CN110718335A - 一种铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法及电缆 - Google Patents

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Abstract

一种铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，电缆的外径为13.9～15.9mm；电缆的结构为：由镀锡铜丝束合成股线，股线再进行复绞构成导体；导体外包隔离层；导体外采用双层共挤工艺，挤包低烟无卤阻燃内绝缘料和橡胶外绝缘料构成内、外绝缘层；所述电缆制造方法的步骤包括：1)导体制造，2)导体外包隔离层，3)内、外绝缘层的制造。本电缆拥有更好的柔软性、较小的电缆尺寸，重量轻，安装时更节省空间等优点。

Description

一种铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法及电缆
技术领域
本技术方案涉及电缆技术领域，尤其是一种铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法。
背景技术
目前，铁路车辆的整体要求都在进行轻量化发展，这样既能减少运行的车体负载，同时也降低了运行成本，对车体零部件提出更高的要求，需要零部件的安装更加精密，在安装过程中零部件之间的空间更加狭小，这样对电缆提出更高的要求，需要电缆要有良好的柔软性和弯曲性能，还有电缆具有较小的外径，这样才能更便于安装使用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术方案提出一种铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，电缆的外径为13.9～15.9mm；电缆的结构为：由镀锡铜丝束合成股线，股线再进行复绞构成导体；导体外包隔离层；导体外采用双层共挤工艺，挤包低烟无卤阻燃内绝缘料和橡胶外绝缘料；
所述电缆制造方法的步骤包括：
1)导体制造：
1.1)由镀锡铜丝束合成股线：束合股线时，由束线机进行束合，束合时左向12股，右向7股，股线束合节距50～54mm，导体束合节径比20～25；
1.2)股线再进行复绞构成导体：股线复绞时，由退扭笼绞设备进行绞合；1+6根股线(轴线位置上1根，外围是6根)绞合层绞笼转向为右向；绞合节距131～150mm；12根股线绞合层绞笼转向为右向，绞合节距152～170mm，导体外层节径比10～14；
2)导体外包隔离层：
导体外采用一层薄型无纺布绕包带进行绕包，绕包带搭盖宽度不小于5mm；
3)内、外绝缘层的制造：
内、外绝缘层采用双层共挤内、外绝缘料制成：
挤出内绝缘料的主挤橡机温区控制为：一区50～60℃、二区55～65℃、三区65～70℃、四区65～75℃、五区75～80℃；一区为入料段，二区和三区为塑化段，四区和五区为均化段；
挤出外绝缘料的辅挤橡机温区控制为：一区65～70℃、二区75～85℃、三区80～85℃、四区80～85℃；一区为入料段，二区和三区为塑化段，四区为均化段；
机头温度：一区60～80℃、二区70～85℃、三区80～90℃；一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段；
硫化管沿进料->出料方向，管壁各段加热温度依次为：170～190℃、190～210℃、210～220℃、220～225℃和225～230℃；
生产时蒸汽压力10～14bar，生产速度24～25m/min，主挤橡机螺杆转速60～80r/min，辅挤橡机螺杆转速20～60r/min。
较优的方案为：
所述步骤1)中，束合、绞合过程中：
a)束合时，束合节距54mm，股线束合节径比25；
b)复绞时，1+6股线层：绞笼转速86.4rpm,股线束合节距108mm；
c)复绞时，12根股线层：绞笼转速75.9rpm,股线束合节距170mm；
d)复绞时，导体外层节径比14。
步骤2)导体外采用一层薄型无纺布进行绕包，绕包带搭盖宽度不小于5mm，绕包时，绕包头转速281r/min，绕包带宽度40mm，绕包节距为45mm。
步骤3)中：
主挤橡机机温区控制为：一区55℃、二区60℃、三区65℃、四区70℃、五区75℃；
辅挤橡机温区控制为：一区65℃、二区80℃、三区80℃、四区85℃；
机头温度：一区80℃、二区80℃、三区80℃；
硫化管管壁各段加热温度依次为：190℃、210℃、215℃、220℃和225℃；
生产时蒸汽压力13bar，生产速度25m/min，主机螺杆转速65r/min，辅机螺杆转速30r/min，硫化管中冷却水水位高度为15％。
上述方法制得铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆，外径范围是(13.9～15.9)mm；电缆的结构为：
由镀锡铜丝束合成股线，股线再进行复绞构成导体；导体外包隔离层；隔离层外包内、外绝缘层。
其中：导体的材质为符合GB/T3956规定的第6种镀锡铜导体；束合的节径比是20～25，导体复绞最外层节径比10～14。
隔离层是薄型无纺布绕包构成，绕包带搭盖宽度不小于5mm。
内绝缘的标称厚度为0.2mm，外绝缘层的标称厚度为0.9mm，绝缘总标称厚度为1.10mm，平均厚度不小于标称厚度，最薄处厚度不小于0.89mm(1.1×90％-0.1mm)。
与现有技术相比，本电缆的技术性能更优，完全可以达到如下技术要求：
1、电缆导体的最高长期允许工作温度125℃。
2、电缆敷设时，环境温度不低于-15℃；电缆使用时，环境温度不低于-40℃。
3、短路时(最长持续时间不超过5s)电缆的最高温度250℃。
4、电缆的允许弯曲半径4D(D—电缆直径)。
5、绝缘-40低温拉伸：40％。
6、绝缘的耐矿物油性能满足(100℃，72h)，耐油后抗张强度变化率-15％，耐油后断裂伸长率变化率-19％。
7、绝缘的耐燃料油性能满足(70℃，168h)，耐油后抗张强度变化率-24％，耐油后断裂伸长率变化率-28％。
8、20℃绝缘电阻：580MΩ.km。
9、90℃绝缘电阻：42MΩ.km。
10、电缆满足通过单根、成束C类试验。
11、电缆烟密度通光率达到76％。
12、绝缘的毒性指数均不大于3。
本电缆尤其适用于铁路车辆供电系统。
附图说明
图1是本实施例电缆的径向截面示意图。
图中：导体1、隔离层2、内绝缘层3、外绝缘层4。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：
如图1所示结构的电缆，电缆外径范围是(13.9～15.9)mm；电缆的结构为：
由镀锡铜丝束合成股线，股线再进行复绞构成导体；导体外包隔离层；隔离层外包内、外绝缘层。
其中：导体的材质为符合GB/T3956规定的第6种镀锡铜导体；束合的节径比是20～25，导体复绞最外层节径比10～14。
隔离层是薄型无纺布绕包构成，绕包带搭盖宽度不小于5mm。
内绝缘的标称厚度为0.2mm，外绝缘层的标称厚度为0.9mm，绝缘总标称厚度为1.10mm，平均厚度不小于标称厚度，最薄处厚度不小于0.89mm(1.1×90％-0.1mm)。
本实施例的铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，步骤包括：
1)导体制造：
由镀锡铜丝束合成股线，导体束合股线时采用进口尼霍夫束线机进行束合，束合时左向12股，右向7股，齿轮系列采用A类，轮号40T,股线束合节距(50～54)mm，导体束合节径比20～25，股线再进行复绞构成导体，股线复绞时，采用退扭笼绞设备进行绞合，牵引轮牵引速度13m/min，牵引齿轮档位14级，1+6根股线绞合层绞笼转向为右向，绞笼转速86.4rpm，绞合节距(131-150)mm，12根股线绞合层绞笼转向为右向，绞笼转速75.9rpm，绞合节距(152-170)mm，导体外层节径比10～14，最终导体的绞合外径(12.5～12.9)mm。
导体外设有隔离带，导体外采用一层薄型无纺布进行绕包，绕包带搭盖宽度不小于5mm，绕包时，绕包头转速281r/min，绕包带宽度40mm，绕包节距为45mm。
2)内、外绝缘层的制造：
绕包导体外挤包低烟无卤阻燃橡胶绝缘料构成，绝缘挤包时，绝缘采用双层共挤工艺，连硫挤包采用特勒斯特连硫生产线进行生产，挤包时主机(五温区)温度：一区55℃、二区60℃、三区65℃、四区70℃、五区75℃；辅机(四温区)温度：一区65℃、二区80℃、三区80℃、四区85℃；机头温度：一区80℃、二区80℃、三区80℃。硫化管管壁加热的温度：190℃、210℃、215℃、220℃、225℃。生产时蒸汽压力13bar，生产速度25m/min，主机螺杆转速65r/min，辅机螺杆转速30r/min，硫化管中冷却水水位15％。
内绝缘料和外绝缘料组成成分上有着差异，内绝缘是耐油性能较好，外绝缘是低烟无卤阻燃性能较好。正因如此，内绝缘和外绝缘在电缆系统中担任着不同的角色，内绝缘有着优异的电性能，可以提到电缆的耐电压等级，外绝缘有着良好的低烟无卤阻燃、耐油、耐低温等性能，使电缆具有良好的低烟无卤阻燃、耐油、耐低温等性能，在整个电缆中，两种材料性能的互补，使电缆的整体性能得到完善。
但是在结构设计时，内绝缘厚度不能偏大，因为内绝缘材料是乙丙材料，燃烧时发烟量很大，并且阻燃性能差，假如内绝缘厚度偏大就会给电缆的低烟无卤阻燃性能造成影响，甚至导致产品低烟无卤阻燃性能不合格，经过多轮的验证，最终确定内绝缘厚度为0.2mm最为适宜，既保证了电缆的电性能，又保证了电缆的低烟无卤阻燃性能。
本例采用的内、外绝缘料中：
内绝缘料的组分包括：三元乙丙橡胶80～100份，乙烯醋酸乙烯酯0～20份，硫化剂2～5份，共硫化剂0～2份，硫化促进剂5～10份，填料60～100份，抗氧剂1～3份，软化剂4～20份，润滑剂10～30份。上述份数为质量份数。
本例中，硫化剂为过氧化苯甲酰，共硫化剂为三聚氰酸三烯丙酯，硫化促进剂为氧化锌，填料为氢氧化镁，抗氧剂为1,2-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼，软化剂为二甲基硅油，润滑剂为石蜡。
三元乙丙橡胶第三单体为ENB或VNB，第三单体质量含量2-5％，乙烯质量含量为65-75％。例如，三元乙丙橡胶为埃克森美孚公司的Vistalon 1703P、埃克森美孚公司的Vistalon 8731、阿朗新科Keltan 2470E或美国狮子化学EPDM4191中的至少一种。
内绝缘料的制备方法：
1)将三元乙丙橡胶和乙烯醋酸乙烯酯在密炼机中密炼3～5min；
2)将其它组分一次性加入到密炼机中与步骤1)所得物料混炼5～10min；
3)将步骤2)所得物料移出密炼机，置于双辊开炼机上混炼，然后加入到滤橡机滤橡；
4)将步骤3)所得物料经开炼机混炼称重后加入密炼机继续密炼，在密炼过程中加入硫化剂及共硫化剂，然后继续密炼0.5～2min；
5)将步骤4)所得物料经过双辊开炼拉薄通，之后经过三辊碾页下片得到混炼物料，即内绝缘料。
步骤2)中混炼温度小于125℃；
步骤3)中滤橡温度小于150℃；
步骤4)中密炼温度小于110℃。
外绝缘料的组分包括：乙烯醋酸乙烯酯80～100份，低密度聚乙烯LDPE0～20份，硫化剂2～5份，共硫化剂0～2份，硫化促进剂5～10份，填料20～60份，阻燃剂50～120，抗氧剂1～3份，偶联剂0～5份，软化剂4～20份，润滑剂10～30份。上述份数为质量份数。
本例中，乙烯醋酸乙烯酯中，醋酸乙烯(VA)质量含量为40-70％；硫化剂为过氧化二异丙苯；共硫化剂为三烯丙基异氰脲酸酯；硫化促进剂为氧化锌；填料为煅烧陶土；抗氧剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物；偶联剂为乙烷基三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷；软化剂为二甲基硅油；润滑剂为石蜡。
外绝缘料的制备方法：
1)将乙烯醋酸乙烯酯和低密度聚乙烯在密炼机中密炼3～5min；
2)将其它组分一次性加入到密炼机中与步骤1)所得物料混炼5～10min；
3)将步骤2)所得物料移出密炼机，置于双辊开炼机上混炼，然后加入到滤橡机滤橡；
4)将步骤3)所得物料经开炼机混炼称重后加入密炼机继续密炼，在密炼过程中加入硫化剂及共硫化剂，然后继续密炼0.5～2min；
5)将步骤4)所得物料经过双辊开炼拉薄通，之后经过三辊碾页下片得到混炼物料，即外绝缘料。
步骤2)中混炼温度小于125℃；
步骤3)中滤橡温度小于150℃；
步骤4)中密炼温度小于110℃。
经试产验证，较优的方案为：
所述步骤1)中，束合、绞合过程中：
a)导体束合时，导体束合节距54mm,股线束合节径比25；
b)导体复绞时，1+6股线层：绞笼转速86.4rpm,股线束合节距108mm；
c)导体复绞时，12根股线层：绞笼转速75.9rpm,股线束合节距170mm；
d)导体复绞时，导体外层节径比14。
所述步骤2)导体外采用一层薄型无纺布进行绕包，绕包带搭盖宽度不小于5mm，绕包时，绕包头转速281r/min，绕包带宽度40mm，绕包节距为45mm。
所述步骤3)绝缘料为挤包的低烟无卤阻燃橡胶构成，绝缘挤包时，绝缘采用双层共挤工艺，连硫挤包采用进口特勒斯特连硫生产线进行生产，
主挤橡机机温区控制为：一区55℃、二区60℃、三区65℃、四区70℃、五区75℃；
辅挤橡机温区控制为：一区65℃、二区80℃、三区80℃、四区85℃；
机头温度：一区80℃、二区80℃、三区80℃；
硫化管管壁各段加热温度依次为：190℃、210℃、215℃、220℃和225℃；
生产时蒸汽压力13bar，生产速度25m/min，主机螺杆转速65r/min，辅机螺杆转速30r/min，硫化管中冷却水水位高度为15％。
在试产中，对于步骤3)的双层共挤还进行了如下参数的实验，但从结果看，它们的电缆良品率(体现在各个功能层之间的粘结特性、电缆的同心程度、圆整度、电缆机械和电学性能方面)均低于上述较优方案。
实验1中：
挤出内绝缘料的主挤橡机温区控制为：一区50℃、二区55℃、三区65℃、四区65℃、五区75℃；
挤出外绝缘料的辅挤橡机温区控制为：一区65℃、二区75℃、三区80℃、四区80℃；
机头温度：一区60℃、二区70℃、三区80℃；
硫化管管壁各段加热温度依次为：170℃、190℃、210℃、220℃和225℃；
生产时蒸汽压力10bar，生产速度24m/min，主挤橡机螺杆转速60r/min，辅挤橡机螺杆转速20r/min。
实验2中：
挤出内绝缘料的主挤橡机温区控制为：一区60℃、二区65℃、三区70℃、四区75℃、五区80℃；
挤出外绝缘料的辅挤橡机温区控制为：一区70℃、二区85℃、三区85℃、四区85℃；
机头温度：一区80℃、二区85℃、三区90℃；
硫化管管壁各段加热温度依次为：190℃、210℃、220℃、225℃和230℃；
生产时蒸汽压力14bar，生产速度5m/min，主挤橡机螺杆转速80r/min，辅挤橡机螺杆转速60r/min。
采用以上的工艺和电缆结构设计，提高了产品的电性能、低烟无卤阻燃、耐低温等性能，提高了产品的质量控制的稳定性，保证了电缆的全性能符合要求，大大降低了产品不良品的产生概率。在生产过程中我们采用管壁加热的处理工艺，增强了产品的硫化环境，提高了生产效率，使绝缘挤包生产的线速度比工艺改进前提高15％。
本电缆的主要检测数据：
1、绝缘抗张强度11.5MPa，绝缘断裂伸长率200％。
2、绝缘空气箱老化：(135℃±1，168h)
绝缘老化后抗张强度保留率85％，绝缘老化后断裂伸长率保留率88％。
3、绝缘-40低温拉伸：40％。
4、绝缘的耐矿物油性能满足(100℃，72h)，耐油后抗张强度变化率-15％，耐油后断裂伸长率变化率-19％。
5、绝缘的耐燃料油性能满足(70℃，168h)，耐油后抗张强度变化率-24％，耐油后断裂伸长率变化率-28％。
6、20℃绝缘电阻：580MΩ.km。
7、90℃绝缘电阻：42MΩ.km。
8、电缆满足通过单根、成束C类试验。
9、电缆烟密度通光率达到76％。
10、绝缘的毒性指数均不大于3。

Claims (5)

1.一种铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，其特征是电缆的外径为13.9～15.9mm；电缆的结构为：由镀锡铜丝束合成股线，股线再进行复绞构成导体；导体外包隔离层；导体外采用双层共挤工艺，挤包低烟无卤阻燃内绝缘料和橡胶外绝缘料构成内、外绝缘层；所述电缆制造方法的步骤包括：
1)导体制造：
1.1)由镀锡铜丝束合成股线：束合股线时，由束线机进行束合，束合时左向12股，右向7股，股线束合节距50～54mm，导体束合节径比20～25；
1.2)股线再进行复绞构成导体：股线复绞时，由退扭笼绞设备进行绞合；1+6根股线绞合层绞笼转向为右向；绞合节距131～150mm；12根股线绞合层绞笼转向为右向，绞合节距152～170mm，导体外层节径比10～14；
2)导体外包隔离层：
导体外采用一层薄型无纺布绕包带进行绕包，绕包带搭盖宽度不小于5mm；
3)内、外绝缘层的制造：
内、外绝缘层采用双层共挤内、外绝缘料制成：
挤出内绝缘料的主挤橡机温区控制为：一区50～60℃、二区55～65℃、三区65～70℃、四区65～75℃、五区75～80℃；一区为入料段，二区和三区为塑化段，四区和五区为均化段；
挤出外绝缘料的辅挤橡机温区控制为：一区65～70℃、二区75～85℃、三区80～85℃、四区80～85℃；一区为入料段，二区和三区为塑化段，四区为均化段；
机头温度：一区60～80℃、二区70～85℃、三区80～90℃；一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段；
硫化管沿进料->出料方向，管壁各段加热温度依次为：170～190℃、190～210℃、210～220℃、220～225℃和225～230℃；
生产时蒸汽压力10～14bar，生产速度24～25m/min，主挤橡机螺杆转速60～80r/min，辅挤橡机螺杆转速20～60r/min。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，其特征是所述步骤1)中，束合、绞合过程中：
a)束合时，束合节距54mm，股线束合节径比25；
b)复绞时，1+6股线层：绞笼转速86.4rpm,股线束合节距108mm；
c)复绞时，12根股线层：绞笼转速75.9rpm,股线束合节距170mm；
d)复绞时，导体外层节径比14。
3.根据权利要求1所述的铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，其特征是所述步骤2)导体外采用一层薄型无纺布进行绕包，绕包时，绕包头转速281r/min，绕包带宽度40mm，绕包节距为45mm。
4.根据权利要求1所述的铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆制造方法，其特征是所述步骤3)中：
主挤橡机机温区控制为：一区55℃、二区60℃、三区65℃、四区70℃、五区75℃；
辅挤橡机温区控制为：一区65℃、二区80℃、三区80℃、四区85℃；
机头温度：一区80℃、二区80℃、三区80℃；
硫化管管壁各段加热温度依次为：190℃、210℃、215℃、220℃和225℃；
生产时蒸汽压力13bar，生产速度25m/min，主机螺杆转速65r/min，辅机螺杆转速30r/min，硫化管中冷却水水位高度为15％。
5.一种由权利要求1～4任一方法制得的铁路车辆用较薄橡皮绝缘电缆，其特征是电缆外径范围是(13.9～15.9)mm；电缆的结构为：
由镀锡铜丝束合成股线，股线再进行复绞构成导体；导体外包隔离层；隔离层外包内、外绝缘层。
其中：导体的材质为符合GB/T3956规定的第6种镀锡铜导体；束合的节径比是20～25，导体复绞最外层节径比10～14。
隔离层是薄型无纺布绕包构成，绕包带搭盖宽度不小于5mm。
内绝缘的标称厚度为0.2mm，外绝缘层的标称厚度为0.9mm，绝缘总标称厚度为1.10mm，平均厚度不小于标称厚度，最薄处厚度不小于0.89mm。
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