CN110277190B - 一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，包括依次由内向外的功能组件、内护套和外护套；所述内护套和外护套间设置有滑移层；所述功能组件包括光纤组以及绕光纤组绞合的3根动力线、1根控制线组和多根加强条，所述功能组件绞合后用高强度纤维捆束，所述功能组件外周设置有非金属加强层，所述非金属加强层外周设置内护套，所述外护套内侧设置有隔离膜。本电缆更加柔软，结构更加稳定，弯曲半径可小于3倍电缆直径，且弯曲次数30000次以上，高于标准MT818规定的9000次。电缆经受长期、频繁、反复的弯曲和拉直，导体和光纤不断裂，从而有效解决现有技术存在的问题。

Description

一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆
技术领域
本发明涉及电缆领域，具体为一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆。
背景技术
随着煤炭行业的发展，井下安全生产的形势日益严峻，怎样减少井下事故带来的人员伤亡和财产损失是我们从业人员现在且将来考虑的重点。本专利提供一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，有助于实现井下采掘作业的智能化，减少井下作业人员，从而减少安全事故带来的风险。
通常采煤机电缆通常包括3根动力线芯、1根地线和若干控制线，这种结构仅能实现设备的动力输送以及简单的信号控制，已不能满足实际需要。
中国专利申请号为CN2014103481234、申请名为一种带光纤及电信号的复合型采煤机电缆公开的技术，其光纤与控制线组合后布置于三芯动力线之间，且内外护套之间设置钢带铠装。电缆实现了光电复合，但是，结构上，光纤和控制线必须随动力线一起绞合构成缆芯，光纤呈螺旋弯曲状，光损失明显增加，通信带宽和传输长度减小；其次电缆弯曲时，其光纤势必受到拉伸力，在频繁反复的作用下，光纤易断裂；另外钢带铠装层使电缆变硬，弯曲性急剧降低，在外力的作用下电缆自身结构被破坏，不能满足井下实际工况的需要。电缆使用过程中，频繁的电力通断切换，会引起温度的大起大落，由于温度的频繁变化产生电缆材料的应力和应变，称为温度自应力和温度自应变，从机械角度分析属于压缩应力和压缩应变性质，主要是由于受到终端和接头空间制约的原因，这会导致电缆疲劳，使塑性变形增大，收缩量增加，与普通的“热胀冷缩”不同，热收缩是不可逆的过程，因而会影响绝缘寿命和性能，护套材料温度变化比绝缘套要小，但疲劳蠕动在一定程度上也会影响电缆防护寿命。
同时，电缆外护套材质在使用过程中容易受矿井环境潮湿、硫化物、重金属或者空气氧化等因素，也会逐渐将护套和绝缘层进行腐蚀，将电缆芯暴露在空气中或者多根电缆芯相互接触产生电弧导致短路，大面积停电甚至易造成瓦斯爆炸，引发事故。
中国专利201810792838.7公开了一种高阻燃耐腐蚀电缆材料，其技术方案中虽然对阻燃剂进行了改进，减少了阻燃剂的使用量，但是其技术方案中所采用的苯基胍碳酸盐遇到酸性环境后容易产生二氧化碳，进而使电缆材料产生发泡，而且所采用的膨胀蛭石和硅藻土也易膨胀，进而电缆材料在温度升高时易产生应变效应，增加了电缆材料产生电弧效应、短路火灾的危险并且减少了使用寿命短；因此，虽然电缆材料中使用了阻燃剂和耐腐蚀剂，但是其形变产生的燃烧危险却大大超过了其阻燃和耐腐蚀成分为电缆材料带来的绝缘安全性能。由于矿井作业环境的复杂性，电缆既要满足多次数的耐弯曲，又要能在矿井环境耐腐蚀、耐温差、耐摩擦以及在反复弯曲的情况下保证光纤传输的稳定性。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，包括依次由内向外的功能组件、内护套和外护套；所述内护套和外护套间设置有滑移层；当电缆在弯曲或扭转的过程中，由于内护套和外护套之间设置的是滑移层，内护套及内部的功能组件与外护套间能发生一定的位移，内护套及内部的功能组件所受扭转程度更小，所受外护套的拉力随着相互间的位移而减小，所述功能组件包括光纤组以及绕光纤组绞合的3根动力线、1根控制线组和多根加强条，加强条起支撑作用，增加抗拉性能。所述功能组件绞合后用高强度纤维捆束，所述高强度纤维为正反交叉各4股～12股的纤维绳，相对于电缆径向的角度为30°～45°捆束；捆束在功能组件外的纤维绳有利于防止在构成缆芯后出现退扭的现象，进一步的确保了结构的稳定性，其相对于电缆径向的角度为30°～45°，从而不影响电缆的柔软性；同理护套中层的纤维相对于电缆径向的角度为40°～50°，不影响电缆柔软性的同时提高护套层的强度和抗撕裂的性能。本技术方案所述的所有金属导体包括动力线、绝缘外的金属屏蔽以及控制线导体相对与电缆轴心的方向与总体缆芯的绞合方向一致，全左或全右，有效地消除了电缆弯曲时的内部应力，电缆更加柔软。所述光纤组包括钢丝、光纤和金属套管，所述钢丝和光纤包覆在金属套管内，钢丝承担轴向拉力，避免光纤承受轴向拉力引起变形或断线。
进一步的，所述光纤为单模光纤。所述单模光纤最大外径为金属套管最小内径的0.3倍～0.5倍；单模光纤相比于多模光纤可支持更长传输距离，在100Mbps的以太网以至1G千兆网，单模光纤都可支持超过5000m的传输距离；单模光纤设置在金属套管内，单模光纤与金属套管之间的空隙为光纤的活动范围，电缆弯曲时光纤受到的拉力得到缓解，光纤拉断的可能性减小；金属套管与绝缘线的金属屏蔽层接触，增加了等效的地线截面，提高了电缆的安全性；所述加强条填充在动力线和/或控制线相互间的间隙内，加强条减小动力线间和控制线间的间隙，经绞合后，结构更加稳定，更不易发生移动或散绞，同时加强条为整体功能组件提升抗拉能力。剩余间隙填充阻水填充膏；阻水填充膏是电缆行业普遍采用的阻水材料，主要由基础油膏、膨胀材料和添加剂构成，其中基础油膏约占70％，膨胀材料约占20％，添加剂约占10％。阻水填充膏是通过遇水膨胀来达到阻水效果的，使电缆各个空隙密封起来，以阻止水分子通过，从而起到电缆的密封、防水隔潮的作用，以达到阻水电缆在特殊环境里阻水的目的。所述功能组件外周设置有非金属加强层，所述非金属加强层外周设置内护套。所述外护套内侧设置有隔离膜。所述隔离膜为化学惰性强的材料，如聚四氟乙烯，所述隔离膜将油性填充膏与外护套隔离，防止油性填充膏与外护套有机物质发生化学反应，降低外护套的结构强度和使用寿命。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述滑移层包括纵包或绕包的聚四氟乙烯层和滑动隔离层；所述滑动隔离层为油性填充膏。聚四氟乙烯具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑材料。聚四氟乙烯与油性填充膏配合使用，相互间的摩擦力更小，内部功能组件能在一定的范围内实现滑移，从而降低外护套对功能组件的拉屈作用，电缆在弯曲扭转时，内部功能组件所受到的作用力经滑移后而更小，具有很强的自适力。
所述金属套管为波纹状，波纹金属套管更易于弯曲，当电缆处于弯曲状态时，波纹金属套管的弯曲屈服力更小。管壁厚0.5mm～1.0mm，其最大外径为动力线外径的0.35倍～0.42倍。动力线及控制线绕绞金属套管，当金属套管刚好与各动力线和控制线外接时，金属套管的外径为动力线的0.42倍，金属套管的最大外径小于动力线外径的0.42倍时，金属套管能适当的活动，金属套管在弯曲或扭转时，所受作用力很小，同时，进一步保证了金属套管内部的单模光纤的活动量，使单模光纤受到的影响更小。
所述动力线芯包含传输导体、包覆传输导体的高强度绝缘层以及高强度绝缘层外围的金属屏蔽层，所述传输导体由多根单丝直径小于0.5mm的铜丝或铝合金丝同向绞合而成，所述金属屏蔽层与金属套管直接接触。金属屏蔽层与金属套管作为地线使用，增加了等效的地线截面，提高了电缆的安全性。对动力线和单模光纤都很好的进行屏蔽，减少相互间的干扰。传输导体由多根金属丝绞合而成，较比单根金属线，更耐弯曲也更容易弯曲。
所述控制线组包括挤包在一起的3根控制线；所述控制线由内至外依次是纤维束绳、缓冲层、内导体、内绝缘层、外导体和外绝缘层；所述内导体金属丝相对于径向以45°～55°的角度多层均匀布满在内绝缘层表面，所述外导体金属丝相对于径向以45°～55°的角度多层均匀布满在外绝缘层表面；所述控制线外围挤包弹性护套。多层金属导体之间设置了绝缘层，每层金属导体可单独使用，径向角度45°～55°确保控制线导体在弯曲过程中不受轴向拉力，不容易断裂。
所述内导体金属丝、外导体金属丝与动力线芯绞合方向一致。有效地消除了电缆弯曲时的内部应力，电缆更加柔软。
本发明还公开了一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆外护套，重量份数计包括以下组分：
氯磺化聚乙烯橡胶30～40份；
聚二元乙丙橡胶30～40份；
聚苯并恶嗪15～20份；
羟基环氧化聚丁二烯10～15份；
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物12～18份；
耐磨陶瓷粉5～8份；
聚脲润滑脂5～10份；
聚合物引发剂6～10份；
纳米聚电解质层包埋缓蚀剂5～8份；
剑麻纤维素6～9份；
增强纳米微球3～5份；
阻燃剂3～5份。
作为上述技术方案的进一步改进：
本发明还公开了一种改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物的制作方法为：
S1：将0.2～0.25g氧化石墨烯于200～250ml蒸馏水中超声波处理，直至完全扩散溶于蒸馏水中，形成溶胶混合物；
S2：将1.8～2.6g聚吡咯加入至180～200ml N，N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌至完全溶解，形成预混液；
S3：将所述S1步骤得到的溶胶混合物以及所述S2步骤得到的预混液混合，并在80～85℃下油浴23～25h，油浴过程中保持无氧状态；
S4：将所述S3步骤得到的回流混合物经过聚四氟乙烯薄膜过滤后，用体积分数为95％的乙醇清洗，得到复合物初体；
S5：将所述S4步骤得到的复合物初体用体积分数为5％的甲醇在超声波下溶解，得到改性石墨烯-聚吡咯复合物。
所述纳米聚电解质层包埋缓蚀剂为第一金属层构成的阴极与第二金属层构成的阳极，以及位于第一金属层与第二金属层之间的缓蚀剂，所述纳米聚电解质层包埋缓蚀剂制作方法包括以下步骤：
Sa：将0.025～0.075M的第一金属硝酸盐结晶水合物与0.025～0.075M的第二金属硝酸盐结晶水合物溶于100ml蒸馏水中，保证第一金属离子浓度和第二金属离子在溶液中的浓度之比为2～3，通过磁力搅拌混合均匀；
Sb：将所述步骤Sa得到的预混液在无氧条件下逐滴加入至200ml 0.1～0.25M的缓蚀剂钠盐溶液中，通过2M NaOH调节pH在9.0～10.0，维持反应温度在24～26℃，滴定形成的沉淀与上清液形成泥浆混合物；
Sc：将所述步骤Sb得到的泥浆混合物于65℃，无氧条件下老化16～24h形成纳米聚电解质层包埋缓蚀剂。
所述缓蚀剂为乙醇胺盐酸盐、氨基羧酸盐、焦钒酸盐、钼酸盐或巯基苯并噻唑盐中的一种或几种。
所述缓蚀剂为乙醇胺盐酸盐(-C2H8ClNO)、氨基羧酸盐(-COONH)、焦钒酸盐(V2O74-)、钼酸盐(MOO42-)或巯基苯并噻唑盐(-C7H5NS2)中的一种或几种。
所述第一金属为Mg、Zn、Ni、Co、Ca和Cu中的一种或几种。
所述第二金属为Al、Fe、Ga、Cr和Ce中的一种或几种。
聚合物引发剂为4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、2,2'-偶氮双(N-丁基-2-甲基丙酰胺)、1,1'-偶氮双(环己烷-1-甲腈)、2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑并啉-2-基)丙烷]中的一种或几种。
所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化钙或氧化铝中的一种或几种。
所述增强纳米微球为B4C、B4N、TiC、TiB2、TiN、ZrO2或CeO2中的一种或几种。
有益效果：
1、本发明一种矿井耐磨耐腐蚀高稳定性光电复合电缆通过将光纤设置在电缆中心金属套管内，光纤处于自由伸直状态，减少因螺旋弯曲带来的光损失，保证了通信容量和传输距离；同时光纤与套管之间的空隙为光纤的活动范围，电缆弯曲时光纤受到的拉力得到缓解，光纤拉断的可能性减小。
2、金属套管与绝缘线的金属屏蔽层接触，增加了等效的地线截面，提高了电缆的安全性；捆束于动力线和控制线外的高强度纤维嵌入护套内部，保证了电缆在移动弯曲时结构的稳定。。
3、控制线导体采用多层结构，其中心设置纤维束绳是为了承受生产制造过程中生产设备的牵引力，以保证其外层的金属导体在生产制造过程中设计的角度不变。
4、多层金属导体之间设置了绝缘层，每层金属导体可单独使用，径向角度45°～55°确保控制线导体在弯曲过程中不受轴向拉力。
5、电缆更加柔软，结构更加稳定，弯曲半径可小于3倍电缆直径，且弯曲次数30000次以上，高于标准MT818规定的9000次。电缆经受长期、频繁、反复的弯曲和拉直，导体和光纤不断裂；电缆的外护套具有很强的耐磨、耐腐蚀、耐温差功能。
6、石墨烯是具有二维结构的新型材料，单层的石墨烯可以形成良好的扩散屏障，进而可以形成超薄防腐层，但是在更大的区域内，石墨烯形成的蜂巢结构区域边界之间容易形成缝隙，由于石墨烯具有导电性，因此每条缝隙可以形成石墨烯阴极或石墨烯阳极，在石墨烯阴极和石墨烯阳极之间形成电偶，进而发生局部电解反应所产生的腐蚀，通过将石墨烯进行氧化，可以增大各个片层之间的距离，进而减少了区域边界的缝隙的出现，并且通过氧化降低了石墨烯的导电性能，增加了电缆材料的耐腐蚀性和绝缘性能，并且将氧化石墨烯与聚吡咯进行复合，利用聚吡咯来减少区域边界的不融合性，形成无缝隙电化学均匀氧化石墨烯涂层，进而增强了电缆的耐腐蚀性能。
7、缓蚀剂中氨基羧酸盐能够和阻燃剂中的氢氧化物进行反应，生成羧酸钙—Ca(COO)2，对电缆材料制作的护套或者耐腐蚀层所包裹的电缆芯表面的金属材质的孔隙进行填补，防止外来卤素和硫化物进入电缆金属芯表面的孔隙中进行腐蚀，特别是氯化物，矿井中伴随着多种腐蚀物质，诸如硫及硫化物、卤化物；巯基苯并噻唑盐可以诱发主动保护功能，增强电缆耐腐蚀层的微观厚度，进而增强电缆材料的耐腐蚀性能；钒酸根离子能够与强酸性的氢离子进行反应，生成氧化物以及水分子，进而起到了耐强酸腐蚀的特性；特别是对矿井中产生的硫酸或亚硫酸具有很强的耐腐蚀性；钼酸盐能够在金属表面发生吸附、沉积，或通过自身的氧化性来改变金属表面膜的性质，从而起到抑制金属活性溶解，促进金属钝化的作用。
8、聚脲润滑脂具有滴点高、不含有毒有害成分且易生物降解的优点，通过增加聚脲润滑脂可以有效地将电缆制作材质汇总的增强纳米颗粒、改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物、纳米聚电解质层包埋有机缓蚀剂、聚合物引发剂、阻燃剂以及橡胶充分混匀润滑，并且提高了所制作而成的电缆材料的氧化安定性、热安定性和使用寿命。聚脲润滑脂通过与改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物、增强纳米颗粒相混合，能够提高聚脲润滑脂对压力、摩擦以及氧化的抵抗能力，并且改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物通过添加聚脲润滑脂可以提高其耐热性能以及抗静电性能，进而通过电缆材料的相互作用，弥补了各自材质的缺陷。在矿井中，作业环境复杂，空气中的气体成份含量与大气也不同，既需要对电缆进行防护，同时也需要电缆对矿井作业起到安全作用，在反复摩擦过程中，抗静电性能尤为重要。
9、通过添加聚苯并恶嗪，可以进一步提高改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物的耐腐蚀特性，聚苯并恶嗪热固后具有零收缩的特性，能够有效固定电缆芯，特别是电缆内部具有滑移结构，外护套的稳定，对内部的功能组件，特别是光纤，避免电缆材料在不同温度下进行热胀冷缩或者预热融化形成的耐腐蚀层或护套与电缆芯之间形成缝隙后，雨水或电解质溶液渗入所导致的电短路或通信信号传输中断。
10、通过将羟基环氧化聚丁二烯与聚苯并恶嗪共混，进而改善聚苯并恶嗪的脆性，提高所制作电缆材料的韧性，增加电缆材质的柔韧度。
11、通过加入耐磨陶瓷粉，提升外护套的耐磨抗性，在电缆反复弯曲、扭转、摩擦过程中，提升电缆的耐磨抗性，提升电缆的使用寿命。
12、纳米聚电解质层形成的包埋容器可逐步释放缓蚀剂阴离子，纳米聚电解质层包埋容器包埋有机缓蚀剂可以直接加入到耐腐蚀制作原料中，掺杂了纳米聚电解质层包埋缓蚀剂的耐腐蚀层具有良好的自修复功能以及耐腐蚀性能。
将缓蚀剂包埋于纳米聚电解质多层膜中具有以下两个优点：1)将缓蚀剂与其他电缆材料分隔开，避免了有机缓蚀剂对耐腐蚀层的负面影响，同时能够通过改变局部pH值来启动阴极和阳极的腐蚀过程，进而对纳米聚电解质多层膜的通透性进行控制，来达到控制纳米聚电解质多层膜中包埋的有机缓蚀剂的智能控制逐步释放的技术效果。
13、本发明所采用的聚合物引发剂能够良好的将原料氯磺化聚乙烯橡胶、聚二元乙丙橡胶、聚苯并恶嗪、羟基环氧化聚丁二烯、聚脲润滑脂与制作的改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物和纳米聚电解质包埋缓蚀剂进行混合，使改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物和纳米聚电解质包埋缓蚀剂有效地发挥作用；特别对于矿井作业，电缆更换费时费力，同时也减少了因电缆产生的诸如静电、通讯断开、电弧效应、短路火灾等危险，增强电缆的稳定性和增加电缆在特殊环境中使用寿命，
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的光纤组结构示意图。
图3是本发明的动力线结构示意图。
图4是本发明的控制线组结构示意图。
附图标记：1、光纤组；101、金属套管；102、光纤；103、钢丝；2、动力线；201、传输导体；202、高强度绝缘层；203、金属屏蔽层；3、非金属加强层；4、加强条；5、高强度纤维；6、阻水填充膏；7、控制线组；8、内护套；9、聚四氟乙烯层；10、滑动隔离层；11、隔离膜；12、外护套；71、纤维束绳；72、缓冲层；73、内导体；74、内绝缘层；75、外导体；76、外绝缘层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
聚吡咯：CAS号为30604-81-0，购自广州市金华大化学试剂有限公司；聚脲润滑脂购买自武汉市东盛行贸易有限公司；聚苯并恶嗪，购自华鼎高分子合成树脂有限公司；羟基环氧化聚丁二烯，购自宁波黎明阳光贸易有限公司；4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)：CAS号为2638-94-0，购自郑州科豫隆化工产品有限公司；2,2'-偶氮双(N-丁基-2-甲基丙酰胺)，CAS号为：195520-32-2，购自深圳市五和恒达仪器贸易行；1,1'-偶氮双(环己烷-1-甲腈)，CAS号为：2094-98-6，2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑并啉-2-基)丙烷]，CAS号为：20858-12-2，均购自上海研生生化试剂有限公司；B4C纳米颗粒、TiB2纳米颗粒、TiC纳米颗粒和ZrO2纳米颗粒均购自广州宏武材料科技有限公司；巯基苯并噻唑钠：CAS号为2492-26-4，购自湖北信康医药化工有限公司。
实施例1：
如图1-4所示；本实施例的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，包括依次由内向外的功能组件、内护套8和外护套12；内护套8和外护套12间设置有滑移层；功能组件包括光纤组1以及绕光纤组1绞合的3根动力线2、1根控制线组7和多根加强条4，功能组件绞合后用高强度纤维5捆束，高强度纤维5为正反交叉各12股的纤维绳71，相对于电缆径向的角度为45°捆束；光纤组1包括钢丝103、光纤102和金属套管101，钢丝103和光纤102包覆在金属套管101内，单模光纤最大外径为金属套管101最小内径的0.5倍；加强条4填充在动力线2和/或控制线相互间的间隙内，剩余间隙填充阻水填充膏6；功能组件外周设置有非金属加强层3，非金属加强层3外周设置内护套8，外护套12内侧设置有隔离膜11。
滑移层包括纵包或绕包的聚四氟乙烯层9和滑动隔离层10；滑动隔离层10为油性填充膏。
金属套管101为波纹状，管壁厚1.0mm，其最大外径为动力线2外径的0.42倍。
动力线2芯包含传输导体201、包覆传输导体201的高强度绝缘层202以及高强度绝缘层202外围的金属屏蔽层203，传输导体201由多根单丝直径小于0.5mm的铜丝或铝合金丝同向绞合而成，金属屏蔽层203与金属套管101直接接触。
所述控制线组7包括挤包在一起的3根控制线；控制线由内至外依次是纤维束绳71、缓冲层72、内导体73、内绝缘层74、外导体75和外绝缘层76；内导体73金属丝相对于径向以55°的角度多层均匀布满在内绝缘层74表面，外导体75金属丝相对于径向以55°的角度多层均匀布满在外绝缘层76表面；控制线外围挤包弹性护套。
内导体73金属丝、外导体75金属丝与动力线2芯绞合方向一致。
本实施例公开一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆外护套，重量份数计包括以下组分：
氯磺化聚乙烯橡胶40份；
聚二元乙丙橡胶40份；
聚苯并恶嗪20份；
羟基环氧化聚丁二烯15份；
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物18份；
耐磨陶瓷粉8份；
聚脲润滑脂10份；
聚合物引发剂4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)5份，聚合物引发剂2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑并啉-2-基)丙烷]5份；
纳米(Mg-Co)/(Ga-Cr)聚电解质层包埋巯基苯并噻唑钠缓蚀剂8份；
剑麻纤维素9份；
增强纳米微球B4C35份；
阻燃剂氢氧化镁5份。
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物的制作方法为：
S1：将0.25g氧化石墨烯于250ml蒸馏水中超声波处理，直至完全扩散溶于蒸馏水中，形成溶胶混合物；
S2：将2.6g聚吡咯加入至200ml N，N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌至完全溶解，形成预混液；
S3：将S1步骤得到的溶胶混合物以及S2步骤得到的预混液混合，并在85℃下油浴25h，油浴过程中保持无氧状态；
S4：将S3步骤得到的回流混合物经过聚四氟乙烯薄膜过滤后，用体积分数为95％的乙醇清洗，得到复合物初体；
S5：将S4步骤得到的复合物初体用体积分数为5％的甲醇在超声波下溶解，得到改性石墨烯-聚吡咯复合物。
其中，纳米(Mg-Co)/(Ga-Cr)聚电解质层包埋巯基苯并噻唑钠缓蚀剂为Mg-Co复合金属层构成的阴极与Ga-Cr复合金属层构成的阳极，以及位于Mg-Co复合金属层与Ga-Cr复合金属层之间的巯基苯并噻唑钠缓蚀剂，纳米(Mg-Co)/(Ga-Cr)聚电解质层包埋巯基苯并噻唑钠缓蚀剂制作方法包括以下步骤：
Sa：将0.075M的Mg(NO3)2与0.075M的Co(NO3)2结晶水合物溶于100ml蒸馏水中，保证第一金属离子浓度和第二金属离子在溶液中的浓度之比为3，通过磁力搅拌混合均匀；
Sb：将步骤Sa得到的预混液在无氧条件下逐滴加入至200ml 0.25M的巯基苯并噻唑钠溶液中，通过2M NaOH调节pH在10.0，维持反应温度在26℃，滴定形成的沉淀与上清液形成泥浆混合物；
Sc：将步骤Sb得到的泥浆混合物于65℃，无氧条件下老化24h形成纳米聚电解质层包埋缓蚀剂。
实施例2
如图1-4所示；本实施例的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，包括依次由内向外的功能组件、内护套8和外护套12；内护套8和外护套12间设置有滑移层；功能组件包括光纤组1以及绕光纤组1绞合的3根动力线2、1根控制线组7和多根加强条4，功能组件绞合后用高强度纤维5捆束，高强度纤维5为正反交叉各4股的纤维绳71，相对于电缆径向的角度为30°捆束；光纤组1包括钢丝103、光纤102和金属套管101，钢丝103和光纤102包覆在金属套管101内，单模光纤最大外径为金属套管101最小内径的0.3倍；加强条4填充在动力线2和/或控制线相互间的间隙内，剩余间隙填充阻水填充膏6；功能组件外周设置有非金属加强层3，非金属加强层3外周设置内护套8，外护套12内侧设置有隔离膜11。
滑移层包括纵包或绕包的聚四氟乙烯层9和滑动隔离层10；滑动隔离层10为油性填充膏。
金属套管101为波纹状，管壁厚0.5mm，其最大外径为动力线2外径的0.35倍。
动力线2芯包含传输导体201、包覆传输导体201的高强度绝缘层202以及高强度绝缘层202外围的金属屏蔽层203，传输导体201由多根单丝直径小于0.5mm的铜丝或铝合金丝同向绞合而成，金属屏蔽层203与金属套管101直接接触。
所述控制线组7包括挤包在一起的3根控制线；控制线由内至外依次是纤维束绳71、缓冲层72、内导体73、内绝缘层74、外导体75和外绝缘层76；内导体73金属丝相对于径向以45°的角度多层均匀布满在内绝缘层74表面，外导体75金属丝相对于径向以45°的角度多层均匀布满在外绝缘层76表面；控制线外围挤包弹性护套。
内导体73金属丝、外导体75金属丝与动力线2芯绞合方向一致。
本实施例公开一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆外护套，重量份数计包括以下组分：
氯磺化聚乙烯橡胶30份；
聚二元乙丙橡胶30份；
聚苯并恶嗪15份；
羟基环氧化聚丁二烯10份；
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物12份；
耐磨陶瓷粉5份；
聚脲润滑脂5份；
聚合物引发剂2,2'-偶氮双(N-丁基-2-甲基丙酰胺)6份；
纳米Ni/Ce聚电解质层包埋1-氨基环丙烷羧酸钠缓蚀剂5份；
剑麻纤维素6份；
增强纳米微球TiC和ZrO23份；，其中TiC1份、ZrO22份；
阻燃剂氢氧化钙3份。
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物的制作方法为：
S1：将0.2g氧化石墨烯于200ml蒸馏水中超声波处理，直至完全扩散溶于蒸馏水中，形成溶胶混合物；
S2：将1.8g聚吡咯加入至180ml N，N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌至完全溶解，形成预混液；
S3：将S1步骤得到的溶胶混合物以及S2步骤得到的预混液混合，并在80℃下油浴23h，油浴过程中保持无氧状态；
S4：将S3步骤得到的回流混合物经过聚四氟乙烯薄膜过滤后，用体积分数为95％的乙醇清洗，得到复合物初体；
S5：将S4步骤得到的复合物初体用体积分数为5％的甲醇在超声波下溶解，得到改性石墨烯-聚吡咯复合物。
其中，纳米Ni/Ce聚电解质层包埋1-氨基环丙烷羧酸钠缓蚀剂为Ni金属层构成的阴极与Ce金属层构成的阳极，以及位于Ni金属层与Ce金属层之间的1-氨基环丙烷羧酸钠缓蚀剂，纳米Ni/Ce聚电解质层包埋1-氨基环丙烷羧酸钠缓蚀剂制作方法包括以下步骤：
Sa：将0.025M的Ni(NO3)2与0.025Ce(NO3)3水合物溶于100ml蒸馏水中，保证保证金属离子浓度之比Ni2+/Ce3+为2，通过磁力搅拌混合均匀；
Sb：将步骤Sa得到的预混液在无氧条件下逐滴加入至200ml 0.1M的1-氨基环丙烷羧酸钠溶液中，通过2M NaOH调节pH在9.0，维持反应温度在24℃，滴定形成的沉淀与上清液形成泥浆混合物；
Sc：将步骤Sb得到的泥浆混合物于65℃，无氧条件下老化16h形成纳米聚电解质层包埋缓蚀剂。
实施例3：
如图1-4所示；本实施例的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，包括依次由内向外的功能组件、内护套8和外护套12；内护套8和外护套12间设置有滑移层；功能组件包括光纤组1以及绕光纤组1绞合的3根动力线2、1根控制线组7和多根加强条4，功能组件绞合后用高强度纤维5捆束，高强度纤维5为正反交叉各8股的纤维绳71，相对于电缆径向的角度为40°捆束；光纤组1包括钢丝103、光纤102和金属套管101，钢丝103和光纤102包覆在金属套管101内，单模光纤最大外径为金属套管101最小内径的0.4倍；加强条4填充在动力线2和/或控制线相互间的间隙内，剩余间隙填充阻水填充膏6；功能组件外周设置有非金属加强层3，非金属加强层3外周设置内护套8，外护套12内侧设置有隔离膜11。
滑移层包括纵包或绕包的聚四氟乙烯层9和滑动隔离层10；滑动隔离层10为油性填充膏。
金属套管101为波纹状，管壁厚0.8mm，其最大外径为动力线2外径的0.38倍。
动力线2芯包含传输导体201、包覆传输导体201的高强度绝缘层202以及高强度绝缘层202外围的金属屏蔽层203，传输导体201由多根单丝直径小于0.5mm的铜丝或铝合金丝同向绞合而成，金属屏蔽层203与金属套管101直接接触。
所述控制线组7包括挤包在一起的3根控制线；控制线由内至外依次是纤维束绳71、缓冲层72、内导体73、内绝缘层74、外导体75和外绝缘层76；内导体73金属丝相对于径向以50°的角度多层均匀布满在内绝缘层74表面，外导体75金属丝相对于径向以50°的角度多层均匀布满在外绝缘层76表面；控制线外围挤包弹性护套。
内导体73金属丝、外导体75金属丝与动力线2芯绞合方向一致。
本实施例公开一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆外护套，重量份数计包括以下组分：
氯磺化聚乙烯橡胶35份；
聚二元乙丙橡胶36份；
聚苯并恶嗪18份；
羟基环氧化聚丁二烯12份；
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物15份；
耐磨陶瓷粉6份；
聚脲润滑脂8份；
聚合物引发剂1,1'-偶氮双(环己烷-1-甲腈)7份；
纳米(Zn-Ca)/Al聚电解质层包埋焦钒酸钠缓蚀剂7份；
剑麻纤维素8份；
增强纳米微球TiB24份；
阻燃剂氢氧化铝4份。
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物的制作方法为：
S1：将0.22g氧化石墨烯于230ml蒸馏水中超声波处理，直至完全扩散溶于蒸馏水中，形成溶胶混合物；
S2：将2.2g聚吡咯加入至190ml N，N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌至完全溶解，形成预混液；
S3：将S1步骤得到的溶胶混合物以及S2步骤得到的预混液混合，并在82℃下油浴24h，油浴过程中保持无氧状态；
S4：将S3步骤得到的回流混合物经过聚四氟乙烯薄膜过滤后，用体积分数为95％的乙醇清洗，得到复合物初体；
S5：将S4步骤得到的复合物初体用体积分数为5％的甲醇在超声波下溶解，得到改性石墨烯-聚吡咯复合物。
其中，纳米(Zn-Ca)/Al聚电解质层包埋焦钒酸钠缓蚀剂为Zn-Ca复合金属层构成的阴极Al金属层构成的阳极，以及位于Zn-Ca复合金属层与Al金属层之间的焦钒酸钠缓蚀剂，所述纳米(Zn-Ca)/Al聚电解质层包埋焦钒酸钠缓蚀剂制作方法包括以下步骤：
Sa：将0.05M的Zn(NO3)2与0.06M的Ca(NO3)2水合物溶于100ml蒸馏水中，保证保证金属离子浓度之比(Zn2++Ca2+)/Al3+为2.5，通过磁力搅拌混合均匀；
Sb：将步骤Sa得到的预混液在无氧条件下逐滴加入至200ml 0.18M的缓蚀剂钠盐溶液中，通过2M NaOH调节pH在9.5，维持反应温度在25℃，滴定形成的沉淀与上清液形成泥浆混合物；
Sc：将步骤Sb得到的泥浆混合物于65℃，无氧条件下老化20h形成纳米聚电解质层包埋缓蚀剂。
对比实施例1
采用本发明实施例1-3中得到的矿井光电复合耐腐蚀滑移电缆的外护套以及中国专利201810792838.7中实施例1得到的电缆材料，按照IEC61215光伏标准系列，采用GB/T2423.17-2008《电子电工产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾》的试验基本方法，在试验温度85℃±2℃，相对湿度85％±5％，试验时间1000h的条件，电缆材料经2h和4h恢复期后，检测电缆材料的绝缘电阻值，用以体现电缆材料的绝缘性能；按照JB/T10696.5-2007《电线电缆机械和理化性能试验方法第5部分：腐蚀扩展试验》方法检测电缆材料腐蚀扩大面积，用以体现电缆材料的耐腐蚀性能。结果见表1。
表1
Figure BDA0002109288360000221
Figure BDA0002109288360000231
对比实施例2
采用本发明实施例1-3中得到的矿井光电复合耐腐蚀滑移电缆以及中国专利201110305314.9中实施例1得到的电缆，按照国家橡皮绝缘电缆标准GB5013.2、国际橡皮绝缘电缆标准IEC245-2的标准要求测试，采用中诺仪器生产的ZY6152型电线电缆外套耐磨试验机选取实施例1-3和对比实施例2电缆各1m，进行往返测试2h，检测电缆外护套12表面粗糙度。结果见表2。
表2
Figure BDA0002109288360000232
本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：包括依次由内向外的功能组件、内护套和外护套；所述内护套和外护套间设置有滑移层；所述功能组件包括光纤组以及绕光纤组绞合的3根动力线、1根控制线组和多根加强条，所述功能组件绞合后用高强度纤维捆束，所述高强度纤维为正反交叉各4股～12股的纤维绳，相对于电缆径向的角度为30°～45°捆束；所述光纤组包括钢丝、光纤和金属套管，所述钢丝和光纤包覆在金属套管内，所述光纤最大外径为金属套管最小内径的0.3倍～0.5倍；所述加强条填充在动力线和/或控制线相互间的间隙内，剩余间隙填充阻水填充膏；所述功能组件外周设置有非金属加强层，所述非金属加强层外周设置内护套，所述外护套内侧设置有隔离膜；
所述外护套重量份数计包括以下组分：
氯磺化聚乙烯橡胶30～40份；
聚二元乙丙橡胶30～40份；
聚苯并恶嗪15～20份；
羟基环氧化聚丁二烯10～15份；
改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物12～18份；
耐磨陶瓷粉5～8份；
聚脲润滑脂5～10份；
聚合物引发剂6～10份；
纳米聚电解质层包埋缓蚀剂5～8份；
剑麻纤维素6～9份；
增强纳米微球3～5份；
阻燃剂3～5份。
2.根据权利要求1所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述滑移层包括纵包或绕包的聚四氟乙烯层和滑动隔离层；所述滑动隔离层为油性填充膏。
3.根据权利要求1所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述金属套管为波纹状，管壁厚0.5mm～1.0mm，其最大外径为动力线外径的0.35倍～0.42倍。
4.根据权利要求1所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述动力线芯包含传输导体、包覆传输导体的高强度绝缘层以及高强度绝缘层外围的金属屏蔽层，所述传输导体由多根单丝直径小于0.5mm的铜丝或铝合金丝同向绞合而成，所述金属屏蔽层与金属套管直接接触。
5.根据权利要求4所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述控制线组包括挤包在一起的3根控制线；所述控制线由内至外依次是纤维束绳、缓冲层、内导体、内绝缘层、外导体和外绝缘层；所述内导体金属丝相对于径向以45°～55°的角度多层均匀布满在内绝缘层内表面，所述外导体金属丝相对于径向以45°～55°的角度多层均匀布满在外绝缘层外表面；所述控制线外围挤包弹性护套。
6.根据权利要求5所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述内导体金属丝、外导体金属丝与动力线芯绞合方向一致。
7.根据权利要求1-6任一项所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，所述改性氧化石墨烯-聚吡咯复合物的制作方法为：
S1：将0.2～0.25g氧化石墨烯于200～250ml蒸馏水中超声波处理，直至完全扩散溶于蒸馏水中，形成溶胶混合物；
S2：将1.8～2.6g聚吡咯加入至180～200ml N,N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌至完全溶解，形成预混液；
S3：将所述S1步骤得到的溶胶混合物以及所述S2步骤得到的预混液混合，并在80～85℃下油浴23～25h，油浴过程中保持无氧状态；
S4：将所述S3步骤得到的回流混合物经过聚四氟乙烯薄膜过滤后，用体积分数为95%的乙醇清洗，得到复合物初体；
S5：将所述S4步骤得到的复合物初体用体积分数为5%的甲醇在超声波下溶解，得到改性石墨烯-聚吡咯复合物。
8.根据权利要求7所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述纳米聚电解质层包埋缓蚀剂为第一金属层构成的阴极与第二金属层构成的阳极，以及位于第一金属层与第二金属层之间的缓蚀剂，所述纳米聚电解质层包埋缓蚀剂制作方法包括以下步骤：
Sa：将0.025～0.075M的第一金属硝酸盐结晶水合物与0.025～0.075M的第二金属硝酸盐结晶水合物溶于100ml蒸馏水中，保证第一金属离子浓度和第二金属离子在溶液中的浓度之比为2～3，通过磁力搅拌混合均匀；
Sb：将所述步骤Sa得到的预混液在无氧条件下逐滴加入至200ml 0.1～0.25M的缓蚀剂钠盐溶液中，通过 2M NaOH 调节pH在9.0～10.0，维持反应温度在24～26℃，滴定形成的沉淀与上清液形成泥浆混合物；
Sc：将所述步骤Sb得到的泥浆混合物于65℃，无氧条件下老化16～24h形成纳米聚电解质层包埋缓蚀剂。
9.根据权利要求7所述的矿井光电复合用耐磨耐腐蚀滑移电缆，其特征在于：所述缓蚀剂为乙醇胺盐酸盐、氨基羧酸盐、焦钒酸盐、钼酸盐或巯基苯并噻唑盐中的一种或几种。
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