CN110767358A - 一种防腐性强的软导体电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐性强的软导体电缆及其制备方法，属于导电材料技术领域。产品包括镀锡铜导体，碳纤维编织层，包带，橡胶绝缘层，芳纶纱编织层，聚氨酯护套层；所述软导体电缆由内之外依次为镀锡铜导体、碳纤维编织层、包带、橡胶绝缘层、芳纶纱编织层、聚氨酯护套层；制备时，依次通过拉丝、镀锡、拉毛和涂覆偶联剂、碳纤维编织、隔离带绕包、绝缘挤制、芳纶纱编织和聚氨酯护套挤制。本发明所得产品具有良好的防腐蚀性能。

Description

一种防腐性强的软导体电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料领域，具体是一种防腐性强的软导体电缆及其制备方法。
背景技术
电缆，尤其是户外移动作业时，作为机械供电的电缆会频繁受到地面矿石的摩擦、挤压弯曲及扭转，再加上外来介质如空气、雨水等的侵蚀，导致电缆容易发生各种故障，影响电缆使用寿命。而矿山机械用拖拽电缆不仅要求电气性能优异，更要具有柔软的易弯曲、耐磨损、抗撕裂等综合性能。
发明人在研究时，对故障电缆进行解剖，发现电缆导体散股断芯，导体撑破绝缘、护套开裂变形，上述情况的发生，一方面是由于护套等材料的防腐性不强，逐渐老化引起；一方面是由于护套等材料的力学性能不足导致；且上述故障发生后，内部的空气和水分进入后，引起电缆中导体性能进一步恶化。为此，发明人通过优化结构和材料设计，解决了上述问题，尤其是防腐蚀性能不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防腐性强的软导体电缆及其制备方法，以解决现有技术中的防腐蚀性不足引起的寿命下降的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种防腐性强的软导体电缆，包括镀锡铜导体，碳纤维编织层，包带，橡胶绝缘层，芳纶纱编织层，聚氨酯护套层；所述软导体电缆由内之外依次为镀锡铜导体、碳纤维编织层、包带、橡胶绝缘层、芳纶纱编织层、聚氨酯护套层。
本发明技术方案通过对铜镀锡，提升铜缆的抗氧化性能，另外，通过在铜导体表面设置碳纤维编织层，碳纤维编织层不仅具有良好的力学性能，同时其与铜导体表面的相互作用强于有机聚合物树脂，且碳纤维编织层与包带、橡胶绝缘层等也具有良好的界面相容性，从而有效提升了产品的整体界面相容性，避免了界面处应力的堆积，从而有效避免电缆在拖拽过程中的破裂。
所述镀锡铜导体为：表面粗糙的镀锡铜导体。
所述镀锡铜导体为：表面粗糙度为Ra值为10～30μm的镀锡铜导体。
本发明技术方案通过采用表面粗糙化处理的镀锡铜导体，首先，经过表面处理后，铜导体表面的粗糙凸起可有效嵌入碳纤维编织物的空隙中，两者形成水平方向上的机械齿合，在电缆扭转，拖拽过程中，可有效避免内部电缆和碳纤维之间发生相对位移，从而坚决了电缆使用过程中因为扭转或拖拽变性引起的电缆外层破裂。
所述镀锡铜导体为：表面涂布有硅烷偶联剂的镀锡铜导体；所述硅烷偶联剂为：硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560，硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
本发明技术方案通过添加硅烷偶联剂，并限制了硅烷偶联剂是涂覆于铜表面的，首先硅烷偶联剂极性一侧会与表面粗糙华处理后的铜导体紧密结合，同时，另一侧疏水基团或暴露在另外一侧，从而在铜导体表面形成绝缘且疏水的保护层，有效避免了碳纤维与铜导体的导电接触的同时，避免水分和空气对铜导体的腐蚀。
所述聚氨酯护套层中包括聚氨酯质量1～10％的稀土氧化物。
所述稀土氧化物为：纳米氧化铈、纳米氧化镧、纳米氧化钪、纳米氧化钇、纳米氧化镨中的任意一种。
本发明技术方案通过引入稀土氧化物在最外层的聚氨酯护套层中，首先稀土氧化物作为无机填料可提升外层聚氨酯的力学性能，其次稀土氧化物可提升外层聚氨酯的抗热、氧、紫外线老化的能力，从而有效提升了外侧护套的使用寿命，避免腐蚀介质向内渗透。
所述聚氨酯护套层中包括聚氨酯质量1～5％的海泡石。
本发明技术方案通过添加海泡石，利用海泡石良好的触变润滑性能，在护套挤出成型过程中，提升聚氨酯体系的流动性，保障聚氨酯可在表面形成光滑的护套层，表层光滑的护套层不容易老化分解。
一种防腐性强的软导体电缆的制备方法，具体制备步骤为：
(1)铜杆拉丝；
(2)铜丝镀锡；
(3)镀锡铜丝表面拉毛处理后表面涂覆硅烷偶联剂；
(4)碳纤维编织；
(5)隔离带绕包；
(6)绝缘挤制；
(7)芳纶纱编织；
(8)聚氨酯护套挤制。
所述绝缘挤制为：采用导体与牵引绳用金属管整体压接。
可防止空气和水分等进入导体内部引起氧化腐蚀。
所述碳纤维编织为：编织密度不低于86％，节距为20～30mm。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
铜杆拉丝：将直径为8mm的铜杆拉成直径为1mm的铜丝；
铜丝镀锡：采用电镀在铜丝表面镀锡，镀层厚度平均为10μm；
拉毛处理并涂覆硅烷偶联剂：将镀锡后的铜丝拉毛处理，至铜丝表面粗糙度为Ra值为10μm的镀锡铜导体；再将所得拉毛处理后的镀锡铜导体浸渍于硅烷偶联剂KH-550中，持续浸渍1h后，取出；
碳纤维编织：采用24锭编织机，编织密度为90％，通过调整主、地线芯每锭根数，使其节距在20mm；
隔离带绕包：采用聚酯带重叠包饶，包饶搭盖率控制在20％，包带平整、不起皱；
绝缘挤制：以三元乙丙橡胶为绝缘橡胶，挤制时，采用铜丝与牵引绳用金属管整体压接，并控制硫化蒸汽压力为1.0MPa；
芳纶纱编织：采用24锭编织机，编制密度为85％，节距为25mm；
聚氨酯护套挤制：采用挤压式挤制聚氨酯材料，其标称厚度为6.0mm，即得软导体电缆。
所述聚氨酯材料中包括聚氨酯质量1％的纳米氧化铈，以及聚氨酯质量1％的海泡石。
实施例2
铜杆拉丝：将直径为8mm的铜杆拉成直径为1mm的铜丝；
铜丝镀锡：采用电镀在铜丝表面镀锡，镀层厚度平均为12μm；
拉毛处理并涂覆硅烷偶联剂：将镀锡后的铜丝拉毛处理，至铜丝表面粗糙度为Ra值为20μm的镀锡铜导体；再将所得拉毛处理后的镀锡铜导体浸渍于硅烷偶联剂KH-570中，持续浸渍1.5h后，取出；
碳纤维编织：采用24锭编织机，编织密度为87％，通过调整主、地线芯每锭根数，使其节距在25mm；
隔离带绕包：采用聚酯带重叠包饶，包饶搭盖率控制在20％，包带平整、不起皱；
绝缘挤制：以三元乙丙橡胶为绝缘橡胶，挤制时，采用铜丝与牵引绳用金属管整体压接，并控制硫化蒸汽压力为1.0MPa；
芳纶纱编织：采用24锭编织机，编制密度为85％，节距为25mm；
聚氨酯护套挤制：采用挤压式挤制聚氨酯材料，其标称厚度为6.0mm，即得软导体电缆。
所述聚氨酯材料中包括聚氨酯质量5％的纳米氧化镧，以及聚氨酯质量3％的海泡石。
实施例3
铜杆拉丝：将直径为8mm的铜杆拉成直径为1mm的铜丝；
铜丝镀锡：采用电镀在铜丝表面镀锡，镀层厚度平均为15μm；
拉毛处理并涂覆硅烷偶联剂：将镀锡后的铜丝拉毛处理，至铜丝表面粗糙度为Ra值为10μm的镀锡铜导体；再将所得拉毛处理后的镀锡铜导体浸渍于硅烷偶联剂KH-550中，持续浸渍1h后，取出；
碳纤维编织：采用24锭编织机，编织密度为95％，通过调整主、地线芯每锭根数，使其节距在30mm；
隔离带绕包：采用聚酯带重叠包饶，包饶搭盖率控制在25％，包带平整、不起皱；
绝缘挤制：以丁基橡胶为绝缘橡胶，挤制时，采用铜丝与牵引绳用金属管整体压接，并控制硫化蒸汽压力为0.9MPa；
芳纶纱编织：采用24锭编织机，编制密度为85％，节距为25mm；
聚氨酯护套挤制：采用挤压式挤制聚氨酯材料，其标称厚度为6.0mm，即得软导体电缆。
所述聚氨酯材料中包括聚氨酯质量10％的纳米氧化镨，以及聚氨酯质量5％的海泡石。
对比例1
本对比例和实施例1相比，区别在于未包覆碳纤维，具体区别如下：
铜杆拉丝：将直径为8mm的铜杆拉成直径为1mm的铜丝；
铜丝镀锡：采用电镀在铜丝表面镀锡，镀层厚度平均为10μm；
拉毛处理并涂覆硅烷偶联剂：将镀锡后的铜丝拉毛处理，至铜丝表面粗糙度为Ra值为10μm的镀锡铜导体；再将所得拉毛处理后的镀锡铜导体浸渍于硅烷偶联剂KH-550中，持续浸渍1h后，取出；
隔离带绕包：采用聚酯带重叠包饶，包饶搭盖率控制在20％，包带平整、不起皱；
绝缘挤制：以三元乙丙橡胶为绝缘橡胶，挤制时，采用铜丝与牵引绳用金属管整体压接，并控制硫化蒸汽压力为1.0MPa；
芳纶纱编织：采用24锭编织机，编制密度为85％，节距为25mm；
聚氨酯护套挤制：采用挤压式挤制聚氨酯材料，其标称厚度为6.0mm，即得软导体电缆。
所述聚氨酯材料中包括聚氨酯质量1％的纳米氧化铈，以及聚氨酯质量1％的海泡石。
对比例2
本对比例和实施例1相比，区别在于，铜丝表面未进行拉毛处理，具体区别如下：
铜杆拉丝：将直径为8mm的铜杆拉成直径为1mm的铜丝；
铜丝镀锡：采用电镀在铜丝表面镀锡，镀层厚度平均为10μm；
涂覆硅烷偶联剂：将镀锡铜导体浸渍于硅烷偶联剂KH-550中，持续浸渍1h后，取出；
碳纤维编织：采用24锭编织机，编织密度为90％，通过调整主、地线芯每锭根数，使其节距在20mm；
隔离带绕包：采用聚酯带重叠包饶，包饶搭盖率控制在20％，包带平整、不起皱；
绝缘挤制：以三元乙丙橡胶为绝缘橡胶，挤制时，采用铜丝与牵引绳用金属管整体压接，并控制硫化蒸汽压力为1.0MPa；
芳纶纱编织：采用24锭编织机，编制密度为85％，节距为25mm；
聚氨酯护套挤制：采用挤压式挤制聚氨酯材料，其标称厚度为6.0mm，即得软导体电缆。
所述聚氨酯材料中包括聚氨酯质量1％的纳米氧化铈，以及聚氨酯质量1％的海泡石。
对比例3
本对比例和实施例1相比，区别在于，未涂覆硅烷偶联剂，具体区别如下：
铜杆拉丝：将直径为8mm的铜杆拉成直径为1mm的铜丝；
铜丝镀锡：采用电镀在铜丝表面镀锡，镀层厚度平均为10μm；
拉毛处理：将镀锡后的铜丝拉毛处理，至铜丝表面粗糙度为Ra值为10μm的镀锡铜导体；
碳纤维编织：采用24锭编织机，编织密度为90％，通过调整主、地线芯每锭根数，使其节距在20mm；
隔离带绕包：采用聚酯带重叠包饶，包饶搭盖率控制在20％，包带平整、不起皱；
绝缘挤制：以三元乙丙橡胶为绝缘橡胶，挤制时，采用铜丝与牵引绳用金属管整体压接，并控制硫化蒸汽压力为1.0MPa；
芳纶纱编织：采用24锭编织机，编制密度为85％，节距为25mm；
聚氨酯护套挤制：采用挤压式挤制聚氨酯材料，其标称厚度为6.0mm，即得软导体电缆。
所述聚氨酯材料中包括聚氨酯质量1％的纳米氧化铈，以及聚氨酯质量1％的海泡石。
对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下：
耐臭氧性能测试：测试按照GB/T2951.21规定进行，要求绝缘在(25℃)，24h，臭氧浓度在0.025％，完成测试后，检测产品是否产生裂纹，裂纹越多，说明耐臭氧腐蚀性能越差；
耐浸矿物油性能测试：测试按照GB/T2951.21规定进行，测试其抗张强度的变化率，变化率越大，说明越不耐矿物油的侵蚀；
具体测试结果如表1和表2所示：
表1：实施例1-3产品性能测试结果
实例1 实例2 实例3
耐臭氧 无裂纹 无裂纹 无裂纹
耐矿物油 18％ 12％ 15％
表2对比例1-3产品性能测试结果
对比例1 对比例2 对比例3
耐臭氧 明显裂纹 明显裂纹 明显裂纹
耐矿物油 45％ 50％ 48％
由上述检测结果可知，对比例1-3分别由于缺少本申请中技术特征，导致产品的耐臭氧和耐矿物油等侵蚀的性能显著下降。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于：包括镀锡铜导体，碳纤维编织层，包带，橡胶绝缘层，芳纶纱编织层，聚氨酯护套层；所述软导体电缆由内之外依次为镀锡铜导体、碳纤维编织层、包带、橡胶绝缘层、芳纶纱编织层、聚氨酯护套层。
2.根据权利要求1所述的一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于，所述镀锡铜导体为：表面粗糙的镀锡铜导体。
3.根据权利要求2所述的一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于，所述镀锡铜导体为：表面粗糙度为Ra值为10～30μm的镀锡铜导体。
4.根据权利要求1或2所述的一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于，所述镀锡铜导体为：表面涂布有硅烷偶联剂的镀锡铜导体；所述硅烷偶联剂为：硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560，硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于，所述聚氨酯护套层中包括聚氨酯质量1～10％的稀土氧化物。
6.根据权利要求5所述的一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于，所述稀土氧化物为：纳米氧化铈、纳米氧化镧、纳米氧化钪、纳米氧化钇、纳米氧化镨中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种防腐性强的软导体电缆，其特征在于，所述聚氨酯护套层中包括聚氨酯质量1～5％的海泡石。
8.一种防腐性强的软导体电缆的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)铜杆拉丝；
(2)铜丝镀锡；
(3)镀锡铜丝表面拉毛处理后表面涂覆硅烷偶联剂；
(4)碳纤维编织；
(5)隔离带绕包；
(6)绝缘挤制；
(7)芳纶纱编织；
(8)聚氨酯护套挤制。
9.根据权利要求8所述的一种防腐性强的软导体电缆的制备方法，其特征在于所述绝缘挤制为：采用导体与牵引绳用金属管整体压接。
10.根据权利要求8所述的一种防腐性强的软导体电缆的制备方法，其特征在于所述碳纤维编织为：编织密度不低于86％，节距为20～30mm。
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