CN110911039A - 一种新型安全环保轨道交通电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型安全环保轨道交通用电缆，包括导体，所述导体外依次设置三层共挤的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层；还包括缓冲阻水层、金属屏蔽层、绕包层、径向阻水层、防火层、装铠层、隔热层、外护套。该电缆兼具有径向和纵向阻水性能，满足轨道交通电缆在实际工况中的应用环境条件。同时在燃烧时具有燃烧增长速率指数低、产烟速率低，燃烧时释放的热量低、产烟小的性能，减少了电缆燃烧对周围环境助燃的影响程度，满足消防在实际火灾中对线缆安全性的要求。

Description

一种新型安全环保轨道交通电缆
技术领域
本发明涉及交通电缆领域，具体为一种新型安全环保轨道交通电缆。
背景技术
随着我国轨道交通建设步伐加快，铁路运营里程数的增加，带动了轨道交通设 备的需求量的扩容，电线电缆需求量也随之攀升。我国铁路建设提速将带来对机车 电缆、通信和信号电缆的巨大需求，预计年平均需求将分别达16万～20万千米和7 万～10万千米，城市轨道交通将产生车辆用电缆年需求2.5万～3万千米，交通用信 号电缆年需求1.5万～2万千米。
轨道交通电缆随着轨道交通的发展，也面对了更多的使用需求，对轨道交通电 缆的性能也提出了更高的要求。现有的轨道交通电缆通常设置阻水层，但是现有的 阻水结构均单一，不符合轨道交通电缆径向阻水、纵向阻水的要求。现有的轨道交 通电缆自身的阻燃性能比较优良，但是燃烧时会释放大量热量，对周围环境有燃烧 助燃的影响，不满足在实际火灾中对线缆安全性的消防要求，不具有良好的防火性 能。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的阻水结构单一、不具备防火性能的缺陷，提 供一种能实现纵向阻水、径向阻水，防火性能优异的新型安全环保轨道交通电缆。
本发明首先提供一种新型安全环保轨道交通用电缆，包括导体，所述导体外依 次设置三层共挤的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层；还包括缓冲阻水层、金属屏 蔽层、绕包层、径向阻水层、防火层、装铠层、隔热层、外护套。
所述导体是由多根铜丝或者铝丝绞合，其最外层绞合方向为左向，相邻层相反。所述导体也可以由单根实芯铜丝或者铝丝构成。
所述导体屏蔽层为挤包交联型半导电导体屏蔽料，该材料是以聚烯烃类为基 料，掺有交联剂和其他助剂经塑化造粒而制成的半导电屏蔽料，具有防止气隙放电、 提高耐局部放电、树枝放电的特性。所述绝缘层为挤包交联聚乙烯。所述绝缘屏蔽 层为挤包不可剥离交联型半导电绝缘屏蔽料，该材料是以聚烯烃类为基料，掺有交 联剂和其他助剂经塑化造粒而制成的半导电屏蔽料，能有效抑制电缆在高压下由于 运行中弯曲产生微观裂纹导致电树枝的引发。这三层通过三层共挤化学交联方式同 时挤出形成一绝缘线芯。
所述缓冲阻水层是采用2.0mm的半导电缓冲阻水带重叠绕包在绝缘线芯表面。 该材料内含吸水膨胀的阻水粉，能使电缆具有纵向阻水性能，抑制电缆浸水后继续 纵向蔓延。
所述金属屏蔽层的一种设置是采用厚度0.10mm～0.12mm的软铜带进行单层重 叠绕包，绕包搭盖率15％～20％；第二种设置是采用0.6mm～1.0mm的细圆铜丝螺 旋缠绕在缓冲阻水层表面，再采用软铜带反向间隙绕包，缠绕节距10倍～12倍， 相邻铜丝的平均间隙不大于4mm。第二种设置比第一种设置的短路容量更大，更加 安全。
所述绕包层是采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，绕包搭盖率15％～20％。
所述径向阻水层是采用厚度为0.2mm～0.4mm的双面铝塑复合带纵包，纵包重 叠宽度不小于10mm，纵包后塑料面和塑料面接触，通过一定的高温熔融，再通过 压紧模具定型定径，使塑料面相互熔融粘结成一个密闭层，形成一个完整紧密的径 向阻水层。同时在铝塑复合带表面紧密挤包一层氧指数OI≥40％的高阻燃低烟无卤 聚烯烃隔氧料。
所述防火层是指在将氢氧化镁、硅酸钠按照3:2的比例混合，并采用高阻燃的 玻璃纤维包带重叠绕包作为承载附体制备而成，灌浆厚度2.0mm～4.0mm。
所述装铠层是采用厚度0.12mm的铜带绕包构成，铜带绕包可以为单层重叠绕 包或者双层间隙绕包，从机械防护上提高电缆的防白蚁性能，同时又具有良好的防 火隔离能力。
所述隔热层是在金属装铠层外采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，搭盖率15％～20％。
所述外护套是在隔热层外挤包氧指数OI≥40％的高阻燃低热值的防鼠防蚁防 紫外线型低烟无卤阻燃聚烯烃材料。优选的，低烟无卤阻燃聚烯烃材料中添加有防 鼠添加剂辣椒素及防蚁添加剂高效氯氰菊酯。辣椒素成份：壬酸香草酰胺，CAS编 号2444-46-4，EEC-编号219-484-1。高效氯氰菊酯的分子式为：C 22H 19CI 2NO 3， CAS编号：52315-07-8。
本发明的有益效果是：
本发明的新型安全环保轨道交通用电缆采用半导电阻水缓冲带重叠绕包，使电缆具有纵向阻水性能。
本发明的新型安全环保轨道交通用电缆采用双面铝塑带纵包，使电缆在水中浸泡120小时后，去除绝缘层外面的复合层后，用肉眼观察，绝缘层外表面是干燥的， 从而满足径向阻水性能。
本发明的新型安全环保轨道交通用电缆，通过结构上采用铜带铠装的装铠层使电缆具有机械防护的防鼠功能。同时通过在材料选型方面采用防鼠防蚁型的低烟无 卤阻燃聚乙烯护套料做外护套，并往低烟无卤阻燃聚乙烯材料中添加辣椒素，因此 具有强烈的“辛辣味”和刺激性，通过使害虫的口腔粘膜和味觉神经受到强烈刺激而 厌弃嚼切，从而起到防鼠防蚁的作用。
本发明在传统轨道交通电缆的结构基础上，通过增加或改变相应的结构或材 料，设计出的一种新型安全环保轨道交通用电缆，该电缆相比传统的轨道交通电缆 具有高阻燃低热释放的安全性能。在结构上采用灌浆氢氧化镁混合物作为防火结构， 并采用玻璃纤维包带包裹，提高电缆的防火性能且在火焰作用下电缆具有较强的结 构稳定性和抗冲击性，将内部可燃绝缘线芯与外界完全隔离，形成一层不间断的“密 封真空”防火屏障，与低烟无卤高阻燃聚烯烃的隔氧层形成“防火双保险”，使得 防火功能更强，在材料选型上面选用氧指数≥40％的隔氧料以及低热值的高阻燃低 烟无卤阻燃聚烯烃护套料，同时通过绕包层、隔氧料、隔热层的设置以及对各层的 加工厚度或加工温度等的控制，能进一步提高该电缆的阻燃耐温性能，防火等级符 合欧盟CPR认证法规EN 50575中的B2ca级要求：燃烧时火焰蔓延高度FS≤1.5m， 热释放速率峰值HRR≤30kW，热释放总量THR1200≤15MJ，燃烧增长速率指数 FIGRA≤150W/s，产烟速率峰值SPR≤0.25m2/s，产烟总量TSP1200≤50m2，烟密 度It≥60％，垂直火焰蔓延距离H≤425mm。
本发明的新型安全环保轨道交通用电缆径向阻水性能、防鼠防蚁、无卤低烟性能、防火等级均符合欧盟CPR认证法规EN 50575中的B2ca级要求。且该电缆在 燃烧时具有燃烧增长速率指数低、产烟速率低，燃烧时释放的热量低、产烟小的性 能，减少了电缆燃烧对周围环境助燃的影响程度，满足消防在实际火灾中对线缆安 全性的要求。
附图说明
图1为本发明一种优选实施例的新型安全环保轨道交通用电缆的剖视图；
图2为本发明一种优选实施例的纵向透水试验示意图；
具体的附图标记为：
1导体、2导体屏蔽层、3绝缘层、4绝缘屏蔽层、5缓冲阻水层、6金属屏蔽层、 7绕包层、8阻水层、9防火层、10装铠层、11隔热层、12外护套。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的新型安全环保轨道交通用电缆，包括导体1，所述导体1 外依次设置三层共挤的导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4；还包括缓冲阻水层 5、金属屏蔽层6、绕包层7、径向阻水层8、防火层9、装铠层10、隔热层11、外 护套12。
所述导体1是由多根铜丝绞合，其最外层绞合方向为左向，相邻层相反。
所述导体屏蔽层2为挤包交联型半导电导体屏蔽材料构成，所述绝缘层3为挤 包交联聚乙烯材料构成，所述绝缘屏蔽层4为挤包不可剥离交联型半导电绝缘屏蔽 材料构成。这三层通过三层共挤化学交联方式同时挤出形成绝缘线芯。
所述缓冲阻水层5是采用2.0mm的半导电缓冲阻水带重叠绕包在绝缘线芯表 面。该材料内含吸水膨胀的阻水粉，能使电缆具有纵向阻水性能，抑制电缆浸水后 继续纵向蔓延。
所述金属屏蔽层6是采用厚度0.10mm～0.12mm的软铜带进行单层重叠绕包， 绕包搭盖率15％～20％。或者采用0.6mm～1.0mm的细圆铜丝螺旋缠绕在缓冲阻水层5 表面，再采用软铜带反向间隙绕包，缠绕节距10倍～12倍，相邻铜丝的平均间隙 不大于4mm。
所述绕包层7是采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，绕包搭盖率15％～20％。
所述径向阻水层8是采用厚度为0.2mm～0.4mm的双面铝塑复合带纵包，纵包 重叠宽度不小于10mm，同时在铝塑复合带表面紧密挤包一层氧指数OI≥40％的高阻 燃低烟无卤聚烯烃隔氧料。
所述防火层9是将氢氧化镁、硅酸钠按照3:2的比例混合，并采用高阻燃的玻 璃纤维包带重叠绕包作为承载附体制备而成，灌浆厚度2.0mm～4.0mm。
所述装铠层10是采用厚度0.12mm的铜带绕包构成，铜带绕包为单层重叠绕包 或者双层间隙绕包。从机械防护上提高电缆的防白蚁性能，同时又具有良好的防火 隔离能力。
所述隔热层11是采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，搭盖率15％～20％。
所述外护套12是挤包氧指数OI≥40％的高阻燃低热值的低烟无卤阻燃聚烯烃材料。
实施例一新型安全环保轨道交通用电缆的制备方法
将所述导体1由多根铜丝绞合构成，其最外层绞合方向为左向，相邻层相反。 所述导体屏蔽层2为聚烯烃类挤包交联型半导电导体屏蔽料，绝缘层3为挤包交联 聚乙烯，绝缘屏蔽层4为聚烯烃类挤包不可剥离交联型半导电绝缘屏蔽料，这三层 通过三层共挤化学交联方式同时挤出形成绝缘线芯。所述三层共挤化学交联步骤是 指在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出导体屏蔽层2、绝缘3、绝缘屏蔽4， 并经过化学交联后形成绝缘线芯；挤塑机加工温度80～115℃，交联管道温度260～ 380℃。
所述缓冲阻水层5是指采用0.1mm的半导电尼龙带重叠绕包在绝缘线芯表面形 成2mm半导电缓冲阻水带。
所述金属屏蔽层6是指采用厚度0.10-0.12mm的软铜带进行单层重叠绕包，绕 包搭盖率15％-20％。
所述绕包层7是指采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，绕包搭盖率15％-20％。
所述径向阻水层8是指采用厚度为0.2-0.4mm的双面铝塑复合带纵包，纵包重 叠宽度不小于10mm，同时在铝塑复合带表面紧密挤包一层氧指数OI≥40％的高阻 燃低烟无卤聚烯烃隔氧料。
所述防火层9是指在将氢氧化镁、硅酸钠按照3:2的比例混合，并采用高阻燃 的玻璃纤维包带重叠绕包作为承载附体制备而成，灌浆厚度2.0-4.0mm。
所述装铠层10是指采用厚度0.12mm的铜带绕包构成，铜带绕包可以为单层重 叠绕包或者双层间隙绕包，从机械防护上提高电缆的防白蚁性能，同时又具有良好 的防火隔离能力。
所述隔热层11是指在金属装铠层10外采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包， 搭盖率15％。
所述外护套12是指在隔热层11外挤包氧指数OI≥40％的高阻燃低热值的低烟 无卤阻燃聚烯烃材料。
实施例二新型安全环保轨道交通用电缆的制备方法
将所述导体1由多根铜丝绞合构成，其最外层绞合方向为左向，相邻层相反。 所述导体屏蔽层2为聚烯烃类挤包交联型半导电导体屏蔽料，绝缘层3为挤包交联 聚乙烯，绝缘屏蔽层4为聚烯烃类挤包不可剥离交联型半导电绝缘屏蔽料，这三层 通过三层共挤化学交联方式同时挤出形成绝缘线芯。所述三层共挤化学交联步骤是 指在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出导体屏蔽层2、绝缘3、绝缘屏蔽4， 并经过化学交联后形成绝缘线芯；挤塑机加工温度80～115℃，交联管道温度260～ 380℃。
所述缓冲阻水层5是指采用0.3mm的半导电尼龙带重叠绕包在绝缘线芯表面形 成2mm半导电缓冲阻水层。
所述金属屏蔽层6是指采用或者采用0.6-1.0mm的细圆铜丝螺旋缠绕在缓冲阻 水层5表面，再采用软铜带反向间隙绕包，缠绕节距10-12倍，相邻铜丝的平均间 隙不大于4mm。
所述绕包层7是指采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，绕包搭盖率15％-20％。
所述径向阻水层8是指采用厚度为0.2-0.4mm的双面铝塑复合带纵包，纵包重 叠宽度不小于10mm，同时在铝塑复合带表面紧密挤包一层氧指数OI≥40％的高阻 燃低烟无卤聚烯烃隔氧料。
所述防火层9是指在将氢氧化镁、硅酸钠按照3:2的比例混合，并采用高阻燃 的玻璃纤维包带重叠绕包作为承载附体制备而成，灌浆厚度4.0mm。
所述装铠层10是指采用厚度0.12mm的铜带绕包构成，铜带绕包可以为单层重 叠绕包或者双层间隙绕包，从机械防护上提高电缆的防白蚁性能，同时又具有良好 的防火隔离能力。
所述隔热层11是指在金属装铠层10外采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包， 搭盖率15％-20％。
所述外护套12是指在隔热层11外挤包氧指数OI≥40％的高阻燃低热值的低烟 无卤阻燃聚烯烃材料。
实施例三 新型安全环保轨道交通用电缆的性能检测实验
设置六组实验组，分别为1号、2号、3号、4号、5号、6号实验组；其中1-3 号实验组采用实施例一中的制备方法；其中4-6号实验组采用实施例二中的制备方 法。1-6号实验组的具体的工艺参数设置选择见表1。
表1 1-6号实验组的具体工艺参数设置表
Figure BDA0002207578090000081
Figure BDA0002207578090000091
Figure BDA0002207578090000101
对六组实验组分别进行性能检验，性能检验的结果如表2
表2电缆性能检测表
Figure BDA0002207578090000102
Figure BDA0002207578090000111
从图中可以看出，实验组X号的性能最好，其燃烧时火焰蔓延高度FS≤1.5m， 热释放速率峰值HRR≤30kW，热释放总量THR1200≤15MJ，燃烧增长速率指数 FIGRA≤150W/s，产烟速率峰值SPR≤0.25m2/s，产烟总量TSP1200≤50m2，烟密度 It≥60％，垂直火焰蔓延距离H≤425mm，具有良好的低烟性能。
实施例四新型安全环保轨道交通用电缆的阻水、防鼠蚁、防紫外线性能检测 实验
设置六组实验组，分别为1号、2号、3号、4号、5号、6号实验组；其中1-3 号实验组采用实施例一中的制备方法；其中4-6号实验组采用实施例二中的制备方 法。1-6号实验组的具体的工艺参数设置选择见表1。对1-6号实验组的电缆进行阻 水、防鼠蚁、防紫外线性能检测。
检测方法：
1、径向防水性能：将电缆在水中浸泡120h,去除绝缘层外面的复合层，用肉眼 观察，绝缘层外表面是干燥的即为合格。
2、纵向阻水性能：割取一段3m长的电缆，在其中间的部位开一个约50mm宽的 圆环，剥去环内绝缘屏蔽外部所有护层，把20℃±10℃环境温度的水，在5min内 注入管内，使管子中水位高于电缆中心轴线1m，将电缆放置24h后，采用导体通电 加热方法，使导体温度保持在95℃～100℃之间，进行10次加热循环，每次热循环 应持续8h，期间导体温度应在上述温度范围内维持2h，随后应至少自然冷却3h。 水头水位应维持1m高。要求在整个试验期间，电缆的两端不应有水分渗出即为合格。
纵向透水试验示意图如图2
3、防鼠性能：将电缆试样放在装有5只雌性或者5只雄性大鼠的笼内试验14 天，每天正常喂食大鼠，试验后电缆试样表面无齿痕或有目视课件的啃咬痕迹，其 啃咬深度小于1mm即为合格。
4、防蚁性能：将电缆试样放在10g家白蚁的试验缸内，试验周期3个月，试验 后电缆表面未见白蚁蛀蚀的齿痕即为合格。
5、防紫外线性能：将电缆试样方在氙灯气候老化箱中，经42天(1008h)老化后， 护套的抗张强度和伸长率的变化率不超过±30％的范围，经21天(504h)老化后的 试样与经42天老化后的试样对比，抗张强度和伸长率的变化率不超过±15％的范 围即为合格。
实验结果：将1-6号实验组进行阻水、防鼠蚁、防紫外线性能检测，其结果如 表3
表3阻水、防鼠蚁、防紫外线性能检测结果
Figure BDA0002207578090000121
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为 对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技 术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：包括导体，所述导体外依次设置三层共挤的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层；还包括缓冲阻水层、金属屏蔽层、绕包层、径向阻水层、防火层、装铠层、隔热层、外护套。
2.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述导体是由多根铜丝绞合，其最外层绞合方向为左向，相邻层相反。
3.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述导体屏蔽层包括挤包交联型半导电导体屏蔽材料，所述绝缘层包括挤包交联聚乙烯材料，所述绝缘屏蔽层包括挤包不可剥离交联型半导电绝缘屏蔽材料。
4.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述缓冲阻水层是采用厚度2.0mm的半导电阻水缓冲带重叠绕包，绕包搭盖率15％～20％。
5.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述金属屏蔽层是采用厚度0.10mm～0.12mm的软铜带进行单层重叠绕包，绕包搭盖率15％～20％。
6.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述金属屏蔽层是采用0.6mm～1.0mm的细圆铜丝螺旋缠绕在缓冲阻水层表面，再采用软铜带反向间隙绕包，缠绕节距10倍～12倍，相邻铜丝的平均间隙不大于4mm。
7.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述径向阻水层是采用厚度为0.2mm～0.4mm的双面铝塑复合带纵包，纵包重叠宽度不小于10mm，同时在铝塑复合带表面紧密挤包一层氧指数OI≥40％的高阻燃低烟无卤聚烯烃隔氧料。
8.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述防火层是将氢氧化镁、硅酸钠按照3:2的比例混合，并采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包作为承载附体制备而成，灌浆厚度2.0mm～4.0mm。
9.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述装铠层是采用厚度0.12mm的铜带绕包构成，铜带绕包为单层重叠绕包或者双层间隙绕包。
10.根据权利要求1所述的新型安全环保轨道交通用电缆，其特征在于：所述隔热层是采用高阻燃的玻璃纤维包带重叠绕包，搭盖率15％～20％。
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