CN111599524A - 一种高抗压缩型铁路数字信号电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗压缩型铁路数字信号电缆，包括缆芯，所述缆芯是由多根元件绞合而成，每根元件由聚丙烯物理发泡单线组成的四线组绞合而成；所述聚丙烯物理发泡单线由内至外依次包括铜导体、隔离层、内层发泡层、外层发泡层及外皮层；所述内层发泡层为聚丙烯物理发泡层；所述外层发泡层为聚乙烯物理发泡层。本发明使用聚丙烯发泡替代聚乙烯发泡可以大幅度降低单线绝缘整体介质损耗因数，提升信号传输性能，而且结构简单、生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及电缆领域，特别涉及一种高抗压缩型聚丙烯物理发泡铁路数字信号电缆。
背景技术
铁路数字信号电缆主要用于高速客运专线铁路的系统控制、信号及通信数据传输。铁路数字信号电缆目前执行的最新标准为TB/T 3100-2017，标准内对于电缆绝缘主要性能要求如下：绝缘抗张强度中值≥5.5Mpa，绝缘断裂伸长率中值≥200％，绝缘抗压缩性能屏蔽线700±5N·1min，非屏蔽线600±5N·1min。因为铁路数字信号电缆的使用特性，要求其必须采用物理发泡结构，但其绝缘抗张强度、断裂伸长率以及抗压缩性能与铁路信号电缆实心聚乙烯绝缘相比仅能达到实心绝缘机械性能的约20-34％。
其次目前所使用的铁路数字信号电缆绝缘采用三层共挤聚乙烯物理发泡结构，由于聚乙烯物理发泡的熔体强度较低，受限于熔体强度电缆绝缘发泡度已经达到物理极限，铁路数字信号电缆单线绝缘介质损耗已无降低空间，需要新材料进一步提升发泡度。
专利号CN201520906659.3提供了一种高抗压缩型铁路数字信号绝缘单线，包括导体，导体由内到外依次包裹有树脂粘接层、热塑性聚酯搭接型内皮层、发泡层及热塑性聚酯复合外皮层。本发明能够有效提升铁路数字信号电缆抗压缩性能。此技术方案采用传统聚乙烯物理发泡技术，依旧受限于材料物理特性。
专利号CN201510315544.1提供了一种抗压电线，公开了一种抗压电线，包括导体，所述导体从内到外依次套接有绝缘层、硬质保护层、中被层、屏蔽层、阻燃层、防水层和外护套，所述导体、所述绝缘层的横截面为圆形，所述硬质保护层、中被层、屏蔽层、阻燃层、防水层和外护套的横截面为三角形，所述绝缘层和所述硬质保护层之间还填充有聚乙烯发泡。(1)此技术方案描述的为抗压电线，主要为能量传输作用。(2)发泡聚乙烯层作为绝缘层和硬质保护层中的缓冲填充物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高抗压缩型聚丙烯物理发泡铁路数字信号电缆。本发明不仅满足用户对于电缆抵抗在极端环境条件下机械外力高强度碰撞、冲击、压缩的更高要求，同时使用聚丙烯发泡替代聚乙烯发泡可以大幅度降低单线绝缘整体介质损耗因数，提升信号传输性能，而且结构简单、生产效率高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高抗压缩型铁路数字信号电缆，包括缆芯，所述缆芯是由多根元件绞合而成，每根元件由聚丙烯物理发泡单线组成的四线组绞合而成；所述聚丙烯物理发泡单线由内至外依次包括铜导体、隔离层、内层发泡层、外层发泡层及外皮层；
所述内层发泡层为聚丙烯物理发泡层；所述外层发泡层为聚乙烯物理发泡层。
可选地，所述铜导体为无氧铜导体。
可选地，所述隔热层为聚烯烃挤制的薄膜。
可选地，所述外皮层采用高密度聚乙烯或交联聚乙烯挤制而成。
可选地，所述缆芯外部依次包括缆芯、隔热层、铝护层、内衬层、铠装层及外护层。
可选地，所述隔热层是挤制在缆芯外的聚乙烯护套。
可选地，所述铝护层为铝带焊接或铝塑带纵包。
可选地，所述内衬层为聚乙烯护套。
可选地，所述铠装层为双钢带铠装。
可选地，所述外护层采用聚氨酯材料挤制而成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明一种高抗压缩型聚丙烯物理发泡铁路数字信号电缆，其聚丙烯物理发泡单线采用改性聚丙烯材料替代聚乙烯材料进行物理发泡，由于改性聚丙烯材料的熔体强度一般是聚乙烯材料熔体强度的1.5倍以上，因此可以将发泡层发泡度大幅度提高，将发泡度由聚乙烯最高65％提升至聚丙烯的75-80％左右，进而显著降低绝缘物理发泡体介质损耗，提升信号传输减小衰减。
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是本发明电缆结构的结构示意图；
图中标号：1.聚丙烯物理发泡单线，2.元件，3.缆芯，4.隔热层，5.铝护层，6.内衬层，7.铠装层，8.外护层。
图2是本发明聚丙烯物理发泡单线的结构示意图；
图中标号：11.铜导体，12.隔离层，13.内层发泡层，14.外层发泡层，15.外皮层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
如图1所示，本发明提出一种高抗压缩型聚丙烯物理发泡铁路数字信号电缆，电缆结构由内至外分为聚丙烯物理发泡绝缘单线1、元件2、缆芯3、隔热层4、铝护层5、内衬层6、铠装层7(焊接/纵包)及外护层8。
如图2所示，所述聚丙烯物理发泡单线由内至外依次包括铜导体11、隔离层12、内层发泡层13、外层发泡层14及外皮层15。
具体地，所述铜导体为高纯度无氧铜；所述隔离层为聚烯烃材料挤制层；所述内层发泡层为聚丙烯物理发泡层，外层发泡层为聚乙烯物理发泡层，所述外皮层为高密度聚乙烯或交联高密度聚乙烯外护层。
作为优选地实施例，所述隔热层是挤制在缆芯外的聚乙烯护套。所述铝护层为铝带焊接或铝塑带纵包。所述内衬层为聚乙烯护套。所述铠装层为双钢带铠装。所述外护层采用聚氨酯材料挤制而成。
该电缆单线摒弃特殊结构，采用工艺成熟的共挤方式，具有生产工艺简单、实用性强等优点。
聚丙烯物理发泡单线后电缆生产方案如下：
1.电缆元件由红绿白兰四根单线进行星绞，并可进行铜带纵包屏蔽；
2.缆芯按照铁标TB/T3100-2017内标准结构排列绞合；
3.缆芯外挤制聚乙烯护套作为隔热层；
4.隔热层后使用铝带焊接或铝塑带纵包作为电缆屏蔽层进行包覆；
5.铝护层后挤制一层聚乙烯护套作为内衬层；
6.内衬层外进行双钢带铠装；
7.铠装层外使用高弹性聚氨酯材料进行外护层挤制。
实施例
本发明提出一种高抗压缩型聚丙烯物理发泡铁路数字信号电缆，电缆结构由内至外分为聚丙烯物理发泡绝缘单线1、元件2、缆芯3、隔热层4、铝护层5、内衬层6、铠装层7及外护层8。
其中，聚丙烯物理发泡单线1由内至外依次包括铜导体11、隔离层12、内层发泡层13、外层发泡层14及外皮层15。所述铜导体11无氧铜拉制退火而成；所述隔离层12由聚烯烃挤制的薄膜层；所述内层发泡层13为聚丙烯物理发泡层；所述外层发泡层14为聚乙烯物理发泡层；所述外皮层15为高密度聚乙烯或交联高密度聚乙烯外护层。
以上所述隔离层12、内层发泡层13、外层发泡层14及外皮层15均由4个挤塑机按照物理发泡共挤方式以不同温度及挤出压力同时从一个机头内挤出，在出模口形成整体的单线绝缘层。
元件2、缆芯3、隔热层4、铝护层5、内衬层6、铠装层7依照目前现有技术工艺进行生产。外护层8使用高弹性聚氨酯护套料替代原聚乙烯护套料作为电缆外护层材料，使其有非常高的耐屈挠性和耐磨性。
下表1为聚丙烯材料与聚乙烯材料的材料性能对比：
表1聚丙烯和聚乙烯材料的性能对比
由上表可以看出聚丙烯材料的材料机械性能均显著大于聚乙烯材料。
与现有技术相比，本发明原理为：
1.本发明一种高抗压缩型聚丙烯物理发泡铁路数字信号电缆，其聚丙烯物理发泡单线采用聚丙烯材料替代聚乙烯材料进行物理发泡，由于聚丙烯材料的熔体强度一般是聚乙烯材料熔体强度的1.5倍以上，因此可以将发泡层发泡度大幅度提高，将发泡度由聚乙烯最高65％提升至聚丙烯的75-80％左右，进而显著降低绝缘物理发泡体介质损耗，提升信号传输减小衰减。
聚丙烯材料主要指标是熔体强度。这一段主要是说聚丙烯熔体强度高，可以大幅度提高发泡能力(发泡率)，与聚乙烯较低的发泡率相比可以显著降低介质损耗，从而提升信号传输)
2.根据表1数据可以看出聚丙烯邵氏硬度约为105-115，是聚乙烯邵氏硬度60-70数值的近两倍，同时改性聚丙烯的材料抗张强度和抗剪切力是聚乙烯材料的1-1.5倍，采用聚丙烯材料作为物理发泡层可以大幅度提升电缆绝缘抗压缩性能，可以很好的抵抗在电缆敷设或使用中出现的机械外力冲击，满足电缆在恶劣环境下的使用要求，即说明聚丙烯硬度、抗张强度及抗剪切力高，抗机械外力冲击能力高。
3.外护层使用阻燃型热塑弹性体聚氨酯材料(如诺誉Estane 58866)替代线性低密度聚乙烯护套，是使用高弹、高韧性以及高耐磨的聚氨酯材料取代低弹性、低韧性不耐磨的低密度聚乙烯材料。特别是聚氨酯属于内聚能较强的材料，导致其有非常高的耐屈挠性和耐磨性，使用此种材料可以良好应对电缆敷设中尖锐岩石、水泥硬块及地质环境酸碱油类的穿刺、磨损和腐蚀。
由于目前高抗压缩标准单线和成品行业上都还没有统一测试指标，本申请的前期只做了单线抗压实验1100-1500N·60秒，测试合格。比现行标准700N要高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，包括缆芯，所述缆芯是由多根元件绞合而成，每根元件由聚丙烯物理发泡单线组成的四线组绞合而成；所述聚丙烯物理发泡单线由内至外依次包括铜导体、隔离层、内层发泡层、外层发泡层及外皮层；
所述内层发泡层为聚丙烯物理发泡层；所述外层发泡层为聚乙烯物理发泡层。
2.根据权利要求1所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述铜导体为无氧铜导体。
3.根据权利要求1所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述隔热层为聚烯烃挤制的薄膜。
4.根据权利要求1所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述外皮层采用高密度聚乙烯或交联聚乙烯挤制而成。
5.根据权利要求1所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述缆芯外部依次包括缆芯、隔热层、铝护层、内衬层、铠装层及外护层。
6.根据权利要求5所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述隔热层是挤制在缆芯外的聚乙烯护套。
7.根据权利要求5所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述铝护层为铝带焊接或铝塑带纵包。
8.根据权利要求5所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述内衬层为聚乙烯护套。
9.根据权利要求5所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述铠装层为双钢带铠装。
10.根据权利要求5所述的高抗压缩型铁路数字信号电缆，其特征在于，所述外护层采用聚氨酯材料挤制而成。
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