材料能够完全满足此类机车软电缆的要求，因此需要针对该此系列电缆的绝缘材料进行研发攻关。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料。
实现本发明的第一个目的方案是一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，由以下重量份数比的原料组成：
将上述原料进行密炼机密炼、单螺杆过滤、造粒、冷却后得到智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料。
在上述配方中，三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故耐热、耐候等耐老化性能优异，具有优异的电绝缘性能和耐电晕性，由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶具有极好的硫化特性，在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影响特性不大。EVA由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而降低了高结晶度，提高了柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能；低密度聚乙烯LDPE具有极好的流变性或熔融流动性，较高的抗张强度、抗撕裂性能。考虑到环保型无卤阻燃电缆，因此以乙烯-醋酸乙烯共聚物为基本原料，该树脂具有良好的填料包容性和可交联性，通过添加乙丙橡胶提高绝缘耐老化耐油性能，添加低密度聚乙烯改善柔性及提高抗张强度及防止了因三元乙丙橡胶含量增加引起的耐油性的降低，EPDM-g-MAH用来提高EPDM的等基材的相容性。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯含量为28％；所述三元乙丙橡胶中ENB含量＜4％，乙烯含量72％，125℃下测试的门尼粘度为28；所述低密度聚乙烯熔融指数为12～15。
所述组合阻燃抑烟剂按重量份为：
添加氢氧化镁、锡酸锌、八钼酸铵和磷酸三苯脂为组合阻燃抑烟剂，通过协同效应增强阻燃抑烟的效果，
所述加工助剂按重量份为：
硬脂酸 1～5份
壬二酸二辛酯 5～15份。
添加硬脂酸和壬二酸二辛酯能改善其耐低温及加工性能，使之能够达到阻燃和环保的规范标准。
所述偶联剂为硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷；所述敏化剂为辐照交联的引发剂三烯丙基异氰脲酸酯；所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体。
所述聚烯烃绝缘料的制备包括如下步骤：
步骤一：先将EVA 10～20份，EPDM 20～30份，LDPE 60～70份，EPDM-g-MAH10～15份，氢氧化镁40～90份，锡酸锌5～10份，八钼酸铵5～8份，磷酸三苯脂5～10份，投入密炼机中进行密炼，密炼的温度105～110℃，密炼时间6.5±0.5min。
步骤二：向步骤一中加入硬脂酸1～5份，DOZ 5～15份，偶联剂0.5～1份，敏化剂2～4份，防老剂1～2份；翻斗清扫、压上顶栓进行密炼，密炼的温度135～140℃，密炼时间8.0±0.5min。
步骤三：将步骤二的密炼料通过单螺杆造粒机，130～140℃熔融挤出，过60目滤网，冷却、造粒，粒径为2.0mm，冷却后真空密封包装备用。
本发明的第二个目的是提供一种智慧能源高性能内燃机车软电缆。
实现本发明的第二个目的方案是一种智慧能源高性能内燃机车软电缆，包括导体和绝缘层；所述导体为镀锡铜绞合导体；所述绝缘层采用前述的聚烯烃绝缘料。
所述导体由21根直径为0.511mm的镀锡铜单丝采用1+7+13的结构束丝形成直径径为2.60～2.67mm股线，然后由37股股线采用1+6+12+18的结构同方向复绞而成，外径为16.55～17.20mm，截面积≥155.6mm2，20℃直流电阻≤0.1180Ω/km。
本发明的第三个目的是提供一种智慧能源高性能内燃机车软电缆的制造方法。
实现本发明的第三个目的方案是一种智慧能源高性能内燃机车软电缆制造方法，所述绝缘层通过PVC螺杆挤塑机挤包到导体上再经过辐照交联后制成。
所述绝缘层选用上述研制聚烯烃绝缘料，挤出选用90挤塑机，螺杆选用PVC螺杆，绝缘料使用时需预先在烘箱中60℃烘干4小时；挤塑机机头加一层60目滤网，挤出方式为挤压式，模芯17.3mm、模套21.5mm；挤塑机7个温区的挤出机身温度为135±5℃、140±5℃、145±5℃、150±5℃；机头温度为：155±5℃、160±5℃、160±5℃；螺杆转速20～30，线速度15～30m/min；所述绝缘层最薄点设定为1.78mm、绝缘平均厚度1.90mm，电缆偏心度≤4％，外径≤22.7mm。
所述绝缘层挤出后静置24h，可进行辐照交联工序，所述绝缘辐照工序选用4.5MeV辐照加速器；所述辐照工艺参数设定为：辐照能量4.3MeV，辐照剂量0.8mA/m/min，束流20mA，缠绕8圈，换卷束流0.5mA，辐照1次后电缆端头接地静置24h，测试电缆绝缘强度≥12MPa、断裂伸长率为230％～290％，成品性能检验合格后，过10kV火花机复绕上合板盘包装供货。
采用上述技术方案，本发明专利具有以下有益效果：(1)本发明研制聚烯烃绝缘料满足了美国通用(GE)公司企业标准对内燃机机车软电缆绝缘老化(170℃，168h)，耐低温(-55℃、4h)、阻燃、烟密度等性能要求，达到打破国外材料垄断，降低该系列产品的制造成本，满足高端装备电缆出口的需要。
(2)本发明采用的绝缘挤出工艺控制及辐照参数设置，可以确保辐照后成品电缆的绝缘强度≥12MPa、断裂伸长率控制在230％～290％范围，绝缘老化实验(170℃，168h)、耐刮磨、耐油(150℃，144h)、耐低温弯曲(-55℃，1h)、耐高温利刃热切(170℃负重)、阻燃、低烟密度等性能，制备方法设计科学，使用效果理想。
(3)本发明采用的导体结构，绞向及绞合节距的设置可以有效提高电缆的柔软性，有利于低温(-55℃、1h)卷绕/冲击实验，鸟笼试验(局部扭曲)的通过，电缆柔性好，耐扭曲，允许弯曲半径≥4D，方便敷设。
(4)本发明通过研制绝缘料并挤包应用成品电缆上，确定了电缆成品生产的工艺，测试了相关性能，实现了电缆料研制到成品生产的有效结合，性能评估更准确有效，满足美国军方标准MIL810F中的八种环境模拟试验，便于产品批量化生产供货。
具体实施方式
一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，原料组成、份数见表1：
表1
组份 实例1 实例2
乙烯-醋酸乙烯共聚物 20 10
三元乙丙橡胶(EPDM) 20 25
低密度聚乙烯(LDPE) 60 65
EPDM-g-MAH 15 10
氢氧化镁 50 60
锡酸锌 6 8
八钼酸铵 5 8
磷酸三苯脂 8 10
硬脂酸 4 2
壬二酸二辛酯(DOZ) 10 5
偶联剂 0.5 1
敏化剂 3 2
防老剂 1 1
按照如下步骤制备聚烯烃绝缘料：
配料：按照上述实例1和实例2配方准确计量，称重各种材料：
步骤一：先将EVA，EPDM，LDPE，EPDM-g-MAH，氢氧化镁，锡酸锌，八钼酸铵，磷酸三苯脂，投入密炼机中进行密炼，密炼的温度105～110℃，密炼时间6.5±0.5min。
步骤二：向步骤一中加入硬脂酸，DOZ，偶联剂，敏化剂，防老剂；翻斗清扫、压上顶栓进行密炼，密炼的温度135～140℃，密炼时间8.0±0.5min。
步骤三：将步骤二的密炼料通过单螺杆造粒机，130～140℃熔融挤出，过60目滤网，冷却、造粒，粒径为2.0mm，冷却后真空密封包装备用。
采用上述研制聚烯烃绝缘料生产机车软电缆：
电缆包括导体和绝缘层；导体为镀锡铜绞合导体，根据美国材料实验协会制定的标准ASTM B33、ASTM B172及UL1581标准确定导体由21根直径为0.511mm的镀锡铜单丝采用1+7+13的结构束丝形成直径径为2.60～2.67mm股线，然后由37股股线采用1+6+12+18的结构同方向复绞而成，外径为16.55～17.20mm，截面积≥155.6mm2，20℃直流电阻≤0.1180Ω/km。
挤包绝缘层选用研制的聚烯烃绝缘料，挤出选用90挤塑机，螺杆选用PVC螺杆，绝缘料使用时需预先在烘箱中60℃烘干4小时；挤塑机机头加一层60目滤网，挤出方式为挤压式，模芯17.3mm、模套21.5mm；挤塑机7个温区的挤出机身温度为135±5℃、140±5℃、145±5℃、150±5℃；机头温度为：155±5℃、160±5℃、160±5℃；螺杆转速20～30，线速度15～30m/min；绝缘层最薄点设定为1.78mm、绝缘平均厚度1.90mm，电缆偏心度≤4％，外径≤22.7mm。
绝缘层挤出后静置24h，可进行辐照交联工序，辐照工序选用4.5MeV辐照加速器，参数设定为：辐照能量4.3MeV，剂量0.8mA/m/min，束流20mA，缠绕8圈，换卷束流0.5mA，辐照1次后电缆端头接地静置24h，取样品测试电缆相关性能，成品性能检验合格后，过10kV火花机复绕上合板盘包装供货。
机车软电缆辐照交联后，绝缘的性能见表2：
表2
以上所述的具体实施例，对本发明专利的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述一种智慧能源高性能内燃机车软电缆制造方法仅为本发明的具体实施例代表而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，其特征在于：由以下重量份数比的原料组成：
将上述原料进行密炼机密炼、单螺杆过滤、造粒、冷却后得到智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料。
2.如权利要求1所述一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯含量为28％；所述三元乙丙橡胶中ENB含量＜4％，乙烯含量72％，125℃下测试的门尼粘度为28；所述低密度聚乙烯熔融指数为12～15。
3.如权利要求1所述一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，其特征在于：
所述组合阻燃抑烟剂按重量份为：
4.如权利要求1所述一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，其特征在于：
所述加工助剂按重量份为：
硬脂酸 1～5份
壬二酸二辛酯 5～15份。
5.如权利要求1所述一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷；所述敏化剂为辐照交联的引发剂三烯丙基异氰脲酸酯；所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体。
6.如权利要求1所述一种智慧能源高性能内燃机车软电缆聚烯烃绝缘料，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：先将乙烯-醋酸乙烯共聚物10～20份，三元乙丙橡胶20～30份，低密度聚乙烯60～70份，EPDM-g-MAH 10～15份，组合阻燃抑烟剂55～118份，投入密炼机中进行密炼，密炼的温度105～110℃，密炼时间6.5±0.5min；
步骤二：向步骤一中加入加工助剂6～20份，偶联剂0.5～1份，敏化剂2～4份，防老剂1～2份；翻斗清扫、压上顶栓进行密炼，密炼的温度135～140℃，密炼时间8.0±0.5min；
步骤三：将步骤二的密炼料通过单螺杆造粒机，130～140℃熔融挤出，过60目滤网，冷却、造粒，粒径为2.0mm，冷却后真空密封包装备用。
7.一种智慧能源高性能内燃机车软电缆，其特征在于：包括导体和绝缘层；所述导体为镀锡铜绞合导体；所述绝缘层采用权利要求1～6之一所述的聚烯烃绝缘料。
8.根据权利要求7所述的一种智慧能源高性能内燃机车软电缆，其特征在于：所述导体由21根直径为0.511mm的镀锡铜单丝采用1+7+13的结构束丝形成直径径为2.60～2.67mm股线，然后由37股股线采用1+6+12+18的结构同方向复绞而成，外径为16.55～17.20mm，截面积≥155.6mm2，20℃直流电阻≤0.1180Ω/km。
9.一种智慧能源高性能内燃机车软电缆制造方法，其特征在于：所述电缆结构采用权利要求7或8所述的结构；所述绝缘层通过PVC螺杆挤塑机挤包到导体上再经过辐照交联后制成。
10.根据权利要求9所述的一种智慧能源高性能内燃机车软电缆制造方法，其特征在于：所述绝缘层的挤出选用90挤塑机，螺杆选用PVC螺杆，绝缘料使用时需预先在烘箱中60℃烘干4小时；所述绝缘层最薄点设定为1.78mm、绝缘平均厚度1.90mm，电缆偏心度≤4％，外径≤22.7mm。
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