CN113345628A - 一种机械设备专用电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械设备专用电缆，涉及电缆技术领域。一种机械设备专用电缆，由内到外依次包括缆芯、内衬层、屏蔽层和外护套，所述缆芯和所述内衬层之间设有间隙填料；其中，所述缆芯包括加强芯、周设于所述加强芯的多个线芯和缓冲芯，且所述线芯和缓冲芯间隔设置，所述加强芯、线芯和缓冲芯束铰形成所述缆芯，其中，所述线芯包括导体和包覆于所述导体的绝缘层，所述加强芯为绝缘材料，所述缓冲芯具有内腔和周设于所述内腔外的减震腔，所述内腔内设有软性支架，所述减震腔内填充有减震颗粒。通过在加强芯、周设于所述加强芯的多个线芯和缓冲芯束铰成型形成缆芯，得到的电缆具有良好的耐弯折性能和抗冲击性能，使用寿命长。

Description

一种机械设备专用电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，且特别涉及一种机械设备专用电缆。
背景技术
随着工业化的发展，大部分的机械设备向着大型化和专业化程度发展。大型机械设备往往承担许多复杂的操作工序，设备部件摇动或者挤压，容易引起电缆的损伤。随着机械设备要求的提高，要求电缆具有良好的耐弯折、耐振动、抗冲击和耐高温性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械设备专用电缆，此电缆具有良好的耐弯折性能和抗冲击性能，使用寿命长。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种机械设备专用电缆，由内到外依次包括缆芯、内衬层、屏蔽层和外护套，所述缆芯和所述内衬层之间设有间隙填料；其中，所述缆芯包括加强芯、周设于所述加强芯的多个线芯和缓冲芯，且所述线芯和缓冲芯间隔设置，所述加强芯、线芯和缓冲芯束铰形成所述缆芯，其中，所述线芯包括导体和包覆于所述导体的绝缘层，所述加强芯为绝缘材料，所述缓冲芯具有内腔和周设于所述内腔外的减震腔，所述内腔内设有软性支架，所述减震腔内填充有减震颗粒。
进一步地，在较佳的实施例中，所述屏蔽层为镀锡铜丝编织层。
进一步地，在较佳的实施例中，按照重量份数计，所述绝缘层的原料包括：三元乙丙橡胶100份、改性木质素1～3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1～2份、硫化剂0.1～0.5份；其中，所述改性木质素的制备过程为：将碳酸钙粉体分散在N-琥珀酰壳聚糖溶液中，加入木质素，混合后，研磨、干燥，得到所述改性木质素。
进一步地，在较佳的实施例中，按照重量份数计，所述内衬层的原料包括：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂20～50份、稳定剂5～15份、丁腈橡胶20～40份、单甘酯1～5份。
进一步地，在较佳的实施例中，所述外护套包括第一护套层和第二护套层，所述第一护套层和所述第二护套层的用料比为5～8:1，采用双挤出工艺同时形成所述第一护套层和所述第二护套层。
进一步地，在较佳的实施例中，按照重量份数计，所述第一护套层的原料包括：高密度聚乙烯100份、聚甲基苯基硅氧烷10～15份、乙烯-辛烯共聚物5～10份、马来酸酐接枝聚乙烯1～5份、苯基三甲氧基硅烷1～3份、乙酰乙酸乙酯钛酸四异丙酯0.1～0.3份、阻燃剂10～15份、稳定剂2～7份和润滑剂1～4份。
进一步地，在较佳的实施例中，按照重量份数计，所述第二护套层的原料包括：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂50～60份、填料10～20份、稳定剂2～7份、润滑剂1～4份、软化剂1～4份、增效剂5～8份。
进一步地，在较佳的实施例中，所述间隙填料为由碳纤维和高分子纤维混纺得到的复合纤维，所述高分子纤维选自棉纤维、丙纶纤维、锦纶纤维和芳纶纤维中的一种或多种。
进一步地，在较佳的实施例中，所述导体由多根金属芯束铰成型；所述金属芯选用银线、铜线、镀银线、镀锡线或者合金线。
进一步地，在较佳的实施例中，所述加强芯包括PE纤维芯和缠绕在所述PE纤维芯外周的棉线编织层。
本发明实施例的机械设备专用电缆的有益效果是：
设置了绝缘的加强芯，通过在加强芯周围形成的多个线芯和缓冲芯，加强芯、线芯和缓冲芯束铰成型形成缆芯，强化了电缆的耐弯折能力，能够有效满足大型机械设备的需求。
进一步地，缆芯和内衬层之间设置间隙填料，间隙填料为碳纤维和高分子纤维混纺得到的复合纤维，能够使得电缆在弯折过程中具有柔性效果，强化了电缆的散热性能，使得电缆的耐热能力得到提高。
进一步地，外护套采用两种护套料，同时挤出成型，强化两种护套料的结合强度，使得外护套的耐破损程度得到显著提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例的电缆的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的机械设备专用电缆进行具体说明。
参照图1，本发明实施例提供的一种机械设备专用电缆，由内到外依次包括缆芯10、内衬层20、屏蔽层30和外护套40，所述缆芯和所述内衬层之间设有间隙填料50。其中，所述缆芯10包括加强芯11、周设于所述加强芯11的多个线芯12和缓冲芯13，且所述线芯12和缓冲芯13间隔设置。所述加强芯11、线芯12和缓冲芯13束铰形成所述缆芯10。其中，所述线芯12包括导体121和包覆于所述导体121的绝缘层122，所述加强芯11和为绝缘材质。所述缓冲芯13具有内腔131和周设于所述内腔131外的减震腔132，所述内腔131内设有软性支架，所述减震腔132内填充有减震颗粒。
优选地，导体121为由多根金属芯束铰成型。金属芯选用银线、铜线、镀银线、镀锡线或者合金线。在本实施例中，导体121由多个无氧铜芯束铰成型。
优选地，按照重量份数计，绝缘层的原料包括：三元乙丙橡胶100份、改性木质素1～3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1～2份、硫化剂0.1～0.5份；其中，所述改性木质素的制备过程为：将碳酸钙粉体分散在N-琥珀酰壳聚糖溶液中，加入木质素，混合后，研磨、干燥，得到所述改性木质素。
具体地，在一个实施例中，绝缘层的材料按照如下步骤得到：
(1)将10g碳酸钙粉体分散在质量分数为10％的N-琥珀酰壳聚糖水溶液中，加入20g木质素，搅拌30min混合后，研磨40～60min后，干燥，得到改性木质素。
(2)将100重量份三元乙丙橡胶在开炼机素炼4～5min后，加入1～3重量份改性木质素和1～2重量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯进行混炼10min。加入0.1～0.5重量份的硫化剂，在170℃、15MPa条件下硫化10min，得到绝缘层材料。硫化剂例如可以选用硬脂酸、过氧化二异丙苯等。
对绝缘层的材料进行优化配置，以三元乙丙橡胶为主要材料，通过加入改性木质素进行复合，改性木质素为木质素与碳酸钙的复合材料，且通过N-琥珀酰壳聚糖进行表面改性，能够很好地分散在绝缘层材料中，并通过三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯交联，有效地提高了绝缘层的韧性和耐磨性。
优选地，加强芯11包括PE纤维芯和缠绕在所述PE纤维芯外周的棉线编织层。PE纤维芯由多根PE纤维揉捻形成，棉线编织层由棉线在PE纤维芯的外周缠绕或编织形成。通过设置加强芯11，能够使得电缆的强度和柔韧性更佳，为电缆提供抗拉伸能力和抗弯折能力，防止电缆在拉伸或弯折过程中发生断裂。进一步通过在PE纤维芯设置棉线编织层，能够提供软性保护，避免线12和缓冲芯13弯折过程中产生磨损。
优选地，加强芯11的周侧设有3根缓冲芯13和3根线芯12，线芯12和缓冲芯13间隔设置，缓冲芯13的设置为线芯12提供侧向的支撑作用，利用缓冲芯的高韧性和高强度，进一步对线缆进行保护。
优选地，缓冲芯13的材质为氟橡胶、高顺式顺丁橡胶或天然橡胶。通过设置内外两个腔，在内腔131内安装软性支架，软性支架优选为X形支架，通过该设置，为电缆在受压时提供挤压变形空间，避免在受到挤压时产生机械损伤。软性支架的材质可以与缓冲芯13的材质相同。位于内腔131外的缓冲腔132内装填有缓冲颗粒，缓冲颗粒例如可以是高分子弹性颗粒，颗粒可以是球形或椭球形。在一个实施例中，缓冲腔132中形成一层缓冲颗粒层。通过缓冲颗粒之间的碰撞耗能作用，提高电缆的耐振动、抗冲击效果。
优选地，所述间隙填料50为碳纤维和高分子纤维混纺得到的复合纤维，所述高分子纤维选自棉纤维、丙纶纤维、锦纶纤维和芳纶纤维中的一种或多种。在缆芯10和内衬层20之间设置间隙填料，有助于提高缆芯的圆整性，同时，通过间隙填充，电缆在弯折或扭转过程中在各个方向上都能受到柔性保护，在弯折过程中起到柔性缓冲作用。同时，以碳纤维和高分子纤维的混纺物为间隙填料，既能够进一步强化电缆的强度，还可以提高电缆的散热效果，使得电缆的耐热性能更为优异。
优选地，按照重量份数计，所述内衬层20的原料包括：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂20～50份、稳定剂5～15份、丁腈橡胶20～40份、单甘酯1～5份。增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙二酸二辛酯或磷酸三苯酯。稳定剂选用聚乙烯蜡或硬脂酸锌。内衬层选用聚氯乙烯-丁腈弹性体，通过加入增塑剂，提高了加工性能和材料的韧性。此外，通过加入单甘酯提供软化和润滑作用，使得制得的聚氯乙烯-丁腈弹性体柔软性和弯曲性都得到长足的提升。
优选地，所述屏蔽层30为镀锡铜丝编织层，进一步地，编织密度为85～95％。屏蔽层30可以有效防止电磁干扰。
优选地，所述外护套40包括第一护套层41和第二护套层42，所述第一护套层和所述第二护套层的用料比为5～8:1，采用双挤出工艺同时形成所述第一护套层和所述第二护套层。
优选地，按照重量份数计，所述第一护套层的原料包括：高密度聚乙烯100份、聚甲基苯基硅氧烷10～15份、乙烯-辛烯共聚物5～10份、马来酸酐接枝聚乙烯1～5份、苯基三甲氧基硅烷1～3份、乙酰乙酸乙酯钛酸四异丙酯0.1～0.3份、阻燃剂10～15份、稳定剂2～7份和润滑剂1～4份。通过加入聚甲基苯基硅氧烷和苯基三甲氧基硅烷进行交联改性处理，引入硅氧烷基团，使得电缆具有良好的抗高温性能和阻燃性能，弹性性能和力学性能也有所提高。进一步地，阻燃剂选用磷系阻燃剂。稳定剂选用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和金属皂的复合物。润滑剂选用质量比为1:2的硬脂酸和聚醚砜。通过加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚和乙烯-辛烯共聚物，提高力学性能，利用马来酸酐接枝聚乙烯提高各组分的相容性，润滑剂选用硬脂酸和聚醚砜的复合物，可以改善加工的流动性和混合性，提高拉伸强度。第一护套层提供良好的韧性和阻燃性。
具体地，第一护套层的原料的制备步骤为：将高密度聚乙烯、聚甲基苯基硅氧烷、乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、苯基三甲氧基硅烷和乙酰乙酸乙酯钛酸四异丙酯按比例进行投料，在150～160℃条件下密炼5～10min，然后加入阻燃剂、稳定剂和润滑剂在120～130℃条件下密炼5～10min，然后挤出成型。
优选地，按照重量份数计，所述第二护套层的原料包括：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂50～60份、填料10～20份、稳定剂2～7份、润滑剂1～4份、软化剂1～4份、增效剂5～8份。进一步地，增塑剂选用邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙二酸二辛酯或磷酸三苯酯。填料选用碳酸钙、氢氧化钙或CaCO3/SiO2复合粒子。
进一步地，填料选用CaCO3/SiO2复合粒子，其制备过程为：将10gCaCO3粉体分散在乙醇水溶液中，搅拌后，加入氨水，然后缓慢滴加TEOS溶液，。回流反应3～6h后，抽滤、干燥得到CaCO3/SiO2复合粒子。通过SiO2包覆CaCO3形成的复合粒子，加入到护套层材料中，避免粒子在加工过程中分解，该成分的加入可以提高材料的强度和耐候性，减少变形等。
优选地，稳定剂选用聚乙烯蜡或硬脂酸锌；润滑剂选用硬脂酸、聚醚砜或单甘酯；软化剂选用橡胶油。
优选地，增效剂选用质量比为1:0.5～1:1～2:0.1～0.3的硅酮母粒、乙烯基化硅油、超支化聚氨酯和聚甲基氢硅氧烷。超支化聚氨酯具有大量的基团，能够降低分子间作用力，提高流动性和加工性能，与硅酮母粒、乙烯基化硅油和聚甲基氢硅氧烷协同作用，能够极大改善第二护套层的拉伸强度、耐磨性和表面爽滑感。
具体地，第二护套层的原料的制备步骤为：按各原料的比例进行投料，在110～130℃搅拌混合，在110～140℃下混炼5～15min，然后挤出成型。
优选地，采用双挤出工艺同时形成所述第一护套层和所述第二护套层时，第一护套层的挤出温度为140～155℃，第二护套层的挤出温度为160～170℃。在不同的挤出温度下对两种护套料同时挤出形成护套层40，两种护套层材料复合界面上良好粘接，强度高，抗撕裂、防破损能力极强。内部的第一护套层提供良好的阻燃、耐高温效果，且具有高韧性和抗拉性能。外部的第二护套层保证电缆外表面的光滑性，且通过润滑剂、软化剂和增效剂的作用，极大提高外护套的拉伸强度、抗冲击和抗磨损能力。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种机械设备专用电缆：由内到外依次包括缆芯10、内衬层20、屏蔽层30和外护套40。缆芯10包括由加强芯11、3个线芯12和3个缓冲芯13束铰成型。加强芯11为PE纤维芯和缠绕在所述PE纤维芯外周的棉线编织层。线芯12包括多个无氧铜芯束铰成型的导体121和包覆在导体外的绝缘层122。缓冲芯13为氟橡胶材质，其内腔131设有X形支架，减震腔132内填充有一层高分子材料制成的减震颗粒。缆芯10和内衬层20之间的间隙填料50为碳纤维和芳纶纤维混纺的复合纤维。屏蔽层30为镀锡铜丝编织层。外护套40包括第一护套层41和第二护套层42。其中，按照重量份数计，
绝缘层122的材料为：三元乙丙橡胶100份、改性木质素2.7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯2份、硫化剂0.3份。
内衬层20的材料为：聚氯乙烯树脂100份、邻苯二甲酸二辛酯25份、聚乙烯蜡12份、丁腈橡胶30份、单甘酯3份。
第一护套层41的材料为：高密度聚乙烯100份、聚甲基苯基硅氧烷13份、乙烯-辛烯共聚物5份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、苯基三甲氧基硅烷2份、乙酰乙酸乙酯钛酸四异丙酯0.2份、磷系阻燃剂12份、稳定剂5份和润滑剂1～4份。稳定剂为质量比为1:4的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和金属皂。润滑剂选用质量比为1:2的硬脂酸和聚醚砜。
第二护套层42的材料为：聚氯乙烯树脂100份、磷酸三苯酯55份、CaCO3/SiO2复合粒子15份、硬脂酸锌4份、单甘酯3份、橡胶油3份、增效剂5份。增效剂为质量比为1:0.5:1.5:0.2的硅酮母粒、乙烯基化硅油、超支化聚氨酯和聚甲基氢硅氧烷。
第一护套层41和第二护套层42同时挤出形成护套层，第一护套层的挤出温度为145℃，第二护套层的挤出温度为165℃。
性能测试表明，该电缆1000万次弯曲，耐压未击穿。将电缆顺时针扭转360°，保持10s，然后逆时针360°，保持10s，计为扭转1次。且扭转试验过程中进行12h通电加热和12h冷却循环过程。扭转4万次，未发生破损。绝缘层抗撕裂强度5.6N/m，断裂伸长率320％。外护套抗撕裂强度8.6N/m，断裂伸长率360％。护套外表面色泽光亮，手感光滑。
实施例2
本实施例中提供了一种机械设备专用电缆，与实施例1的不同之处在于：
第一护套层41的材料为：高密度聚乙烯100份、乙烯-辛烯共聚物5份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、乙酰乙酸乙酯钛酸四异丙酯0.2份、磷系阻燃剂12份、稳定剂5份和润滑剂1～4份。稳定剂为质量比为1:4的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和金属皂。润滑剂选用质量比为1:2的硬脂酸和聚醚砜。
性能测试表明，该电缆1000万次弯曲，耐压未击穿。将电缆顺时针扭转360°，保持10s，然后逆时针360°，保持10s，计为扭转1次。且扭转试验过程中进行12h通电加热和12h冷却循环过程。扭转3万次，未发生破损。绝缘层抗撕裂强度5.6N/m，断裂伸长率320％。外护套抗撕裂强度8.0N/m，断裂伸长率320％。护套外表面色泽光亮，手感光滑。
实施例3
本实施例中提供了一种机械设备专用电缆，与实施例1的不同之处在于：
第二护套层42的材料为：聚氯乙烯树脂100份、磷酸三苯酯55份、CaCO3/SiO2复合粒子15份、硬脂酸锌4份、单甘酯3份、橡胶油3份。
性能测试表明，该电缆800万次弯曲，耐压未击穿。将电缆顺时针扭转360°，保持10s，然后逆时针360°，保持10s，计为扭转1次。且扭转试验过程中进行12h通电加热和12h冷却循环过程。扭转2万次，未发生破损。绝缘层抗撕裂强度5.6N/m，断裂伸长率320％。外护套抗撕裂强度7.8N/m，断裂伸长率300％。护套外表面色泽较实施例1黯淡，手感光滑度较差于实施例1。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (10)

1.一种机械设备专用电缆，其特征在于，由内到外依次包括缆芯、内衬层、屏蔽层和外护套，所述缆芯和所述内衬层之间设有间隙填料；其中，所述缆芯包括加强芯、周设于所述加强芯的多个线芯和缓冲芯，且所述线芯和缓冲芯间隔设置，所述加强芯、线芯和缓冲芯束铰形成所述缆芯，其中，所述线芯包括导体和包覆于所述导体的绝缘层，所述加强芯为绝缘材料，所述缓冲芯具有内腔和周设于所述内腔外的减震腔，所述内腔内设有软性支架，所述减震腔内填充有减震颗粒。
2.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，所述屏蔽层为镀锡铜丝编织层。
3.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，按照重量份数计，所述绝缘层的原料包括：三元乙丙橡胶100份、改性木质素1～3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1～2份、硫化剂0.1～0.5份；其中，所述改性木质素的制备过程为：将碳酸钙粉体分散在N-琥珀酰壳聚糖溶液中，加入木质素，混合后，研磨、干燥，得到所述改性木质素。
4.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，按照重量份数计，所述内衬层的原料包括：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂20～50份、稳定剂5～15份、丁腈橡胶20～40份、单甘酯1～5份。
5.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，所述外护套包括第一护套层和第二护套层，所述第一护套层和所述第二护套层的用料比为5～8:1，采用双挤出工艺同时形成所述第一护套层和所述第二护套层。
6.根据权利要求5所述的机械设备专用电缆，其特征在于，按照重量份数计，所述第一护套层的原料包括：高密度聚乙烯100份、聚甲基苯基硅氧烷10～15份、乙烯-辛烯共聚物5～10份、马来酸酐接枝聚乙烯1～5份、苯基三甲氧基硅烷1～3份、乙酰乙酸乙酯钛酸四异丙酯0.1～0.3份、阻燃剂10～15份、稳定剂2～7份和润滑剂1～4份。
7.根据权利要求5所述的机械设备专用电缆，其特征在于，按照重量份数计，所述第二护套层的原料包括：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂50～60份、填料10～20份、稳定剂2～7份、润滑剂1～4份、软化剂1～4份、增效剂5～8份。
8.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，所述间隙填料为由碳纤维和高分子纤维混纺得到的复合纤维，所述高分子纤维选自棉纤维、丙纶纤维、锦纶纤维和芳纶纤维中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，所述导体由多根金属芯束铰成型；所述金属芯选用银线、铜线、镀银线、镀锡线或者合金线。
10.根据权利要求1所述的机械设备专用电缆，其特征在于，所述加强芯包括PE纤维芯和缠绕在所述PE纤维芯外周的棉线编织层。
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