CN109671523B - 一种耐高温耐磨柔性电缆 - Google Patents

Abstract

本发明属于电缆技术领域，涉及一种电缆，特别涉及一种耐高温耐磨柔性电缆。所述电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述护套层为改性硅橡胶材料。所述改性硅橡胶材料包括77‑85份硅橡胶、12‑20份云母鳞片、0‑3份无机锑化合物或/和无机锗化合物。

Description

一种耐高温耐磨柔性电缆

技术领域

本发明属于电缆技术领域，涉及一种电缆，特别涉及一种耐高温耐磨柔性电缆。

背景技术

一般的电线电缆是以聚乙烯或聚氯乙烯为绝缘层材料，以塑料或橡胶为外护套，这些材料都是常规工程材料，具有丰富的来源，能够满足大规模生产，而且成本相对较低。但对于一些特殊行业如石油化工、钢铁、航空航天、造船、军工、制药、食品、塑料机械、锅炉等与热、高温有关的行业，普通材料不能满足这些行业对电缆耐高温的需求。且有些设备部件需要不断移动，普通的电线电缆在不断移动中受到地面或设备的摩擦，容易磨损，影响电缆的安全性和使用寿命。因此开发出一种耐高温耐磨的电线电缆保证电缆在特殊行业中电力和信号的安全运行非常重要。

电缆绝缘层外面所施加的保护覆盖层，叫做护套层，主要作用是保护电缆绝缘层在敷设和运行过程中，免遭机械损伤和各种环境因素的破坏，如水、日光、生物、火灾、热等，以保持电缆长期稳定的电气性能，所以，电缆保护层的质量好坏直接关系到电缆的使用寿命时长。普通的电缆护套层采用橡胶作为主材料制作而成，对于高温行业，普通橡胶护套层不能达到耐高温的要求。硅橡胶与普通橡胶相比，具有优异的耐热性、耐寒性、电气特性、绝缘性和物理惰性等，广泛应用于航天航空、电子电气、建筑、化工及医药卫生等领域，硅橡胶最显著的特点是其优异的耐热性，可在200℃左右的高温下长期使用，在350℃下亦可使用一段时间，因此被广泛用作高温场合的弹性材料。但是硅橡胶的力学性能较差，往往采用白炭黑对硅橡胶进行补强作用，而白炭黑表面存在一定数量的硅羟基，同时其表面残留的吸附水和由羟基缩合产生的水，均使硅橡胶的耐热性能下降，添加的白炭黑在增加硅橡胶力学性能的同时会引起硅橡胶耐热性的下降，因此限制了硅橡胶的应用。对于一些特殊领域，如高温作业下的电线电缆，使用硅橡胶作为外护套，需要其兼具优异的力学性能和耐热性能。

发明内容

本发明针对上述现有技术电缆中的不足之处，提供一种以改性聚苯醚作为绝缘层、硅橡胶为护套层的电缆，呈现优异的耐高温、耐磨、抗拉强度等性能，此电缆可以应用于特殊与热、高温有关的行业。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种耐高温耐磨柔性电缆，所述电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述护套层为改性硅橡胶材料。

作为优选，所述改性硅橡胶材料包括77-85份硅橡胶、12-20份云母鳞片、0-3份无机锑化合物或/和无机锗化合物。

作为优选，所述硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为5-20％。

作为优选，所述云母鳞片宽度为500-800μm，宽厚比为50-80。

作为优选，所述无机锑化合物为三氧化二锑、五氧化二锑、五硫化二锑、硫酸锑中的一种或多种，所述无机锗化合物为二氧化锗，一氧化锗，二硫化锗、一硫化锗中的一种或多种。

作为优选，所述缆芯由若干根线芯构成，所述线芯包括导体和包覆在导体外的绝缘层。

作为优选，所述导体由若干金属线绞合而成，所述金属线选自镀金属或不镀金属的铜线、无镀层铝线、铝合金线中一种或多种。

作为优选，所述绝缘层材料为无机填料改性的聚苯醚。

作为优选，所述绕包层为玻璃纤维布或耐火云母带。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的柔性电缆以改性聚苯醚作为绝缘层、以改性硅橡胶作为护套层，其中，改性硅橡胶中添加适量的云母鳞片、无机锑化合物或/和无机锗化合物来大幅度提高硅橡胶的性能，从而提高电缆的力学性能和耐高温性。本发明通过外护套材料的改性，延长高温行业中电缆使用寿命，防止电缆事故的发生，安全可靠，具有推广价值和市场前景，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明一个实例中的柔性电缆的截面示意图。

图中，1、导体，2、绝缘层，3、绕包层，4、护套层。

具体实施方式

下面通过具体实施例，结合附图对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

如图1所示，其为本发明一个实例中的柔性电缆的截面示意图，包括缆芯、绕包层3、护套层4，所述缆芯、绕包层3、护套层4由内至外依次分布设置，所述缆芯为4根由导体1和包覆在导体1外的绝缘层2构成的线芯。

导体1由若干金属线绞合而成，绞合的金属线的根数跟金属线本身直径以及所应用电缆规格有关，比如标称截面积为300平方毫米的导体，可以由513根直径为0.85毫米的金属线绞合而成。常规来说，在导体标称截面积一定的情况下，绞合金属线根数的越多，即金属线直径的越小，导体的柔韧性就越好，导体的额定电流及载流量也越大，但是这意味着生产成本的增加，所以在实际生产中，金属线根数和直径大小视具体情况而定。所述金属线选自镀金属或不镀金属的铜线、无镀层铝线、铝合金线中一种或多种。镀金属铜线可以为镀锡铜线、镀锌铜线等。金属线根据电缆规格以及应用领域进行选择，如铝合金线形成的导体重量轻，导电性好，应用于受力较小的架空电力线路的配电线；镀锡铜线不易氧化、耐腐蚀性高，适用于对耐高温要求较高的电缆中。本发明的一个优选实例中，导体采用镀锡铜线加铝合金线绞合而成，镀锡铜线与铝合金线的根数比为20：(1-3)。

包覆在导体1外的绝缘层材料为无机填料改性的聚苯醚，聚苯醚刚性大、耐热性高、强度高，经过无机填料改性后的聚苯醚性能显著提高，作为电缆绝缘层可以提高电缆的抗老化、耐磨、耐高温性能。

导体1和绝缘层2形成的线芯在图1中为4根，但本发明中，并不限于4根线芯，可以为2根、3根、5根、6根等。对于多芯的电缆为了保证成型度、减小电缆的外形，一般都需要将其绞合为圆形缆芯，成缆的技术要求：一是杜绝异型绝缘线芯翻身而导致电缆的扭弯；二是防止绝缘层被划伤。本发明一个实例中，在成缆的同时伴随绕包层3的绕包，用来捆扎固定缆芯中各个线芯的位置，以保证成缆线芯的圆整、稳定，保证缆芯不松散。绕包层3优选为耐高温的玻璃纤维布或耐火云母带，提高电缆的耐高温性能。

在金属线绞合成导体过程中以及线芯成缆过程中，在空隙处可填充阻水膏或阻水纱，提高电缆的纵向阻水性。

护套层4通过挤制包覆在绕包层3外部，护套层的材料直接关系到电缆的使用寿命。在本发明的一个实例中，护套层为改性硅橡胶材料，所述改性硅橡胶材料包括77-85份硅橡胶、12-20份云母鳞片、0-3份无机锑化合物或/和无机锗化合物。

硅橡胶自身力学性能有限，往往采用添加剂对其补强，常用的添加剂为白炭黑，而白炭黑如上所述具有降低硅橡胶耐热性的缺陷。而本发明采用云母鳞片作为添加剂，层状结构的云母鳞片不仅可以提高硅橡胶的力学性能还能改善硅橡胶的耐热性：层状鳞片具有应力分散的作用，提高硅橡胶力学性能；云母鳞片的层状叠合排列封闭硅橡胶中的微孔，降低热量的传递，且云母鳞片消除硅橡胶中可以引发主链降解的微量水分和硅羟基，有效抑制硅橡胶端基引发的主链降解，提高耐温性能。如下表1中实施例1和对比例1的性能数据所示，对比例1的抗张强度和耐热性能显著低于实施例1，通过实验表明云母鳞片对硅橡胶力学性能和耐热性的积极影响。同时添加微量的无机锑化合物和无机锗化合物也可以提高硅橡胶的热稳定性。

当然，在成本可控情况下，改性硅橡胶材料还可以包括其他可以提高硅橡胶性能的添加剂，如抗老化剂、阻燃剂等等。

所述硅橡胶优选为苯基硅橡胶，在硅橡胶结构引入苯基链节可以有效改善硅橡胶的耐低温、耐高温以及抗老化性能，但是大量的苯基链节破坏硅橡胶分子结构的规整性，不利于硅橡胶的力学性能，所以苯基链节摩尔分数优选为5-20％。进一步优选，硅橡胶为二苯基硅橡胶。

所述云母鳞片优选为宽度为500-800μm、宽厚比为50-80，高宽厚比更有利于性能的提升。

所述无机锑化合物为三氧化二锑、五氧化二锑、五硫化二锑、硫酸锑中的一种或多种，所述无机锗化合物为二氧化锗，一氧化锗，二硫化锗、一硫化锗中的一种或多种。

实施例1

本实施例的耐高温耐磨柔性电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述缆芯为4根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯。所述导体由462根直径为0.85mm的镀锡铜线和51根直径为0.85mm铝合金线绞合而成；所述绝缘层材料为玻璃纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的12％wt；所述绕包层为耐高温的玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：

80份硅橡胶、15份云母鳞片、1份三氧化二锑、1份二氧化锗；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为8％；云母鳞片平均宽度为500μm，平均宽厚比为60。

实施例2

本实施例的耐高温耐磨柔性电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述缆芯为4根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯。所述导体由462根直径为0.85mm的镀锡铜线和51根直径为0.85mm铝合金线绞合而成；所述绝缘层材料为玻璃纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的12％wt；所述绕包层为耐高温的玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：

80份硅橡胶、15份云母鳞片；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为8％；云母鳞片平均宽度为500μm，平均宽厚比为60。

实施例3

本实施例的耐高温耐磨柔性电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述缆芯为4根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯。所述导体由513根直径为0.85mm的镀锡铜线绞合而成；所述绝缘层材料为玻璃纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的12％wt；所述绕包层为耐高温的玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：

80份硅橡胶、15份云母鳞片、1份三氧化二锑、1份二氧化锗；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为8％；云母鳞片平均宽度为500μm，平均宽厚比为60。

实施例4

本实施例的耐高温耐磨柔性电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述缆芯为4根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯。所述导体由462根直径为0.85mm的镀锡铜线和51根直径为0.85mm铝合金线绞合而成；所述绝缘层材料为玻璃纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的12％wt；所述绕包层为耐高温的玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：

80份硅橡胶、15份云母鳞片、2份三氧化二锑；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为8％；云母鳞片平均宽度为500μm，平均宽厚比为60。

实施例5

本实施例的耐高温耐磨柔性电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述缆芯为5根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯。所述导体由292根直径为0.68mm的镀锡铜线和32根直径为0.68mm铝合金线绞合而成；所述绝缘层材料为炭纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的10％wt；所述绕包层为耐高温的玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：

85份硅橡胶、16份云母鳞片、0.5份三氧化二锑、1份二硫化锗；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为10％；云母鳞片平均宽度为600μm，平均宽厚比为70。

实施例6

本实施例的耐高温耐磨柔性电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置，所述缆芯为3根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯。所述导体由292根直径为0.85mm的镀锡铜线和32根直径为0.85mm铝合金线绞合而成；所述绝缘层材料为炭纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的7％wt；所述绕包层为耐高温的玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：

78份硅橡胶、13份云母鳞片、0.5份三氧化二锑、0.5份二硫化锗；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为11％；云母鳞片平均宽度为800μm，平均宽厚比为80。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的外护套成分中不包括云母鳞片，其它与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的外护套为常规聚乙烯材料，其它与实施例1相同。

将实施例1-6和对比例1-2的电缆进行机械性能实验，根据标准GB/T2951-2008测试电缆线的抗张强度和断裂伸长率；将电缆线置于100℃下的空气箱中热老化14天，测试老化处理后的抗张强度和断裂伸长率变化率；根据标准GB/T 5013-2008测试线缆的耐磨性，经过20000次单程运动后，以安装的试样绝缘显露部分长度作为耐磨性能好坏的评判标准。结果如表1所示。

表1

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种耐高温耐磨柔性电缆，其特征在于，所述电缆包括缆芯、绕包层、护套层，所述缆芯、绕包层、护套层由内至外依次分布设置；

所述缆芯为4根由导体和包覆在导体外的绝缘层构成的线芯；所述导体由462根直径为0.85mm的镀锡铜线和51根直径为0.85mm铝合金线绞合而成；所述绝缘层材料为玻璃纤维改性的聚苯醚，其中玻璃纤维占总量的12％wt；所述绕包层为玻璃纤维布；所述护套层由包括以下重量份成分的材料构成：80份硅橡胶、15份云母鳞片、1份三氧化二锑、1份二氧化锗；其中，硅橡胶为苯基硅橡胶，苯基链节摩尔分数为8％；云母鳞片平均宽度为500μm，平均宽厚比为60。

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