CN111354506A - 耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆、制备方法及绝缘料 - Google Patents

耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆、制备方法及绝缘料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆及其制备方法，包括导体，所述导体外依次绕包第一聚醚醚酮薄膜绕包层和第二聚醚醚酮薄膜绕包层，在第一聚醚醚酮薄膜绕包层与第二聚醚醚酮薄膜绕包层外挤包150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层，在第二聚醚醚酮薄膜绕包层外编织Twaron芳纶纤维丝编织加强层后绕包聚酰亚胺薄膜绕包层，在聚酰亚胺薄膜绕包层外表面涂覆ZS‑322透明耐高温隔热保温涂料烘干后形成耐高温隔热保温涂料层，在耐高温隔热保温涂料层外挤包高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套。该电缆具备卓越的机械性能、电气性能、耐高温、良好的阻燃性能。

Description

耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆、制备方法及 绝缘料
技术领域
本发明涉及电缆、电缆料领域，具体涉及一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆、电缆的制备方法以及绝缘料。
背景技术
21世纪是我国城市轨道交通迅速发展(包括地铁、地面轻轨、高架轻轨)的时期，地铁与其它交通工具相比，具有行车速度快、旅客运送量大、不占用地面空间、环保无尾气排放等特点，是解决目前城市交通拥挤、尾气排放造成空气污染的有效办法。随着城市的快速发展，功能的日益复杂以及人口的急剧增多，建设快速的地下轨道交通网络已刻不容缓。轨道交通1500V及以下直流牵引系统用电缆作为其重要配套产品，已得到了广泛的应用。目前应用于轨道交通牵引系统的轨道交通直流牵引电缆主要为交联聚乙烯绝缘电缆，该电缆在使用过程中暴露出的主要问题为：绝缘采用交联聚乙烯，材质比较硬，且交联聚乙烯存在不耐水的问题，如果长时间遭受水汽侵袭，容易造成水树击穿，所以为了防止水汽进入，在缆芯外采用了铝塑复合带聚乙烯防水层，导致电缆更不易弯曲，而轨道交通用电缆的敷设环境一般都比较狭小，尤其是在地铁隧道当中，这样就势必造成电缆在狭小空间中使用时，弯曲过度，对电缆的内部绝缘及元件造成损伤，最后导致电缆运行一段时间后，便出现击穿等各种事故的发生，电缆的可靠性和使用寿命大大减低。
但由于轨道交通客流量大，车厢内体积有限，这就导致轨道交通用电缆在敷设时会出现缠绕、拉拽、弯折等情况；当车辆在运行过程中，由于电缆缠绕在一起而不利于散热，在外界温度高的情况下，易出现电缆老化、破损、变形等现象，严重影响电缆电气性能及使用寿命。
自从1962年三元乙丙橡胶(EPDM)问世以来，就因其优良的耐臭氧、耐天候老化和耐热老化性能以及良好的电绝缘性、耐热变形和耐化学品腐蚀等性能，相对密度小，填充量大，受到电缆工业的重视。目前，它已替代传统的丁苯、天然、丁基橡胶，在船用及移动用中高压电缆上得到广泛的应用。但同大多数碳氢高分子化合物一样，三元乙丙橡胶也很易燃烧，纯胶的氧指数只有19左右，另外目前电缆普遍存在耐寒性较差，容易脆化。因此，开发研制高耐寒阻燃的三元乙丙橡胶电缆料，受到电缆行业的重视。三元乙丙橡胶是丙烯、乙烯以及共轭二烯组成的聚合物，由于其主链上的碳原子处于饱和结构，只有侧链上有少许不饱和的碳原子，所以其有很多优异的加工性能和使用性能，例如密度低，具有耐天候老化性、耐热及耐臭氧性、力学性能优异等；但是三元乙丙橡胶也存在不耐油、粘合性差、硫化速度慢等缺点。随着世界工业的迅猛发展，对三元乙丙橡胶数量特别是质量上的要求越来越高，通过对三元乙丙橡胶进行改性满足现代社会的实际技术要求是目前研究的热点问题三元乙丙橡胶(EPDM)因具有电性能优异、耐热耐老化性能优良、低温柔韧性好等特点而被广泛用作电线电缆绝缘或护套材料。传统的三元乙丙橡胶电线电缆绝缘或护套层的交联方法主要有过氧化物化学交联法、高能辐射交联法以及硅烷交联法。
欧洲专利EP1453866公开了以EPDM、煅烧高岭土、低密度聚乙烯、硅烷偶联剂和石蜡组成的材料体系在过氧化二异丙苯热引发的化学交联条件下制备交联三元乙丙橡胶软电缆，制品的拉伸强度大于8.2MPa，断裂伸长率高于250％。美国专利US2004242781公开了以EPDM、高岭土、有机过氧化物、氧化锌、石蜡油和抗氧剂等采用化学交联法制备三元乙丙橡胶电缆，制品的拉伸强度大于9MPa，断裂伸长率高于200％。
中国专利公开号CN1783356公开了EPDM、煅烧陶土、防老剂、有机过氧化物、偶联剂和石蜡的复合材料体系采用化学交联法制备中压三元乙丙橡胶绝缘电缆，制品拉伸强度大于6MPa，断裂伸长率高于300％。
中国《弹性体》杂志(2006年第5期第51页)描述了以EPDM、碳酸钙、高岭土、滑石粉、过氧化二异丙苯、软化剂和防老剂等采用化学交联法制备三元乙丙橡胶电缆，制品的拉伸强度大于5MPa，断裂伸长率高于350％。
中国杂志《化工新型材料》(2006年第34卷第1期第57页)报道了以纳米二氧化硅、纳米碳酸钙作为补强填料，并采用高能辐射交联法制备三元乙丙橡胶材料，所得制品的拉伸强度最大可以达到12MPa，断裂伸长率大于400％。
《辐射物理化学》(Radiation Physics Chemistry,1983,22(3-5),564-74)描述了一种由高乙烯含量的EPDM橡胶、乙烯醋酸乙烯酯共聚物和抗氧剂组成的橡胶绝缘材料经电子束辐照交联，制品的老化性能及电性能优良。
中国专利公开号CN1058507C公开了以三元乙丙橡胶、低密度聚乙烯、轻质碳酸钙、十溴二苯醚、氧化钼、辐照交联剂等采用辐照交联法制备交联矿用橡胶软电缆，制品的耐温等级高，机械、电气性能优良。
中国专利申请号200910172429中公开了以乙丙橡胶，复配硅烷、催化剂、润滑剂等采用硅烷交联的方法制备交联乙丙橡胶电缆料，该电缆料可以在90℃水中较快速度交联，且热延伸≤80％。
然而，在上述各种方法中过氧化物化学交联法制备三元乙丙橡胶电缆存在的不足是其生产效率低、工艺流程复杂，需要通过几十米长的高压高温蒸汽硫化管道进行较长时间的交联，耗能大、能效利用率很低，其热能的有效利用率仅10％左右等，而且对厂房设计、制造设备等都有很高的要求，投入也较大，尤其对制造人员的技术水平要求极高，由于开机情况下连硫管道是封闭的，无法直观地观察到电缆的外观状况，因此产品质量难以控制，良品率低，制造浪费很大，生产小截面线缆更是难上加难，并且耐温等级只能达到90℃，不利于生产乙丙橡胶绝缘轨道交通车辆电缆；高能辐射交联法的设备投资较高，操作维护较为复杂和防护条件苛刻，且由于其工艺特点只适合做较小线径的电线而不适合做较大线径的电缆；而硅烷交联法涉及水解反应，制品的稳定性差，耐压耐温等级也较低。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆、电缆的制备方法及绝缘料。
本发明所述的一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆，包括导体，所述导体外依次绕包第一聚醚醚酮薄膜绕包层和第二聚醚醚酮薄膜绕包层，在第一聚醚醚酮薄膜绕包层与第二聚醚醚酮薄膜绕包层外挤包150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层，在第二聚醚醚酮薄膜绕包层外编织Twaron芳纶纤维丝编织加强层后绕包聚酰亚胺薄膜绕包层，在聚酰亚胺薄膜绕包层外表面涂覆ZS-322透明耐高温隔热保温涂料烘干后形成耐高温隔热保温涂料层，在耐高温隔热保温涂料层外挤包高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套。
进一步改进，所述的导体为六类软铜导体。
一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆的制备方法，包括以下步骤：
1)导体的制备：
1-1)拉丝：先将直径为3mm的铜杆在LT2-15/350型铜中拉丝机上拉制成直径为0.99mm的铜丝，所配拉丝模具尺寸分别为：2.76、2.55、2.35、2.16、1.99、1.83、1.69、1.56、1.43、1.32、1.02mm；铜丝出线速度为10～20m/s，最大退火电流1200A；再将直径为0.99mm的铜丝在LHT-200/17型铜小拉机丝上拉制成直径为0.3～0.5mm的铜丝，所配拉丝模具尺寸可为：0.83、0.74、0.65、0.59、0.52、0.46、0.40、0.35、0.31mm，铜丝出现速度为8～16m/s，最大退火电流600A；
1-2)束丝：通过DF-GJ/500型束丝机将23～63根直径为0.3～0.5mm的铜丝束丝形成股线，束丝节径比范围为20～30，束丝外径1.15～3.26mm，变换齿轮档位范围Z1：33～50，Z2：30～47，束丝速度5～45m/min；
1-3)股线复绞：将束丝好的7～61股股线采用1+6+12+18+24排列方式在LLY500/30型笼绞机上进行复绞，形成符合标准GB/T3956-2008中第六类结构软铜导体，复绞外径为3.4～29.6mm，1+6+12结构时，第二层和第三层节径比定为不大于25和14；结构为1+6+12+18时，第二、三、四层节径比定为不大于25、20、14；
2)第一聚醚醚酮薄膜的绕包工序：在导体外直接通过LLY500/30型笼绞机绕包厚度为0.1～0.2mm、宽度为35～55mm的聚醚醚酮薄膜，再收线上盘，采用单层重叠绕包方式，搭盖率控制在15～30％，绕包角为15～45°，绕包后电缆线芯的外径按公式“绕包前外径+层数×3×绕包带厚度”计算，控制在3.7～30.2mm；
3)150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层挤出工序：将绕包聚醚醚酮薄膜后的电缆导体通过SJ-45/25～120/25型挤塑机完成150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层的挤包并得到绝缘线芯，挤塑机机筒加热温度第一区至第六区分别为100±5℃、110±5℃、115±5℃、125±5℃、135±5℃、140±5℃；机头法兰加热温度为145±5℃；模具加热温度第一区至第三区分别为155±5℃、165±5℃、175±5℃；150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料融化至熔融态经两层滤网60目和120目过滤；模具采用挤管式模具，该模具可充分利用改性乙丙橡胶绝缘料的可拉伸性，提高挤出质量，模芯配模范围在5～35mm，模套配模范围在10～45mm；绝缘标称厚度为0.7～2.0mm，最薄点按公式不低于标称值的90％-0.1mm，控制在0.53～1.7mm；绝缘线芯外径范围在5.5～34.5mm；牵引速度控制在20～80m/min；
3-1)挤出后的绝缘线芯表面应光滑无气孔及杂质并经过长25米的恒温水槽进行水冷却，当绝缘线芯出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过10～25kV的火花试验作为中间检查，然后通过牵引至线缆盘完成150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层挤出工序；
3-2)将绝缘线芯以跑道式绕线方式绕在内牵引上，以环形辐照工艺通过CELV-8型电子加速器完成电子束辐照，得到辐照后的绝缘线芯；加速器能量范围1.0～2.5MeV，束流范围10～60mA，功率范围60～100kW；
4)第二聚醚醚酮薄膜的绕包工序：将绝缘线芯在JLC-500/1+12型叉绞机或CLY-1250/1+6型成缆机上绕包厚度为0.1～0.2mm、宽度为35～55mm的聚醚醚酮薄膜，采用双层间隙绕包模式，第一层间隙式左向，第二层间隙式右向，间隙率为2～5％，绕包角为15～45°，绕包后外径按公式“绕包前外径+层数×2×绕包带厚度”计算，控制在5.9～35.3mm；
5)Twaron芳纶纤维丝编织加强层的编织工序：将4～9根直径为0.1～0.2mm的Twaron芳纶纤维丝绞合成股线，再将多根股线在HGSB-16锭编织机或GSB-1A/24锭编织机上进行编织工序，形成Twaron芳纶纤维丝编织加强层，编织加强层不允许整体焊接，编织应均匀，表面断线应修齐，每一米长度更换纤维丝锭不能大于一次；编织密度控制在75～85％，节距为10～40mm，编织角度为15～45°，编织后电缆线芯外径按公式“编织前外径+4×纤维单丝直径”计算，控制在6.3～36.1mm；
6)聚酰亚胺薄膜的绕包工序：在Twaron芳纶纤维丝编织加强层后直接绕包厚度为0.04～0.08mm，宽度为35～60mm的聚酰亚胺薄膜，采用单层重叠绕包模式，搭盖率为控制在20～35％，绕包后参考外径按公式“绕包前外径+层数×3×绕包带厚度”计算，控制在6.5～36.4mm；
7)ZS-322透明耐高温隔热保温涂料的工序：将绕包聚酰亚胺薄膜的电缆线芯水平缓慢匀速通过360°自动喷涂设备，设备前放置热风吹干装置，将电缆线芯表面的灰尘、油脂、水分及其他杂质清除干净，以确保涂覆均衡，喷涂整体厚度为100～150μm；
7-1)喷涂完后进入烘干装置，烘干温度60～70℃，烘箱长度2米，烘干速度2m/min，使得电缆能够在烘干装置中保持1min，确保涂料干燥，不粘附杂质；
7-2)涂覆完成后，电缆线芯将送至50℃的恒温烘干房，放置24小时；
8)高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套的挤包工序：烘干完成后的电缆线芯通过SJ-90/25～150/25型挤塑机完成高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套的挤出，其中，挤塑机机筒加热温度第一区至第六区分别为180±5℃、180±5℃、185±5℃、190±5℃、195±5℃、200±5℃；机头法兰加热温度为205±5℃；模具加热温度第一区至第三区分别为205±5℃、210±5℃、215±5℃；聚偏氟乙烯护套料融化至熔融态需经过三层滤网40目、60目和100目过滤；螺杆转速30～40r/min，挤出速度控制在10～30m/min；模芯配模范围在10～40mm，模套配模范围在20～50mm；护套标称厚度应按公式“0.035×挤包前电缆线芯外径+1.0mm”计算，控制在1.4～3.0mm，最薄点按公式不低于标称值的80％-0.2mm，控制在0.92～2.2mm；电缆外径范围在9.5～43mm；
8-1)挤出后的电缆表面应光滑无气孔及杂质并经过长25米的恒温水槽进行水冷却，当电缆出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过15～25kV的火花试验作为中间检查；
8-3)最后通过印字机将产品标识喷涂在电缆外护套表面，再通过履带式牵引机将成品电缆牵引至线缆盘上完成外护套挤出工序。
一种150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，包括以下质量份数的组分：
三元乙丙橡胶:45～55份
超细聚酰亚胺树脂粉：18～25份
增塑剂：5～10份
石墨烯：1～5份
白油：3～8份
马来酸酐：1～2份
交联助剂：1～3份
氢氧化镁无机阻燃剂：5～10份
表面处理剂：0.1～0.5份
抗氧抗铜剂1024：0.3～0.8份
润滑剂：0.5～1份。
进一步改进，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
进一步改进，所述的交联助剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
进一步改进，所述的表面处理剂为RCA铝酸酯偶联剂。
进一步改进，所述的润滑剂为硬脂酸锌。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的结构与现有的结构相比，优点在于：
1、采用六类软铜导体，具有耐弯曲，弯曲半径大；
2、在导体外先后绕包聚醚醚酮薄膜，使得电缆具备卓越的机械性能、电气性能、耐高温(240℃高温下，机械强度不降低)、良好的阻燃性能：无需使用阻燃添加剂而具有高阻燃性、优异的电绝缘性能：高介强度，在各种温度，频率和温度条件下具有稳定的介电性能、抗辐射、抗水解性能和广泛的耐化学性能：不溶于所有普通溶剂—优异的耐酸、碱，耐润滑油、优良的阻隔性能和低吸湿性能；
3、采用150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层，采用三元乙丙橡胶树脂与超细聚酰亚胺树脂相结合，使得绝缘料长期耐热等级可以提升到150℃以上，具备优良的电气绝缘性、阻燃性、柔韧性(抗弯曲)、耐热性、耐磨性、熔融流动性、耐矿物油及燃油；
4、Twaron芳纶纤维丝编织加强层具有高强度(优异的强度重量比特性)、高模量、较高的尺寸稳定性、优异的耐热性、耐化学腐蚀性、无熔点(仅在温度达到500℃时发生降解)、不易燃；
5、聚酰亚胺薄膜绕包层具有优异的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和机械性能，其可在250280℃空气中长期使用，并且聚酰亚胺不需要加入阻燃剂就可以阻止燃烧；与两层聚醚醚酮薄膜形成内、中、外三层阻燃结构，使得电缆的阻燃性能比现有的优越几十倍，甚至几百倍；
6、涂覆ZS-322透明耐高温隔热保温涂料形成涂料层，提高了电缆的耐温幅度达10％以上，使得电缆可耐明火烧烤，防火阻燃等级达到A级，耐酸耐碱、抗氧化性能好、附着力好；
7、电缆的最外层采用高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套，使得电缆具有优异的耐热性、最强韧性、低摩擦系数、耐腐蚀性强、耐老化性、耐气候，耐辐照性能好等特点。
本发明的工艺与现有的工艺相比，优点在于：
1、本电缆长期额定耐热等级可以提升到150℃及以上，突破了蒸汽硫化工艺达到最高90℃耐热等级的限制，电缆适配范围更广；同时相同截面导体的电缆允许载流量更大，最高工作温度盈余空间更足，运行更可靠，使用寿命更长，耐弯曲，弯曲半径大；导体采用1+6+12股线复绞结构时，第二层和第三层节径比定为不大于25和14；股线复绞结构为1+6+12+18时，第二、三、四层节径比定为不大于25、20、14；
2、电缆在生产过程中的产品质量可被持续地、经济地得到控制；相比采用连续蒸汽硫化管道的生产工艺，本套生产乙丙橡胶绝缘电缆的制造工艺采用的普通的低压缩比挤出设备，本身能耗很低，且整个生产过程均在可视的环境中完成，出现异常即可停机，排出异常后则可迅速恢复生产，不会出现批量报废甚至遗漏掉的质量隐患；而连续蒸汽硫化管道生产工艺是在全封闭的状态下完成乙丙橡胶挤出、硫化过程，成型后的状态只能在管道出口处才能得到确认，一旦出现异常则要停机、等待冷却后才能去查找原因、排出异常，不仅浪费工时，而且近百米管道中的半成品都会成为废品，最为关键的是又要做大量的准备工作才能恢复生产，更别提在生产暂停过程中的毫无产出价值的蒸汽锅炉能耗，而这些都将在本套工艺方法中得到最大程度地、最经济地控制，蒸汽锅炉采用煤炭燃烧水产生水蒸气的方式，而煤炭然后过程中会产生二氧化硫、氮的氧化等，这些气体溶于水会形成酸雨，酸雨会对森林、建筑物造成腐蚀，当煤炭在燃烧时，还会产生固体小颗粒，造成空气的粉尘污染；本工艺采用挤塑机挤出，不需要使用蒸汽硫化，避免了蒸汽管道硫化对绝缘性能的影响，而且不需要高温蒸汽以及大长度的连续硫化管道，制造工艺简单使用设备少，节约水电煤气等资源，对环境几乎无影响，生产成本低；步骤工艺中采用当绝缘线芯出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过10～25kV的火花试验作为中间检查，来判断绝缘与护套的最薄点有无破损，是否存在不达标问题，避免了后续检测出问题，所带来的经济损失更大。
3、精简工艺流程，生产效率翻倍，人工成本降低显著；而连续蒸汽硫化管道生产工艺需要配置机长、副操手、喂胶工、放线工、收线工、锅炉工等至少6人，完成绝缘和护套就要10人；相比而言，本套工艺在人工成本上至少降低50％。
4、针对导体、绕包工艺进行设计改进，提高效率同时降本节耗；电缆导体采用束丝+复绞结构，在满足导体直流电阻的同时放大节距，导体截面分别降低0.2％～0.9％不等；相同绞笼转速生产速度可提高6％，效率提高；相同生产速度绞笼转速降低6～7％，能耗降低；绕包带采用单层重叠以及双层间隙绕包工艺，绕包后外径比以往双层重叠绕包后外径略小，直接降低后面工序的材耗。
本发明所研发的150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，与现有的相比，具有以下优点：
采用超细聚酰亚胺树脂粉，自身阻燃的聚合物，高温下不燃烧，优异的热性能，长期使用温度：-200～426℃，再与三元乙丙橡胶树脂相结合，可使得绝缘料长期耐热等级可以提升到150℃以上，具备优良的电气绝缘性、阻燃性、柔韧性(抗弯曲)、耐热性、耐磨性、熔融流动性、耐矿物油及燃油；再将三元乙丙橡胶树脂与超细聚酰亚胺树脂粉的聚合物与邻苯二甲酸二辛酯相结合，降低了聚合物高温下流动粘度，增加可塑性和弹性，并改善低温脆性，增加柔软性，改善了物理机械性能、化学性能、介电性能和加工工艺性能；石墨烯与白油相结合，使得石墨烯能均匀分散到绝缘料中，提高了绝缘料的机械性能，又因为石墨烯具备热稳定性能，可使得绝缘料在高温环境下，机械性能保持稳定；若不与白油结合，单独加入的石墨烯不能均匀分散到绝缘料中，就会使得后期的绝缘料在高温环境下，机械性能不稳定，色泽差，容易开裂；在石墨烯与白油相结合的基础上在结合三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，可改善因加入石墨烯后的绝缘料的耐腐蚀性、耐老化性及提高硬度、耐热性，减少辐射剂量，缩短辐射时间，提高交联密度，具有粘度低、交联度高、蒸汽压力低和固化速度快等特点；以马来酸酐为接枝单体，采用辐照技术对三元乙丙橡胶进行接枝改性，以提高其极性，从而改善其与极性聚合物的相容性；加入氢氧化镁无机阻燃剂，氢氧化镁具有阻燃、消烟和填充三重功能，赋予绝缘料无烟性、无腐蚀性，能获得更优良的阻燃和消烟效果，与聚酰亚胺树脂结合可表现出良好的阻燃协同效应；加入RCA铝酸酯偶联剂(表面处理剂)，利用偶联剂分子的基团与氢氧化镁的表面发生羟基反应，形成化学键合，从而提高与高分子聚合物的相容性；加入抗氧抗铜剂，与其他材料具备协同效应，即可防止绝缘料氧化分解，又可有效地抑制重金属离子对高分子材料的催化老化的危害作，延长了绝缘料的使用寿命；硬脂酸锌加入绝缘料中，在绝缘料加工时形成光滑界面，从而降低摩擦作用，同时降低绝缘料的熔融粘度、改善绝缘料加工性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为绝缘料中未加入石墨烯的5μm下电镜图；
图3为绝缘料中加入石墨烯的5μm下电镜图；
图4为绝缘料中加入石墨烯的10μm下电镜图；
图5为绝缘料中加入石墨烯的100μm下电镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示的一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆，包括导体1，采用六类软铜导体，耐弯曲，弯曲半径大；所述导体外依次绕包第一聚醚醚酮薄膜绕包层2和第二聚醚醚酮薄膜绕包层4，使得电缆具备卓越的机械性能、电气性能、耐高温(240℃高温下，机械强度不降低)、良好的阻燃性能：无需使用阻燃添加剂而具有高阻燃性、优异的电绝缘性能：高介强度，在各钟温度，频率和温度条件下具有稳定的介电性能、抗辐射、抗水解性能和广泛的耐化学性能：不溶于所有普通溶剂—优异的耐酸、碱，耐润滑油、优良的阻隔性能和低吸湿性能；在第一聚醚醚酮薄膜绕包层与第二聚醚醚酮薄膜绕包层外挤包150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层3，在第二聚醚醚酮薄膜绕包层外编织Twaron芳纶纤维丝编织加强层5，具有高强度(优异的强度重量比特性)、高模量、较高的尺寸稳定性、优异的耐热性、耐化学腐蚀性、无熔点(仅在温度达到500℃时发生降解)、不易燃；在Twaron芳纶纤维丝编织加强层5外绕包聚酰亚胺薄膜绕包层6，使得电缆具有优异的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和机械性能，其可在250-280℃空气中长期使用，并且聚酰亚胺不需要加入阻燃剂就可以阻止燃烧；在聚酰亚胺薄膜绕包层外表面涂覆ZS-322透明耐高温隔热保温涂料烘干后形成耐高温隔热保温涂料层7，提高了电缆的耐温幅度10％以上、可耐明火烧烤，防火阻燃等级达到A级，耐酸耐碱、抗氧化性能好、附着力好；在耐高温隔热保温涂料层外挤包高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套8，使得电缆具有优异的耐热性、最强韧性、低摩擦系数、耐腐蚀性强、耐老化性、耐气候，耐辐照性能好。
实施例2：
一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆的制备方法，包括以下步骤：
1)导体的制备：
1-1)拉丝：先将直径为3mm的铜杆在LT2-15/350型铜中拉丝机上拉制成直径为0.99mm的铜丝，所配拉丝模具尺寸分别为：2.76、2.55、2.35、2.16、1.99、1.83、1.69、1.56、1.43、1.32、1.02mm；铜丝出线速度为10～20m/s，最大退火电流1200A；再将直径为0.99mm的铜丝在LHT-200/17型铜小拉机丝上拉制成直径为0.3～0.5mm的铜丝，所配拉丝模具尺寸可为：0.83、0.74、0.65、0.59、0.52、0.46、0.40、0.35、0.31mm，铜丝出现速度为8～16m/s，最大退火电流600A；
1-2)束丝：通过DF-GJ/500型束丝机将23～63根直径为0.3～0.5mm的铜丝束丝形成股线，束丝节径比范围为20～30，束丝外径1.15～3.26mm，变换齿轮档位范围Z1：33～50，Z2：30～47，束丝速度5～45m/min；
1-3)股线复绞：将束丝好的7～61股股线采用1+6+12+18+24排列方式在LLY500/30型笼绞机上进行复绞，形成符合标准GB/T3956-2008中第六类结构软铜导体，复绞外径为3.4～29.6mm，1+6+12结构时，第二层和第三层节径比定为不大于25和14；结构为1+6+12+18时，第二、三、四层节径比定为不大于25、20、14；
2)第一聚醚醚酮薄膜的绕包工序：在导体外直接通过LLY500/30型笼绞机绕包厚度为0.1～0.2mm、宽度为35～55mm的聚醚醚酮薄膜，再收线上盘，采用单层重叠绕包方式，搭盖率控制在15～30％，绕包角为15～45°，绕包后电缆线芯的外径按公式“绕包前外径+层数×3×绕包带厚度”计算，控制在3.7～30.2mm；
3)150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层挤出工序：将绕包聚醚醚酮薄膜后的电缆导体通过SJ-45/25～120/25型挤塑机完成150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层的挤包并得到绝缘线芯，挤塑机机筒加热温度第一区至第六区分别为100±5℃、110±5℃、115±5℃、125±5℃、135±5℃、140±5℃；机头法兰加热温度为145±5℃；模具加热温度第一区至第三区分别为155±5℃、165±5℃、175±5℃；150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料融化至熔融态经两层滤网60目和120目过滤；模具采用挤管式模具，该模具可充分利用改性乙丙橡胶绝缘料的可拉伸性，提高挤出质量，模芯配模范围在5～35mm，模套配模范围在10～45mm；绝缘标称厚度为0.7～2.0mm，最薄点按公式不低于标称值的90％-0.1mm，控制在0.53～1.7mm；绝缘线芯外径范围在5.5～34.5mm；牵引速度控制在20～80m/min；
3-1)挤出后的绝缘线芯表面应光滑无气孔及杂质并经过长25米的恒温水槽进行水冷却，当绝缘线芯出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过10～25kV的火花试验作为中间检查，然后通过牵引至线缆盘完成150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层挤出工序；
3-2)将绝缘线芯以跑道式绕线方式绕在内牵引上，以环形辐照工艺通过CELV-8型电子加速器完成电子束辐照，得到辐照后的绝缘线芯；加速器能量范围1.0～2.5MeV，束流范围10～60mA，功率范围60～100kW；
4)第二聚醚醚酮薄膜的绕包工序：将绝缘线芯在JLC-500/1+12型叉绞机或CLY-1250/1+6型成缆机上绕包厚度为0.1～0.2mm、宽度为35～55mm的聚醚醚酮薄膜，采用双层间隙绕包模式，第一层间隙式左向，第二层间隙式右向，间隙率为2～5％，绕包角为15～45°，绕包后外径按公式“绕包前外径+层数×2×绕包带厚度”计算，控制在5.9～35.3mm；
5)Twaron芳纶纤维丝编织加强层的编织工序：将4～9根直径为0.1～0.2mm的Twaron芳纶纤维丝绞合成股线，再将多根股线在HGSB-16锭编织机或GSB-1A/24锭编织机上进行编织工序，形成Twaron芳纶纤维丝编织加强层，编织加强层不允许整体焊接，编织应均匀，表面断线应修齐，每一米长度更换纤维丝锭不能大于一次；编织密度控制在75～85％，节距为10～40mm，编织角度为15～45°，编织后电缆线芯外径按公式“编织前外径+4×纤维单丝直径”计算，控制在6.3～36.1mm；
6)聚酰亚胺薄膜的绕包工序：在Twaron芳纶纤维丝编织加强层后直接绕包厚度为0.04～0.08mm，宽度为35～60mm的聚酰亚胺薄膜，采用单层重叠绕包模式，搭盖率为控制在20～35％，绕包后外径按公式“绕包前外径+层数×3×绕包带厚度”计算，控制在6.5～36.4mm；
7)ZS-322透明耐高温隔热保温涂料的工序：将绕包聚酰亚胺薄膜的电缆线芯水平缓慢匀速通过360°自动喷涂设备，设备前放置热风吹干装置，将电缆线芯表面的灰尘、油脂、水分及其他杂质清除干净，以确保涂覆均衡，喷涂整体厚度为100～150μm；
7-1)喷涂完后进入烘干装置，烘干温度60～70℃，烘箱长度2米，烘干速度2m/min，使得电缆能够在烘干装置中保持1min，确保涂料干燥，不粘附杂质；
7-2)涂覆完成后，电缆线芯将送至50℃的恒温烘干房，放置24小时；
8)高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套的挤包工序：烘干完成后的电缆线芯通过SJ-90/25～150/25型挤塑机完成高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套的挤出，其中，挤塑机机筒加热温度第一区至第六区分别为180±5℃、180±5℃、185±5℃、190±5℃、195±5℃、200±5℃；机头法兰加热温度为205±5℃；模具加热温度第一区至第三区分别为205±5℃、210±5℃、215±5℃；聚偏氟乙烯护套料融化至熔融态需经过三层滤网40目、60目和100目过滤；螺杆转速30～40r/min，挤出速度控制在10～30m/min；模芯配模范围在10～40mm，模套配模范围在20～50mm；护套标称厚度应按公式“0.035×挤包前电缆线芯外径+1.0mm”计算，控制在1.4～3.0mm，最薄点按公式不低于标称值的80％-0.2mm，控制在0.92～2.2mm；电缆外径范围在9.5～43mm；
8-1)挤出后的电缆表面应光滑无气孔及杂质并经过长25米的恒温水槽进行水冷却，当电缆出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过15～25kV的火花试验作为中间检查；
8-3)最后通过印字机将产品标识喷涂在电缆外护套表面，再通过履带式牵引机将成品电缆牵引至线缆盘上完成外护套挤出工序。
本发明通过实施例1的结构和实施例2制备方法的改进，其制备的电缆的各性能如下表：
Figure BDA0002465575570000191
Figure BDA0002465575570000201
实施例3：
一种150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，包括以下质量份数的组分：
三元乙丙橡胶：45份，超细聚酰亚胺树脂粉：18份，邻苯二甲酸二辛酯：5份，石墨烯：1份，白油：3份，马来酸酐：1份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：1份，氢氧化镁无机阻燃剂：5份，RCA铝酸酯偶联剂：0.1份，抗氧抗铜剂1024：0.3份，硬脂酸锌：0.5份。
实施例4：
一种150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，包括以下质量份数的组分：
三元乙丙橡胶：50份，超细聚酰亚胺树脂粉：21.5份，邻苯二甲酸二辛酯：7.5份，石墨烯：3份，白油：5.5份，马来酸酐：1.5份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：2份，氢氧化镁无机阻燃剂：7.5份，RCA铝酸酯偶联剂：0.3份，抗氧抗铜剂1024：0.55份，硬脂酸锌：0.75份。
实施例5：
一种150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，包括以下质量份数的组分：
三元乙丙橡胶：55份，超细聚酰亚胺树脂粉：25份，邻苯二甲酸二辛酯：10份，石墨烯：5份，白油：8份，马来酸酐：2份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：3份，氢氧化镁无机阻燃剂：10份，RCA铝酸酯偶联剂：0.5份，抗氧抗铜剂1024：0.8份，硬脂酸锌：1份。
实施例6：
一种150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，包括以下质量份数的组分：
三元乙丙橡胶：53份，超细聚酰亚胺树脂粉：22份，邻苯二甲酸二辛酯：8份，石墨烯：4份，白油：6份，马来酸酐：2份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：2份，氢氧化镁无机阻燃剂：8份，RCA铝酸酯偶联剂：0.4份，抗氧抗铜剂1024：0.7份，硬脂酸锌：0.9份。
实施例3-6组分制备的绝缘料所达到的性能指标如下表所示：
Figure BDA0002465575570000221
再结合图2-5电镜图相对比，图2中显示的是未加入石墨烯的绝缘料，从图中可以看出绝缘料的色泽差、光泽差，并且在高温环境下绝缘料，热稳定性能差，机械性能差；而图3-5中显示的是加入石墨烯的绝缘料，并且还加有白油相结合，使得石墨烯能均匀分散到绝缘料中，使得绝缘料具备较好的热稳定性能，与图2相比，明显色泽、光泽要比未加入石墨烯前的好，可使得绝缘料在高温环境下，机械性能保持稳定；若不与白油结合，单独加入的石墨烯不能均匀分散到绝缘料中，就会使得后期的绝缘料在高温环境下，机械性能不稳定，色泽差，容易开裂；
作为轨道车辆电气系统中不可或缺的传输纽带，对电缆可靠性和耐用性的要求在轨道交通不断提速的技术更新趋势下而变得越来越高，相比聚烯烃、TPV、TPE、TPU等材料，本发明的乙丙橡胶具有更优异的电绝缘性能、耐候性能、耐高温以及耐臭氧性能，而且还具备柔软、耐弯曲特性，是作为电缆绝缘的理想材料之一，适用于轨道交通牵引系统中运用。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆，包括导体，其特征在于，所述导体外依次绕包第一聚醚醚酮薄膜绕包层和第二聚醚醚酮薄膜绕包层，在第一聚醚醚酮薄膜绕包层与第二聚醚醚酮薄膜绕包层外挤包150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层，在第二聚醚醚酮薄膜绕包层外编织Twaron芳纶纤维丝编织加强层后绕包聚酰亚胺薄膜绕包层，在聚酰亚胺薄膜绕包层外表面涂覆ZS-322透明耐高温隔热保温涂料烘干后形成耐高温隔热保温涂料层，在耐高温隔热保温涂料层外挤包高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套。
2.根据权利要求1所述的耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆，其特征在于：所述的导体为六类软铜导体。
3.一种耐高温耐弯曲型轨道交通用乙丙橡胶绝缘电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）导体的制备：
1-1）拉丝：先将直径为3mm的铜杆在LT2-15/350型铜中拉丝机上拉制成直径为0.99mm的铜丝，所配拉丝模具尺寸分别为：2.76、2.55、2.35、2.16、1.99、1.83、1.69、1.56、1.43、1.32、1.02mm；铜丝出线速度为10～20m/s，最大退火电流1200A；再将直径为0.99mm的铜丝在LHT-200/17型铜小拉机丝上拉制成直径为0.3～0.5mm的铜丝，所配拉丝模具尺寸可为：0.83、0.74、0.65、0.59、0.52、0.46、0.40、0.35、0.31mm，铜丝出现速度为8～16m/s，最大退火电流600A；
1-2）束丝：通过DF-GJ/500型束丝机将23～63根直径为0.3～0.5mm的铜丝束丝形成股线，束丝节径比范围为20～30，束丝外径1.15～3.26mm，变换齿轮档位范围Z1：33～50，Z2：30～47，束丝速度5～45m/min；
1-3）股线复绞：将束丝好的7～61股股线采用1+6+12+18+24排列方式在LLY500/30型笼绞机上进行复绞，形成符合标准GB/T3956-2008中第六类结构软铜导体，复绞外径为3.4～29.6mm，1+6+12结构时，第二层和第三层节径比定为不大于25和14；结构为1+6+12+18时，第二、三、四层节径比定为不大于25、20、14；
2）第一聚醚醚酮薄膜的绕包工序：在导体外直接通过LLY500/30型笼绞机绕包厚度为0.1～0.2mm、宽度为35～55mm的聚醚醚酮薄膜，再收线上盘，采用单层重叠绕包方式，搭盖率控制在15～30%，绕包角为15～45°，绕包后电缆线芯的外径按公式“绕包前外径+层数×3×绕包带厚度”计算，控制在3.7～30.2mm；
3）150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层挤出工序：将绕包聚醚醚酮薄膜后的电缆导体通过SJ-45/25～120/25型挤塑机完成150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层的挤包并得到绝缘线芯，挤塑机机筒加热温度第一区至第六区分别为100±5℃、110±5℃、115±5℃、125±5℃、135±5℃、140±5℃；机头法兰加热温度为145±5℃；模具加热温度第一区至第三区分别为155±5℃、165±5℃、175±5℃；150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料融化至熔融态经两层滤网60目和120目过滤；模具采用挤管式模具，该模具可充分利用改性乙丙橡胶绝缘料的可拉伸性，提高挤出质量，模芯配模范围在5～35mm，模套配模范围在10～45mm；绝缘标称厚度为0.7～2.0mm，最薄点按公式不低于标称值的90%-0.1mm，控制在0.53～1.7mm；绝缘线芯外径范围在5.5～34.5mm；牵引速度控制在20～80m/min；
3-1）挤出后的绝缘线芯表面应光滑无气孔及杂质并经过长25米的恒温水槽进行水冷却，当绝缘线芯出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过10～25kV的火花试验作为中间检查，然后通过牵引至线缆盘完成150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘层挤出工序；
3-2）将绝缘线芯以跑道式绕线方式绕在内牵引上，以环形辐照工艺通过CELV-8型电子加速器完成电子束辐照，得到辐照后的绝缘线芯；加速器能量范围1.0～2.5MeV，束流范围10～60mA，功率范围60～100kW；
4）第二聚醚醚酮薄膜的绕包工序：将绝缘线芯在JLC-500/1+12型叉绞机或CLY-1250/1+6型成缆机上绕包厚度为0.1～0.2mm、宽度为35～55mm的聚醚醚酮薄膜，采用双层间隙绕包模式，第一层间隙式左向，第二层间隙式右向，间隙率为2～5%，绕包角为15～45°，绕包后外径按公式“绕包前外径+层数×2×绕包带厚度”计算，控制在5.9～35.3mm；
5）Twaron芳纶纤维丝编织加强层的编织工序：将4～9根直径为0.1～0.2mm的Twaron芳纶纤维丝绞合成股线，再将多根股线在HGSB-16锭编织机或GSB-1A/24锭编织机上进行编织工序，形成Twaron芳纶纤维丝编织加强层，编织加强层不允许整体焊接，编织应均匀，表面断线应修齐，每一米长度更换纤维丝锭不能大于一次；编织密度控制在75～85%，节距为10～40mm，编织角度为15～45°，编织后电缆线芯外径按公式“编织前外径+4×纤维单丝直径”计算，控制在6.3～36.1mm；
6）聚酰亚胺薄膜的绕包工序：在Twaron芳纶纤维丝编织加强层后直接绕包厚度为0.04～0.08mm，宽度为35～60mm的聚酰亚胺薄膜，采用单层重叠绕包模式，搭盖率为控制在20～35%，绕包后参考外径按公式“绕包前外径+层数×3×绕包带厚度”计算，控制在6.5～36.4mm；
7）ZS-322透明耐高温隔热保温涂料的工序：将绕包聚酰亚胺薄膜的电缆线芯水平缓慢匀速通过360°自动喷涂设备，设备前放置热风吹干装置，将电缆线芯表面的灰尘、油脂、水分及其他杂质清除干净，以确保涂覆均衡，喷涂整体厚度为100～150μm；
7-1）喷涂完后进入烘干装置，烘干温度60～70℃，烘箱长度2米，烘干速度2m/min，使得电缆能够在烘干装置中保持1min，确保涂料干燥，不粘附杂质；
7-2）涂覆完成后，电缆线芯将送至50℃的恒温烘干房，放置24小时；
8）高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套的挤包工序：烘干完成后的电缆线芯通过SJ-90/25～150/25型挤塑机完成高韧性耐热耐磨聚偏氟乙烯外护套的挤出，其中，挤塑机机筒加热温度第一区至第六区分别为180±5℃、180±5℃、185±5℃、190±5℃、195±5℃、200±5℃；机头法兰加热温度为205±5℃；模具加热温度第一区至第三区分别为205±5℃、210±5℃、215±5℃；聚偏氟乙烯护套料融化至熔融态需经过三层滤网40目、60目和100目过滤；螺杆转速30～40r/min，挤出速度控制在10～30m/min；模芯配模范围在10～40mm，模套配模范围在20～50mm；护套标称厚度应按公式“0.035×挤包前电缆线芯外径+1.0mm”计算，控制在1.4～3.0mm，最薄点按公式不低于标称值的80%-0.2mm，控制在0.92～2.2mm；电缆外径范围在9.5～43mm；
8-1）挤出后的电缆表面应光滑无气孔及杂质并经过长25米的恒温水槽进行水冷却，当电缆出水槽后使用热风吹干装置吹干，然后通过15～25kV的火花试验作为中间检查；
8-3）最后通过印字机将产品标识喷涂在电缆外护套表面，再通过履带式牵引机将成品电缆牵引至线缆盘上完成外护套挤出工序。
4.一种150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
三元乙丙橡胶:45～55份
超细聚酰亚胺树脂粉：18～25份
增塑剂：5～10份
石墨烯：1～5份
白油：3～8份
马来酸酐：1～2份
交联助剂：1～3份
氢氧化镁无机阻燃剂：5～10份
表面处理剂：0.1～0.5份
抗氧抗铜剂1024：0.3～0.8份
润滑剂：0.5～1份。
5.根据权利要求4所述的150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，其特征在于：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
6.根据权利要求4所述的150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，其特征在于：所述的交联助剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
7.根据权利要求4所述的150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，其特征在于：所述的表面处理剂为RCA铝酸酯偶联剂。
8.根据权利要求4所述的150℃低烟无卤阻燃改性辐照乙丙橡胶绝缘料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸锌。
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CN114171243A (zh) * 2021-11-19 2022-03-11 双登电缆股份有限公司 一种风力发电用耐扭转铝合金软电缆及其制作方法

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