CN110033883A - 一种防干扰绝缘线缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防干扰绝缘线缆，涉及线缆技术领域，包括线缆主体，线缆主体由内向外包括支撑组件、内线芯层、外线芯层和外保护层，外保护层和外线芯层之间、外线芯层和内线芯层之间均设置有第一金属屏蔽层，外保护层和靠近外保护层的第一金属屏蔽层之间还设置有第一绝缘层，外线芯层和内线芯层均设置有若干导线组，导线组包括两根相互绞在一起的导线，导线包括导体，所述导体外由内向外依次包覆有第二绝缘层、第二金属屏蔽层、阻火层。本发明的一种防干扰绝缘线缆，能够有效减少线缆内部导线之间以及线缆外部的干扰作用，通过阻火层的设置，当其中一根导线因为短路起火时，能够减少对相邻导线的影响，提高了使用的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及线缆技术领域，尤其涉及一种防干扰绝缘线缆。
背景技术
线缆是光缆、电缆等物品的统称，线缆的用途有很多，主要用于控制安装、连接设备、输送电力等多重作用，作为日常生活中常见而不可缺少的一种东西，对线缆的性能进行改进意义深远。在组网中，往往会先铺设各种类型的电缆，然后连接通信各个通信设备，接通电源后，线缆完成各通信设备之间的信号传输和供电功能，从而使通信设备实现一定的功能，但是传统的线缆容易受到电磁信号的干扰，且不能消除线缆表面的电位，容易造成人体触电事故，存在安全隐患。
现有的一篇专利名称为“一种线缆结构”，公开号为“CN108682491A”的中国发明专利，通过在线缆本体外部设有外保护层，外保护层内部设有第一编织层，第一编织层内部中间设有空腔，空腔内部中间设有内线芯层，内线芯层外部设有外线芯层，内线芯层和外线芯层内部均设有多的不同规格的导线，导线内部中间设有导体，导体外部包覆有绝缘层，绝缘层外侧粘接固定有第二编织层的技术手段来解决的上述技术问题，但是采用上述技术方案的线缆，相邻两根导线之间没有防护措施，一旦其中一根导线出现短路，导线温度升高，导致导线金属熔化，导线外的绝缘层燃烧，相邻的所有导线会被瞬间牵连，造成较大的经济损失。
绝缘层作为线缆中必不可少的一个存在，在线缆中起到防止触电事故发生的重要作用，而现有的绝缘层大多是采用高分子橡胶制成，虽然导电率较低，但是易燃性高，一旦出现短路起火，甚至会成为助燃剂，在现有技术中，往往会选择在绝缘层的原料中加入阻燃添加剂的方式来减少绝缘层的燃烧性，目前的主要阻燃添加剂包括含卤添加剂、纳米分子阻燃剂和无机阻燃剂，在使用的过程中，为了保证阻燃效果，往往需要添加较多的阻燃添加剂，其添加量基本与基体橡胶的量相当，虽然保证了阻燃效果，但是会降低绝缘层基体的力学性能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于设计提供一种防干扰绝缘线缆，能够有效减少线缆内部导线之间以及线缆外部的干扰作用，通过阻火层的设置，当其中一根导线因为短路起火时，能够减少对相邻导线的影响，提高了使用的安全性能。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种防干扰绝缘线缆，包括线缆主体，所述线缆主体由内向外包括支撑组件、内线芯层、外线芯层和外保护层，所述外保护层和外线芯层之间、外线芯层和内线芯层之间均设置有第一金属屏蔽层，所述外保护层和靠近外保护层的第一金属屏蔽层之间还设置有第一绝缘层，所述外线芯层和内线芯层均设置有若干导线组，所述导线组包括两根相互绞在一起的导线，所述导线包括导体，所述导体外由内向外依次包覆有第二绝缘层、第二金属屏蔽层、阻火层，所述阻火层包括壳体，所述壳体呈空腔结构，所述壳体靠近第二金属屏蔽层的一侧开设有若干通孔，所述壳体内一体成型有若干横向隔板和纵向隔板，所述横向隔板和纵向隔板交错设置将壳体内部分割形成若干填充室，所述填充室内填充有若干调温胶囊，所述调温胶囊包括聚乙二醇囊芯和包覆于聚乙二醇囊芯外的聚丙烯酸丁酯囊皮。
本发明通过第一金属屏蔽层和第二金属屏蔽层的设置，一方面能够在一定程度上减少线缆内导线和导线之间的干扰，另一方面能够减少线缆外和线缆内导线之间的干扰，起到双重防护作用，而将内线芯层和外线芯层中的导线两两绞在一起形成导线组，也能够在一定程度上减少同一导线组内两根导线之间的干扰，同时，第一金属屏蔽层和第二金属屏蔽层的设置能够有效消除线缆表面的电位，结合第一绝缘层和第二绝缘层的使用，能够在一定程度上有效避免人体触电事故的发生，从而提高了线缆使用的安全性。
另外，本发明还在导体外包覆了阻火层，阻火层内设置的调温胶囊，聚乙二醇囊芯能够通过相变吸收热量，由固体变为液体；在使用的过程中，如果发生短路造成导线温度升高时，在前期，聚乙二醇囊芯能够吸收部分热量，从固体变为液体，如果产生的热量能够被消化吸收，则温度不会升高到导体熔点温度，或起火点温度，能够防止起火，如果产生的热量不能被完全吸收，温度持续升高后，导体被融化，第二绝缘层开始起火，此时阻火层内调温胶囊的聚丙烯酸丁酯囊皮受热破裂，内部的液体流出，一方面能够起到扑灭火星的目的，另一方面，内部的聚乙二醇属于难燃物，因此，能够在一定程度上防止再次起火波及相邻导线，由此能够在一定程度上减少经济损失。
进一步，所述第一金属屏蔽层的内表面固定安装有多个限位块，所述限位块的数量和导线组的数量相匹配，所述限位块沿着线缆的轴向延伸。该结构的设置一方面限位块能够对外线芯层和内线芯层的导线组进行一定的限位，防止其在生产和使用的过程中发生移位，另一方面，限位块能够在一定程度上增加第一金属屏蔽层的抗拉性能，从而增加线缆的使用寿命。
进一步，所述限位块内设置有多根玻璃纤维束。玻璃纤维束能够进一步增加限位块的抗拉性能。
进一步，所述第一金属屏蔽层和第二金属屏蔽层是由纳米银纤维编织形成的斜纹组织结构。纳米银纤维具有较好的导电性能，能够和地线较好的连通，有效的消除线缆表面的电位，而通过纳米银纤维编织形成的第一金属屏蔽层和第二金属屏蔽层，其具有的斜纹组织能够更好的起到防干扰的作用。
进一步，所述支撑组件包括一体成型的外壳和支撑架，所述支撑架的横切面呈米字型结构。支撑组件的结构设置，一方面支撑架能够对外壳进行支撑，防止其被压变形，另一方面，该结构的设置减少了支撑组件的重量，从而减少了线缆的重量，且节约了原料成本。
进一步，相邻两根所述导线组之间的空隙内填充有防火棉。防火棉的设置能够进一步起到防止火势蔓延的作用，能够作为阻火的第二道屏障，增加安全使用的效果。
进一步，所述第一绝缘层和第二绝缘层采用相同的原料制成，包括以下重量份的原料：甲基乙烯基氟硅橡胶100份、复合阻燃剂20-30份、增塑剂1-3份、活化剂0.1-1份、润滑剂1-3份、偶联剂2-5份。
其中，增塑剂采用环烷基橡胶增塑剂，活化剂为氧化锌，润滑剂为硬脂酸，偶联剂选用硅烷偶联剂。
进一步，所述复合阻燃剂是改性蒙脱土、可膨胀石墨和偏硼酸钡的混合物，所述可膨胀石墨的间隙内吸附有二乙基次磷酸铝。
进一步，所述改性蒙脱土是先在硅树脂上接枝三聚氰胺后，再采用熔体插层法通过三聚氰胺接枝的硅树脂插层改性蒙脱土制得。
蒙脱土属于鳞片状的无机物，通过将三聚氰胺接枝到硅树脂上，引入了氨基基团，使得硅树脂的插接能力更好，能够更容易的插接到蒙脱土的夹层空间中，形成插层型纳米复合材料，当其作为添加剂添加到基体材料中时，由于硅树脂和甲基乙烯基氟硅橡胶之间具有良好的相容性，从而使得所形成的插层型纳米复合材料能够更好的分散于基体材料中。
本发明中的复合阻燃剂，在遇到热分解或燃烧的过程中，三聚氰胺接枝硅树脂插层改性蒙脱土能形成炭及无机盐多层结构，起到隔热及阻止可燃气体逸出的作用，使绝缘层得以阻燃，同时接枝在硅树脂上的三聚氰胺在遇到燃烧的过程中会促使可膨胀石墨中的二乙基次磷酸铝快速分解、氧化产生大量的惰性气体，一方面能够稀释氧气的浓度，另一方面，大量的惰性气体会使可膨胀石墨膨胀，最终生成相对致密的碳层，由此起到阻燃的作用，而添加的偏硼酸钡一方面能够作为协同阻燃剂，能够增加阻燃自熄的作用，另一方面，偏硼酸钡作为无机刚性粒子，它的加入能够在一定程度上增加第一绝缘层和第二绝缘层的力学特性，以此降低添加剂对基体带来的力学性能的影响。
进一步，所述改性蒙脱土、可膨胀石墨、偏硼酸钡的质量比为10:1:0.1。
本发明的有益效果：
1.本发明的一种防干扰绝缘线缆，采用银纤维编织形成的第一金属屏蔽层和第二金属屏蔽层能够有效减少线缆内部导线之间以及线缆外部的干扰作用，同时由于金属银具有良好的导电性能，因此，能够有效的消除线缆表面的电位，在一定程度上保证了线缆使用的安全性，而在导体外包覆了阻火层，能够在线缆出现短路时，通过自身的相变吸收热量，且在起火的初期，对火势进行遏制甚至扑灭，能够在一定程度上防止火势蔓延波及相邻的导线。
2.本发明的一种防干扰绝缘线缆，在第一绝缘层和第二绝缘层的原料中加入了复合阻燃剂以增加绝缘层的阻燃性能，该复合阻燃剂以三聚氰胺接枝硅树脂插层改性蒙脱土作为主要阻燃添加剂，同时和二乙基次磷酸铝、可膨胀石墨形成协同阻燃效应，再辅以偏硼酸钡作为协同阻燃剂，既增加了第一绝缘层和第二绝缘层的阻燃效果，减少了复合阻燃添加剂的用量，同时降低了阻燃添加剂对基体力学性能的影响。
附图说明
图1是本发明一种防干扰绝缘线缆的横向截面结构示意图；
图2是本发明一种防干扰绝缘线缆实施例中导线的横向截面结构示意图；
图3是本发明一种防干扰绝缘线缆实施例中导线组的结构示意图；
图4是本发明一种防干扰绝缘线缆实施例中阻火层截面的展开示意图；
其中，支撑组件支撑组件1、外壳11、支撑架12、内线芯层2、外线芯层3、外保护层4、第一金属屏蔽层5、第一绝缘层6、导线组7、导线71、导体711、第二绝缘层712、第二金属屏蔽层713、阻火层714、壳体7141、通孔7142、横向隔板7143、纵向隔板7144、填充室7145、防火棉8、限位块9、玻璃纤维束10。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1～图4所示，本发明的一种防干扰绝缘线缆，包括线缆主体，线缆主体由内向外依次包括支撑组件1、内线芯层2、外线芯层3和外保护层4，其中外保护层4采用聚氯乙烯制成，支撑组件1包括一体成型的外壳11和支撑架12，外壳11的横切面呈圆形，支撑架12的横切面呈米字形结构，支撑组件1的结构设置，一方面支撑架12能够对外壳11进行支撑，防止其被压变形，另一方面，该结构的设置减少了支撑组件1的重量，从而减少了线缆的重量，且节约了原料成本，外保护层4和外线芯层3之间、外线芯层3和内线芯层2之间均设置有第一金属屏蔽层5，外保护层4和靠近外保护层4的第一金属屏蔽层5之间还设置有第一绝缘层6，外线芯层3和内线芯层2内均设置有若干导线组7，若干导线组7以支撑组件1为中心均匀的排列在同一个圆周上，相邻两根导线组7之间的空隙内填充有防火棉8，防火棉8的设置一方面能够减少相邻两个导线组7之间的影响，起到一定的防止火势蔓延的作用，另一方面，防火棉8能够起到一定的缓冲的作用，在线缆受到外力冲击时，具有一定的缓冲的空间。
导线组7包括两根相互绞在一起的导线71，将导线71两两绞在一起形成导线组7，在导线组7内一根导线71在传输中辐射出来的电波会被另一根导线71上发出的电波抵消，能够有效减少同一导线组7内两根导线71之间的相互干扰，导线71包括导体711，导体711外由内向外依次包覆有第二绝缘层712、第二金属屏蔽层713、阻火层714，通过第一金属屏蔽层5和第二金属屏蔽层713的设置，一方面能够在一定程度上能够减少线缆内导线71和导线71之间的干扰，另一方面能够减少线缆外和线缆内导线71之间的干扰，起到双重防护作用，同时，第一金属屏蔽层5和第二金属屏蔽层713是由纳米银纤维编织形成的斜纹组织结构，纳米银纤维具有较好的导电性能，能够和地线较好的连通，第一金属屏蔽层5和第二金属屏蔽层713的设置能够有效消除线缆表面的电位，结合第一绝缘层6和第二绝缘层712的使用，能够在一定程度上有效避免人体触电事故的发生，从而提高了线缆使用的安全性，阻火层714包括壳体7141，壳体7141呈空腔结构，壳体7141靠近第二金属屏蔽层713的一侧开设有若干通孔7142，壳体7141内一体成型有若干横向隔板7143和纵向隔板7144，横向隔板7143和纵向隔板7144交错设置将壳体7141内部分割形成若干填充室7145，填充室7145内填充有若干调温胶囊，调温胶囊包括聚乙二醇囊芯和包覆于聚乙二醇囊芯外的聚丙烯酸丁酯囊皮，其中聚乙二醇囊芯采用PEG-10000，在使用的过程中，如果发生短路造成导线71温度升高时，在前期，聚乙二醇囊芯能够吸收部分热量，从固体变为液体，如果产生的热量能够被消化吸收，则温度不会升高到导体711熔点温度，或起火点温度，能够防止起火，如果产生的热量不能被完全吸收，温度持续升高后，导体711被融化，第二绝缘层712开始起火，此时阻火层714内调温胶囊的聚丙烯酸丁酯囊皮受热破裂，内部的液体流出，一方面能够起到扑灭火星的目的，另一方面，内部的聚乙二醇属于难燃物，因此，能够在一定程度上防止再次起火波及相邻导线71，由此能够在一定程度上减少经济损失。
其中，第一金属屏蔽层5的内表面粘接有多个限位块9，限位块9的数量和导线组7的数量相匹配，限位块9沿着线缆的轴向延伸，限位块9内穿设有多根玻璃纤维束10，一方面限位块9能够对外线芯层3和内线芯层2的导线组7进行一定的限位，防止其在生产和使用的过程中发生移位，另一方面，限位块9能够在一定程度上增加第一金属屏蔽层5的抗拉性能，从而增加线缆的使用寿命，而玻璃纤维束10的使用能够进一步增加限位块9的抗拉性能。
本发明中第一绝缘层6、和第二绝缘层712采用相同的原料制成，主要包括以下重量份的原料，甲基乙烯基氟硅橡胶100份、复合阻燃剂20-30份、增塑剂1-3份、活化剂0.1-1份、润滑剂1-3份、偶联剂2-5份。
复合阻燃剂是改性蒙脱土、可膨胀石墨和偏硼酸钡的混合物，可膨胀石墨的间隙内填充有二乙基次磷酸铝，其中，改性蒙脱土是先在硅树脂上接枝三聚氰胺后，再采用熔体插层法通过三聚氰胺接枝的硅树脂插层改性蒙脱土制得，且改性蒙脱土、可膨胀石墨、偏硼酸钡的质量比为10:1:0.1。复合阻燃剂的制备方法具体如下：
实施例一：复合阻燃剂的制备
硅树脂预处理：分别称取10份乙烯基三乙氧基硅烷、5份二苯基二乙氧基硅烷、5份二甲基二乙氧基硅烷置于反应釜中，加入2份去离子水，再加入0.2wt％醋酸溶液调节PH至4，搅拌均匀后，油浴升温至75℃反应4h后，停止反应，冷却至室温后，旋转蒸干后，加入30wt％三聚氰胺-二甲基亚砜溶液，在300r/min的速度下进行充分搅拌后，升温至80℃，保温反应5h后，置于冰水浴中，降至室温，过滤、以去离子水洗涤，于80℃下真空干燥后得到三聚氰胺接枝硅树脂。
通过对乙烯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷在醋酸作为催化剂的条件下进行水解后，水解产物进行聚合，得到的硅树脂含有羟基基团，在加入三聚氰胺溶液后，三聚氰胺上的氨基基团能够和硅树脂表面的羟基基团进行脱水反应，从而将三聚氰胺接枝到硅树脂表面，得到三聚氰胺接枝的硅树脂。
改性蒙脱土的制备：分别称量10份三聚氰胺接枝硅树脂、3份有机蒙脱土，置于混合器中，在150℃，转速为90r/min的条件下进行混合20min得到预混物，将预混物置入双辊开炼机中，加入0.1份硬脂酸、0.5份氧化锌、0.1份硫磺、0.1份过氧化二异丙苯，进行混炼4min后下片，在室温下放置24h后，在平板硫化机中，于170℃，10MPa的压力下进行一次硫化20min后，再将物料置于恒温箱中于200℃的条件下进行二段硫化2h，冷却至室温后得到三聚氰胺接枝硅树脂插层改性蒙脱土。
可膨胀石墨预处理：将可膨胀石墨置于管式炉中，于800℃条件下进行煅烧1-2min后取出，将二乙基次磷酸铝溶解于去离子水中，加入煅烧后的可膨胀石墨，并于频率为25KHz，功率为125W的条件下进行超声24-48h，使得二乙基次磷酸铝充分吸附到可膨胀石墨的孔隙中，取出、洗涤后，烘干，备用。
复合阻燃剂的制备：分别称取10份三聚氰胺接枝硅树脂插层改性蒙脱土、1份经预处理后的可膨胀石墨、0.1份偏硼酸钡置于搅拌机中，于100r/min的条件下进行搅拌混合20min后，在频率为250Hz，功率为2.5kw的条件下进行微波振荡5min，再于300r/min的速度下进行搅拌混合30min，得到复合阻燃剂。
实施例二～实施例四是利用实施例一制备得到的复合阻燃剂作为阻燃添加剂制备第一绝缘层、第二绝缘层的实施例，实施例五是仅采用实施例二制备的改性蒙脱土作为阻燃添加剂制备第一绝缘层、第二绝缘层的实施例，实施例六是采用常规的十溴二苯醚作为阻燃添加剂制备第一绝缘层、第二绝缘层的实施例，其具体原料组分如表1所示：
表1实施例二～实施例六的原料组分表
| 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 实施例五 | 实施例六 | |
| 甲基乙烯基氟硅橡胶 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 |
| 阻燃添加剂 | 20份 | 25份 | 30份 | 25份 | 80份 |
| 增塑剂 | 2份 | 1份 | 3份 | 2份 | 2份 |
| 活化剂 | 1份 | 0.1份 | 0.5份 | 1份 | 1份 |
| 润滑剂 | 3份 | 2份 | 1份 | 3份 | 3份 |
| 偶联剂 | 3份 | 5份 | 2份 | 3份 | 3份 |
使用如表1所示的原料组成，制备第一绝缘层、第二绝缘层具体制备步骤如下：
S1.称取甲基乙烯基氟硅橡胶加入密炼机中，然后依次加入复合阻燃剂、环烷基橡胶增塑剂、活化剂氧化锌、润滑剂硬脂酸、偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷进行混炼，得到混炼胶料。
S2.将制备得到的混炼胶料均匀下片后，得到胶片，停放备用。
S3.将制备得到的胶片加入密炼机中，再加入硫化剂，在160℃条件下进行硫化20min后，将硫化后的胶料再次均匀下片，自然冷却后，用以制备得到第一绝缘层或第二绝缘层。
对实施例二～实施例六制备得到的第一绝缘层、第二绝缘层进行检测，检测结果如表2所示：
表2
从表2可以看出，采用本发明制备的复合阻燃剂，阻燃效果好，且对基体材料的力学性能和绝缘性能不会产生过大的影响。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种防干扰绝缘线缆，包括线缆主体，所述线缆主体由内向外包括支撑组件、内线芯层、外线芯层和外保护层，其特征在于：所述外保护层和外线芯层之间、外线芯层和内线芯层之间均设置有第一金属屏蔽层，所述外保护层和靠近外保护层的第一金属屏蔽层之间还设置有第一绝缘层，所述外线芯层和内线芯层均设置有若干导线组，所述导线组包括两根相互绞在一起的导线，所述导线包括导体，所述导体外由内向外依次包覆有第二绝缘层、第二金属屏蔽层、阻火层，所述阻火层包括壳体，所述壳体呈空腔结构，所述壳体靠近第二金属屏蔽层的一侧开设有若干通孔，所述壳体内一体成型有若干横向隔板和纵向隔板，所述横向隔板和纵向隔板交错设置将壳体内部分割形成若干填充室，所述填充室内填充有若干调温胶囊，所述调温胶囊包括聚乙二醇囊芯和包覆于聚乙二醇囊芯外的聚丙烯酸丁酯囊皮。
2.根据权利要求1所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述第一金属屏蔽层的内表面固定安装有多个限位块，所述限位块的数量和导线组的数量相匹配，所述限位块沿着线缆的轴向延伸。
3.根据权利要求2所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述限位块内设置有多根玻璃纤维束。
4.根据权利要求3所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述第一金属屏蔽层和第二金属屏蔽层是由纳米银纤维编织形成的斜纹组织结构。
5.根据权利要求4所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述支撑组件包括一体成型的外壳和支撑架，所述支撑架的横切面呈米字型结构。
6.根据权利要求5所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，相邻两根所述导线组之间的空隙内填充有防火棉。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层采用相同的原料制成，包括以下重量份的原料：甲基乙烯基氟硅橡胶100份、复合阻燃剂20-30份、增塑剂1-3份、活化剂0.1-1份、润滑剂1-3份、偶联剂2-5份。
8.根据权利要求7所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述复合阻燃剂是改性蒙脱土、可膨胀石墨和偏硼酸钡的混合物，所述可膨胀石墨的间隙内吸附有二乙基次磷酸铝。
9.根据权利要求8所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述改性蒙脱土是先在硅树脂上接枝三聚氰胺后，再采用熔体插层法通过三聚氰胺接枝的硅树脂插层改性蒙脱土制得。
10.根据权利要求8所述的一种防干扰绝缘线缆，其特征在于，所述改性蒙脱土、可膨胀石墨、偏硼酸钡的质量比为10:1:0.1。
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