CN113871077A - 一种潜油泵铠装电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆技术领域，提出了一种潜油泵铠装电缆，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；所述铝合金导体包括：98.5％～99.5％铝、0.1％～0.5％铁、0.02％～0.15％硅、0.001％～0.02％钛、0.08％～0.4％铜，余量为不可避免杂质；所述铠装层包括：59.2％‑65％铅、34％‑40％锡、0.05％‑0.1％硅、0.5％‑1.2％铁、0.2％‑0.4％铜、0‑0.05％镁、0‑0.03％锌，余量为不可避免杂质，本发明还提出了一种潜油泵铠装电缆的制备方法。通过上述技术方案，解决了现有技术中潜油泵电缆使用寿命短的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体的，涉及一种潜油泵铠装电缆及其制备方法。
背景技术
潜油泵电缆由于其特殊的工作环境，在油井中工作条件恶劣，长期工作在高温、高压条件下，必须要求有良好的电性能和机械性能，还要有优异的耐老化耐腐蚀性能。但是目前的电缆常用绝缘层为三元乙丙橡胶，但是其内聚能低，橡胶材料易开花，互粘性差，导致使用寿命缩短。
专利潜油泵用电缆铅合金护套材料(CN 101717880 A)中采用铅为主要的导电合金，铅的熔点低，易挤压成无缝管状的电缆护套，而且密封性好，不透潮，不透气，能有效地防止电缆油流失，确保电缆的电气绝缘性能，抗氧化性比铜合金优异，但是铅质软，容易变形，容易破裂，长期使用效果不好，寿命较短。
发明内容
本发明提出一种潜油泵铠装电缆及其制备方法，解决了相关技术中的潜油泵电缆使用寿命短的问题。
本发明的技术方案如下：
一种潜油泵铠装电缆，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；
所述铝合金导体包括：98.5％～99.5％铝、0.1％～0.5％铁、0.02％～0.15％硅、0.001％～0.02％钛、0.08％～0.4％铜，余量为不可避免杂质；
所述铠装层包括：59.2％-65％铅、34％-40％锡、0.05％-0.1％硅、0.5％-1.2％铁、0.2％-0.4％铜、0-0.05％镁、0-0.03％锌，余量为不可避免杂质。
作为进一步的技术方案，所述铠装层为60.5％铝、38.01％锡、0.08％硅、1％铁、0.3％铜、0.05％镁、0.03％锌、余量为不可避免杂质。
作为进一步的技术方案，所述绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶20-30份、聚乙烯35-40份、端羟基聚丁二烯10-15份、丁腈橡胶15-22.5份、硬脂酸1-2份、硫化剂2-5份、阻燃剂30-40份、硅烷偶联剂1-2份、聚甲基三乙氧基硅烷3-9份、碳化硅1-3份、氮化硼1-3份、钛酸镁纤维填料25-30份、炭黑10-15份。
作为进一步的技术方案，所述三元乙丙橡胶、端羟基聚丁二烯、丁基橡胶的比例为2:1:1.5。
作为进一步的技术方案，所述聚甲基三乙氧基硅烷、碳化硅、氮化硼的比例为3:1:1。
作为进一步的技术方案，所述硫化剂为秋兰姆或过氧化二苯甲酰。
作为进一步的技术方案，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸盐化合物中的一种或多种。
本发明还提出一种所述的潜油泵铠装电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金导体拉丝、绞合；
S2、将绝缘层原料混炼挤出后包覆于铝合金导体上，得到绝缘导体，
S3、将护套层进行挤出包覆于绝缘导体后，将铠装层进行铠装。
本发明的有益效果为：
1、本发明中铠装层所用合金既具有优异的抗氧化性，还具有适宜的硬度。采用铝锡合金，锡合金质轻，可以提高电缆的安装效率，还可以提高铝合金的力学性能，延长使用寿命，满足潜油泵电缆的应用需求。
2、本发明添加有端羟基聚丁二烯，提高了电缆的热老化性能，但是如果添加过多，不利于电缆的耐油性，不利于长期作为潜油泵电缆使用。本发明中，添加聚甲基三乙氧基硅烷，具有较高的耐热性，但是耐油性较差，添加碳化硅、氮化硼，协同作用，提高电缆绝缘材料的耐油性和力学性能。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种潜油泵铠装电缆，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；
铝合金导体为：98.5％铝、0.5％铁、0.15％硅、0.02％钛、0.4％铜，余量为不可避免杂质；
所述铠装层为60.5％铝、38.01％锡、0.08％硅、1％铁、0.3％铜、0.05％镁、0.03％锌、余量为不可避免杂质；
绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶24份、聚乙烯38份、端羟基聚丁二烯12份、丁腈橡胶18份、硬脂酸1.5份、硫化剂4份、阻燃剂35份、硅烷偶联剂1.5份、聚甲基三乙氧基硅烷6份、碳化硅2份、氮化硼2份、钛酸镁纤维填料28份、炭黑12份；所述硫化剂为秋兰姆；所述阻燃剂为氢氧化铝；
所述的潜油泵铠装电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金导体拉丝、绞合；
S2、将绝缘层原料混炼挤出后包覆于铝合金导体上，得到绝缘导体，
S3、将护套层进行挤出包覆于绝缘导体后，进行铠装，护套层由丁腈胶组成。
实施例2
一种潜油泵铠装电缆，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；
铝合金导体为：99.5％铝、0.1％铁、0.02％硅、0.001％钛、0.08％铜，余量为不可避免杂质；
所述铠装层为64％铝、34％锡、0.08％硅、1.2％铁、0.2％铜、0.01％镁、0.01％锌、余量为不可避免杂质；
绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶20份、聚乙烯40份、端羟基聚丁二烯10份、丁腈橡胶15份、硬脂酸1份、硫化剂2份、阻燃剂40份、硅烷偶联剂2份、聚甲基三乙氧基硅烷9份、碳化硅3份、氮化硼3份、钛酸镁纤维填料25份、炭黑10份；所述硫化剂为过氧化二苯甲酰；所述阻燃剂为氢氧化镁；
所述的潜油泵铠装电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金导体、绞合；
S2、将绝缘层原料混炼挤出后包覆于铝合金导体上，得到绝缘导体，
S3、将护套层进行挤出包覆于绝缘导体后，进行铠装，护套层由丁腈胶组成。
实施例3
一种潜油泵铠装电缆，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；
铝合金导体为：99.1％铝、0.4％铁、0.1％硅、0.01％钛、0.3％铜、余量为不可避免杂质；
所述铠装层为59.2％铝、39.6％锡、0.1％硅、0.5％铁、0.4％铜、0.05％镁、0.03％锌、余量为不可避免杂质；
绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶30份、聚乙烯35份、端羟基聚丁二烯15份、丁腈橡胶22.5份、硬脂酸2份、硫化剂5份、阻燃剂30份、硅烷偶联剂1份、聚甲基三乙氧基硅烷3份、碳化硅1份、氮化硼1份、钛酸镁纤维填料30份、炭黑15份；所述硫化剂为秋兰姆；所述阻燃剂为氢氧化镁；
所述的潜油泵铠装电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金导体、绞合；
S2、将绝缘层原料混炼挤出后包覆于铝合金导体上，得到绝缘导体，
S3、将护套层进行挤出包覆于绝缘导体后，进行铠装，护套层由丁腈胶组成。
实施例4
一种潜油泵铠装电缆，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；
铝合金导体与实施例3相同；
所述铠装层为65％铝、34％锡、0.05％硅、0.5％铁、0.2％铜、0.02％锌、余量为不可避免杂质；
绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶24份、聚乙烯36份、端羟基聚丁二烯12份、丁腈橡胶18份、硬脂酸1.5份、硫化剂3份、阻燃剂32份、硅烷偶联剂1份、聚甲基三乙氧基硅烷3份、碳化硅1份、氮化硼1份、钛酸镁纤维填料26份、炭黑12份；所述硫化剂为过氧化二苯甲酰；所述阻燃剂为氢氧化镁；
所述的潜油泵铠装电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝合金拉丝、导体绞合；
S2、将绝缘层原料混炼挤出后包覆于铝合金导体上，得到绝缘导体，
S3、将护套层进行挤出包覆于绝缘导体后，进行铠装，护套层由丁腈胶组成。
实施例5
与实施例1相比，绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶24份、聚乙烯37份、端羟基聚丁二烯12份、丁腈橡胶18份、硬脂酸1.5份、硫化剂4份、阻燃剂39份、硅烷偶联剂1份、聚甲基三乙氧基硅烷9份、碳化硅3份、氮化硼3份、钛酸镁纤维填料28份、炭黑14份；所述硫化剂为过氧化二苯甲酰；所述阻燃剂为氢氧化镁。
其他与实施例1相同。
对比例1
与实施例1相比，铠装层为：硅0.1％、铁0.1％、铜0.5％、镁0.06％、锌0.07％、硼0.004％、其余为不可避免杂质和铝，其中不可避免杂质总量为0.2％。
对比例2
与实施例1相比，铠装层为：60.5％锡、38.01％铝、0.08％硅、1％铁、0.3％铜、0.05％镁、0.03％锌、余量为不可避免杂质。
对比例3
与实施例1相比，将绝缘层中的端羟基聚丁二烯用等量的丁腈橡胶代替，其他与实施例1相同。
对比例4
与实施例1相比，端羟基聚丁二烯加入18份，其他与实施例1相同。
对比例5
与实施例1相比，不添加碳化硅、氮化硼，其他与实施例1相同。
对比例6
与实施例1相比，不添加氮化硼，其他与实施例1相同。
对比例7
与实施例1相比，不添加碳化硅，其他与实施例1相同。
实验例1
测试实施例1-4与对比例1-2中铠装层的性能，结果如表1所示。
表1铠装层性能
| 类别 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 抗拉强度(MPa) | 伸长率(％) |
| 实施例1 | 2.61 | 139 | 35 |
| 实施例2 | 2.64 | 135 | 33 |
| 实施例3 | 2.62 | 131 | 36 |
| 实施例4 | 2.63 | 136 | 32 |
| 对比例1 | 2.72 | 112 | 23 |
| 对比例2 | 2.55 | 142 | 30 |
实验例2
测试实施例1-5和对比例3-7中的绝缘材料的性能，结果如表2所示。
按照《GB/T2951.11-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法.第11部分：通用试验方法-厚度和外形尺寸测量-机械性能试验》测试抗张强度和断裂伸长率；
按照《GB/T2951.12-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法.第12部分：通用试验方法-热老化试验方法》测试耐老化性能；
按照《GB/T2951.5-2008电缆绝缘和护套材料通用试验方法第2部分:弹性体混合料专用试验方法第1节:浸矿物油试验》浸矿物油中100℃×24H，检测其抗张变化率和断裂伸长率变化率；
表2绝缘材料性能
本发明的实施例中，采用铝锡合金，锡合金质轻，可以提高电缆的安装效率，还可以提高铝合金的力学性能，延长使用寿命，满足潜油泵电缆的应用需求。但是当添加的锡含量增大时，会导致密度过小，只有在一定的范围内才能保证各方面性能优异。
本发明的实施例中，添加有端羟基聚丁二烯，提高了电缆的热老化性能，但是如果添加过多，不利于电缆的耐油性，不利于长期作为潜油泵电缆使用。本发明中，添加碳化硅、氮化硼，协同作用，提高电缆绝缘材料的耐油性和力学性能，对比例5中不添加碳化硅、氮化硼，对比例6、对比例7分别只添加其中的一种，各方面性能都降低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种潜油泵铠装电缆，其特征在于，包括从内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层、护套层、铠装层；
所述铝合金导体包括：98.5％～99.5％铝、0.1％～0.5％铁、0.02％～0.15％硅、0.001％～0.02％钛、0.08％～0.4％铜，余量为不可避免杂质；
所述铠装层包括：59.2％-65％铅、34％-40％锡、0.05％-0.1％硅、0.5％-1.2％铁、0.2％-0.4％铜、0-0.05％镁、0-0.03％锌，余量为不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的潜油泵铠装电缆，其特征在于，所述铠装层为60.5％铝、38.01％锡、0.08％硅、1％铁、0.3％铜、0.05％镁、0.03％锌、余量为不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的潜油泵铠装电缆，其特征在于，所述绝缘层包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶20-30份、聚乙烯35-40份、端羟基聚丁二烯10-15份、丁腈橡胶15-22.5份、硬脂酸1-2份、硫化剂2-5份、阻燃剂30-40份、硅烷偶联剂1-2份、聚甲基三乙氧基硅烷3-9份、碳化硅1-3份、氮化硼1-3份、钛酸镁纤维填料25-30份、炭黑10-15份。
4.根据权利要求3所述的潜油泵铠装电缆，其特征在于，所述三元乙丙橡胶、端羟基聚丁二烯、丁基橡胶的比例为2:1:1.5。
5.根据权利要求3所述的潜油泵铠装电缆，其特征在于，所述聚甲基三乙氧基硅烷、碳化硅、氮化硼的比例为3:1:1。
6.根据权利要求3所述的潜油泵铠装电缆，其特征在于，所述硫化剂为秋兰姆或过氧化二苯甲酰。
7.根据权利要求3所述的潜油泵铠装电缆，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸盐化合物中的一种或多种。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的潜油泵铠装电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝合金导体拉丝、绞合；
S2、将绝缘层原料混炼挤出后包覆于铝合金导体上，得到绝缘导体，
S3、将护套层进行挤出包覆于绝缘导体后，将铠装层进行铠装。
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