CN113871089A - 一种复绞型铝合金电缆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复绞型铝合金电缆及其制备方法和应用。所述复绞型铝合金电缆沿径向由内到外依次包括导体、绝缘层和护套；所述导体由1个中心单元和6个外围单元左向绞合得到，所述中心单元位于外围单元中心；所述中心单元由1根钢丝绳和6根5类铝合金股线左向绞合得到，所述钢丝绳位于5类铝合金股线中心；所述外围单元由7根5类铝合金股线左向绞合得到；所述5类铝合金股线由30～40根铝合金单丝右向束丝绞合得到。本发明提供的复绞型铝合金电缆具有较好的抗扭特性以及较好的阻燃性能、耐盐雾特性和耐霉菌特性，适用作风力发电用电缆。

Description

一种复绞型铝合金电缆及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种复绞型铝合金电缆及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会和经济发展、人类环保意识增强，世界能源结构也在发生着巨大变化，人们对能源的利用由不可再生能源逐步向可再生能源发展，有太阳能、风能等新能源代替传统能源的趋势。其中，风能作为一种清洁的可再生能源，目前也是众多新能源中最具规模、技术最成熟、最有商业发展前景的发电模式，近几年受到了世界上许多国家的重视。由于发展海上风电，不占用陆上土地，而且海上风能资源丰富，适宜于大规模开发，因而海上风电已成为未来风电发展的必然趋势。
相对于陆上风电场，海上风机所处的海洋环境十分复杂和恶劣，承受着多种随时间和空间变化的随机荷载，包括风、海浪、海流、海冰和潮汐等，同时还受到地震作用的威胁。在如此恶劣的环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤、疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素都将导致海上风机结构构件和整体抗力的衰减，影响风机结构的运行安全度和耐久性。海上风力发电用电缆作为海上风力发电机组的传输电力的重要构件，也承受大部分风机所处恶劣环境的影响，严重影响产品的使用寿命。因此，海上风力发电用电缆引起了人们的广泛关注，同时越来越多的技术手段用于制备海上风力发电用电缆。
CN107033469A公开了一种5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，所述电缆包括铜导体、乙丙橡皮绝缘层和聚乙烯橡皮护套层，所述乙丙橡皮绝缘层包覆于铜导体的外表面，所述聚乙烯橡皮护套层包覆于乙丙橡皮绝缘层外表面，所述乙丙橡皮绝缘层由以下组分制备得到：三元乙丙橡胶Kep510、微晶蜡、石蜡油2280、三氧化二锑、钛白粉、白炭黑、氧化锌、纳米阻燃补强剂JP150、弹性体颗粒、粘合剂、过氧化二异丙苯DCP、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA。该技术方案提供的电缆具有较长的使用寿命，但其使用铜导体作为电缆芯，使得电缆的生产成本较高，不利于实际生产使用，且长期在海上使用时，易滋生霉菌，影响产品性能和美观。
CN110534244A公开了一种海上风力发电用耐寒耐腐阻燃阻水钪铝合金导体低压电缆，所述电缆包括电缆本体，电缆本体包括线芯和设置在线芯上的保护层，保护层从内至外依次包括阻水层、内护层、抗压层和外护套，线芯位于内护层表面上沿线芯长度方向等间距套设有橡胶气囊，橡胶气囊外表面等间距环设有硅胶管，抗压层侧壁对应橡胶气囊所在的位置处均等间距至少环设有十组气腔，每组气腔均由多个条形气室组成，每个条形气室与抗压层的内壁之间皆均匀设置有通气道，每个通气道与其所对应的硅胶管连接，线芯包括三根动力线芯和一根地线线芯。该技术方案制备得到的电缆虽然具有较好的耐寒性和阻燃性以及较好的耐磨抗压性能，但是其结构较复杂，长期在海上使用时，易滋生霉菌，影响产品性能和美观。
CN205451902U公开了一种耐超低温环保型风力发电用交联聚烯烃电缆，所述电缆包括：缆芯、绕包层、护套层；缆芯包括多根导线，每根导线包括导体、半导电层、绝缘层、屏蔽层，导体采用多股无氧铜丝编织而成，半导电层包覆在导体外部，绝缘层包覆在半导电层外部，绝缘层采用交联聚烯烃绝缘材料制成，屏蔽层包覆在绝缘层外部，屏蔽层采用铜带纵包而成，多根导线绞合形成缆芯；绕包层包覆在缆芯外部，护套层包覆在绕包层外部，护套层采用聚烯烃护套料挤包而成。该技术方案提供的电缆结构复杂，且使用铜丝作为导体，使其生产成本较高，同时长期在海上使用时，易滋生霉菌，影响产品性能和美观。
随着铜价的不断攀升，以铝代替铜是电线电缆发展的必然趋势，但是现有技术中，铝合金单丝作为缆芯时，在电缆扭转过程中易发生断丝的现象。因此，如何解决铝合金单丝在电缆扭转过程中易断丝这一问题，并提供一种具有较好耐盐雾性、耐霉菌的电缆，使其适用作风力发电电缆，已成为人们亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复绞型铝合金电缆及其制备方法和应用。本发明通过对复绞型铝合金电缆导体结构的设计，进一步采用右向绞合的方法得到5类铝合金股线，左向绞合的方法得到中心单元和外围单元，左向绞合的方法将中心单元和外围单元进行绞合得到复绞型铝合金电缆导体，通过两种相反的绞合方法可有效降低铝合金导体的水平扭转受力；同时通过中心单元中钢丝绳的设计，可降低铝合金导体的垂直受力，进而制备得到具有较好的抗扭特性的复绞型铝合金电缆。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种复绞型铝合金电缆，所述复绞型铝合金电缆沿径向由内到外依次包括导体、绝缘层和护套；
所述导体由1个中心单元和6个外围单元左向绞合得到，所述中心单元位于外围单元中心；
所述中心单元由1根钢丝绳和6根5类铝合金股线左向绞合得到，所述钢丝绳位于5类铝合金股线中心；
所述外围单元由7根5类铝合金股线左向绞合得到；
所述5类铝合金股线由30～40根铝合金单丝右向束丝绞合得到。
本发明中通过对复绞型铝合金电缆导体结构的设计，进一步采用右向绞合的方法得到5类铝合金股线，左向绞合的方法得到中心单元和外围单元，左向绞合的方法将中心单元和外围单元进行绞合得到复绞型铝合金电缆导体，通过两种相反的绞合方法可有效降低铝合金导体的水平扭转受力；同时通过中心单元中钢丝绳的设计，可降低铝合金导体的垂直受力，进而制备得到具有较好的抗扭特性的复绞型铝合金电缆。
本发明中，所述5类铝合金股线由30～40根铝合金单丝右向束丝绞合得到，例如可以是30根、31根、32根、33根、34根、35根、36根、37根、38根、39根或40根。
需要说明的是，本发明中导体、中心单元和外围单元均采用1+6的绞合结构进行绞合。
以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。
作为本发明的优选技术方案，所述铝合金单丝的直径为0.30～0.51mm，例如可以是0.30mm、0.32mm、0.34mm、0.38mm、0.40mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm或0.51mm等。
优选地，所述铝合金单丝中硅元素的质量百分含量为0.03～0.15％(例如可以是0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％或0.15％等)，铁元素的质量百分含量为0.40～1.00％(例如可以是0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1.00％等)，锌元素的质量百分含量≤0.10％(例如可以是0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.10％)。
优选地，所述5类铝合金股线的节径比倍数为16～18倍，例如可以是16倍、16.2倍、16.5倍、16.7倍、17倍、17.3倍、17.5倍、17.8倍或18倍等。
优选地，所述钢丝绳的直径为3.0～4.0mm，例如可以是3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.3mm或4.0mm等。
优选地，所述中心单元的节径比倍数为14～16倍，例如可以是14倍、14.2倍、14.5倍、14.7倍、15倍、15.3倍、15.5倍、15.8倍或16倍等。
优选地，所述外围单元的节径比倍数为14～16倍，例如可以是14倍、14.2倍、14.5倍、14.7倍、15倍、15.3倍、15.5倍、15.8倍或16倍等。
优选地，所述导体的节径比倍数为12～14倍，例如可以是12倍、12.2倍、12.5倍、12.7倍、13倍、13.3倍、13.5倍、13.8倍或14倍等。
作为本发明的优选技术方案，所述绝缘层的厚度为2.0～3.0mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.3mm或3.0mm等。
优选地，所述护套的厚度为2.0～4.0mm，例如可以是2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3.0mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm或4.0mm等。
作为本发明的优选技术方案，所述绝缘层由绝缘层材料制备得到；
所述绝缘层材料包括如下重量份数的原料组分：
三元乙丙橡胶45～55份、滑石粉20～30份、改性煅烧高岭土20～30份、白炭黑3～7份、橡胶石蜡油3～7份、纳米氧化锌2～4份、微晶蜡2～4份、钛白粉2～4份、硫化剂1～3份、防老剂RD 0.7～1份和防老剂MB 0.8～1.2份。
本发明中，通过对绝缘层材料原料组分的设计，进一步通过防老剂RD和防老剂MB的协同增效作用，制备得到的复绞型铝合金电缆具有较好的抗老性。
本发明中，所述三元乙丙橡胶的重量份数可以是45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份或55份等。
所述滑石粉的重量份数可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份等。
所述改性煅烧高岭土的重量份数可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份等。
所述白炭黑的重量份数可以是3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份或7份等。
所述橡胶石蜡油的重量份数可以是3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份或7份等。
所述纳米氧化锌的重量份数可以是2份、2.2份、2.5份、2.7份、3份、3.3份、3.5份、3.8份或4份等。
所述微晶蜡的重量份数可以是2份、2.2份、2.5份、2.7份、3份、3.3份、3.5份、3.8份或4份等。
所述钛白粉的重量份数可以是2份、2.2份、2.5份、2.7份、3份、3.3份、3.5份、3.8份或4份等。
所述硫化剂的重量份数可以是1份、1.2份、1.5份、1.7份、2份、2.3份、2.5份、2.8份或3份等。
所述防老剂RD的重量份数可以是0.7份、0.75份、0.8份、0.85份、0.9份、0.95份或1份等。
所述防老剂MB的重量份数可以是0.8份、0.85份、0.9份、0.95份、1份、10.5份、1.1份、1.15份或1.2份等。
作为本发明的优选技术方案，所述硫化剂选自过氧化二异丙苯和/或硫化剂BIBP。
优选地，所述绝缘层材料的原料组分中还包括助硫化剂0.8～1.5份，例如可以是0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等。
优选地，所述助硫化剂选三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或交联剂TAC中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述绝缘层材料的原料组分中还包括硬脂酸0.4～0.7份，例如可以是0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份或0.7份等。
优选地，所述绝缘层材料的原料组分中还包括偶联剂0.3～0.8份，例如可以是0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份或0.8份等。
优选地，所述偶联剂选自乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和/或乙烯基三甲氧基硅烷。
本发明对于绝缘层材料的制备方法不做任何特殊的限定，示例性地可以包括如下步骤：
(1)在105～115℃下，将三元乙丙橡胶在密炼机中混料1～2min，得到混炼后的三元乙丙橡胶；
(2)在105～115℃下，将步骤(1)得到的混炼后的三元乙丙橡胶与滑石粉、改性煅烧高岭土、白炭黑、纳米氧化锌、微晶蜡、钛白粉、橡胶石蜡油、防老剂RD、防老剂MB以及任选的硬脂酸和偶联剂混炼4～5min，得到混合物；
(3)在105～115℃下，将步骤(2)得到的混合物和硫化剂以及任选的助硫化剂混炼0.5～1min，得到混炼胶料；
(4)将步骤(3)得到的混炼胶料在660开炼机上薄通1～2次，并摆胶4～6次后，将其输入滤橡机，经40+60+40目滤橡处理后，在550开炼机上翻胶2～3次后打卷，最后在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，得到所述绝缘层材料。
作为本发明的优选技术方案，所述护套由护套材料制备得到；
所述护套材料包括如下重量份数的原料组分：
氯化聚乙烯45～55份、POE 8～12份、改性高岭土15～25份、白炭黑8～12份、炭黑2～3份、轻质氧化镁5～10份、钙锌稳定剂3～5份、阻燃剂7～10份、防霉剂4～6份、红丹1～3份、氯化石蜡3～5份、耐寒增塑剂5～7份、三氯乙基磷酸酯5～7份和硫化剂1～3份。
本发明中通过防霉剂的使用并控制防霉剂的重量份数在特定的范围内，制备得到的护套材料具有较好的耐霉菌特性。若防霉剂的重量份数过小，则制备得到的护套材料的耐霉菌效果较差；若防霉剂的重量份数过大，则制备得到的护套材料的机械性能较差。
本发明中，采用三氯乙基磷酸酯作为阻燃增塑剂并控制其重量份数在特定的范围内，制备得到的护套材料具有较好的阻燃性和优异的力学性能。若三氯乙基磷酸酯的重量份数过大，则制备得到的护套材料的阻燃性较差；若三氯乙基磷酸酯的重量份数过小，则制备得到的护套材料的力学性能较差。
需要说明的是，本发明中POE为聚乙烯辛烯共弹性体。
本发明中，所述氯化聚乙烯的重量份数可以是45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份或55份等。
所述POE的重量份数可以是8份、8.5份、9份、9.5份、10份、10.5份、11份、11.5份或12份等。
所述改性高岭土的重量份数可以是15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份或25份等。
所述白炭黑的重量份数可以是8份、8.5份、9份、9.5份、10份、10.5份、11份、11.5份或12份等。
所述炭黑的重量份数可以是2份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份或3份等。
所述轻质氧化镁的重量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份等。
所述钙锌稳定剂的重量份数可以是3份、3.3份、3.6份、3.9份、4.2份、4.4份、4.6份、4.8份或5份等。
所述阻燃剂的重量份数可以是7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。
所述防霉剂的重量份数可以是4份、4.2份、4.4份、4.6份、4.8份、5份、5.2份、5.4份、5.6份、5.8份或6份等。
所述红丹的重量份数可以是1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份、2.2份、2.4份、2.6份、2.8份或3份等。
所述氯化石蜡的重量份数可以是3份、3.2份、3.4份、3.6份、3.8份、4份、4.2份、4.4份、4.6份、4.8份或5份等。
所述耐寒增塑剂的重量份数可以是5份、5.2份、5.4份、5.6份、5.8份、6份、6.2份、6.4份、6.6份、6.8份或7份等。
所述三氯乙基磷酸酯的重量份数可以是5份、5.2份、5.4份、5.6份、5.8份、6份、6.2份、6.4份、6.6份、6.8份或7份等。
所述硫化剂的重量份数可以是1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份、2.2份、2.4份、2.6份、2.8份或3份等。
作为本发明的优选技术方案，所述阻燃剂为硅酸盐阻燃剂。
优选地，所述防霉剂为双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)。
优选地，所述耐寒增塑剂为增塑剂DOS。
优选地，所述硫化剂选自过氧化二异丙苯和/或硫化剂BIBP。
优选地，所述护套材料的原料组分中还包括助硫化剂0.8～1.2份，例如可以是0.8份、0.9份、1.0份、1.1份或1.2份等。
优选地，所述助硫化剂选自三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或交联剂TAC中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述护套材料的原料组分中还包括防老剂0.3～0.7份，例如可以是0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份或0.7份等。
优选地，所述防老剂选自防老剂RD和/或防老剂MB。
优选地，所述护套材料的原料组分中还包括偶联剂0.3～0.7份，例如可以是0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份或0.7份等。
优选地，所述偶联剂选自偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本发明对于护套材料的制备方法不做任何特殊的限定，示例性的可以包括如下步骤：
(A)在105～115℃下，将氯化聚乙烯和POE在密炼机中混炼1～2min，得到混炼物A；
(B)在105～115℃下，将步骤(A)得到的混炼物A与改性高岭土、白炭黑、炭黑、轻质氧化镁、钙锌稳定剂、阻燃剂、防霉剂、红丹、氯化石蜡、耐寒增塑剂、阻燃增塑剂以及任选的防老剂、偶联剂混炼4～5min，得到混炼物B；
(C)在105～115℃下，将步骤(B)得到的混炼物B与硫化剂以及任选的助硫化剂混炼0.5～1min，得到混炼胶料；
(D)将步骤(C)得到的混炼胶料在660开炼机上薄通1～2次，并摆胶4～6次后，将其输入550开炼机上翻胶2～3次后，在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，得到所述护套材料。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的复绞型铝合金电缆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在导体外表面挤出绝缘层后，在绝缘层外表面挤出护套，得到所述复绞型铝合金电缆。
作为本发明的优选技术方案，所述挤出的方法为经挤压机挤压成型。
需要说明的是，本发明中在导体外表面挤出绝缘层和在绝缘层外表面挤出护套的基础方法均为经挤压机挤压成型。
优选地，所述挤压机加料口的温度为45～55℃，例如可以是45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃或55℃等。
优选地，所述挤压机机头的工作温度为75～85℃，例如可以是75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃等。
优选地，所述挤压机机身包括连接的第一区和第二区。
优选地，所述第一区的工作温度为65～75℃(例如可以是65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃或75℃等)，第二区的工作温度为75～85℃(例如可以是75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃等)。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的复绞型铝合金电缆风力发电中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对复绞型铝合金电缆导体结构的设计，进一步采用右向绞合的方法得到5类铝合金股线，左向绞合的方法得到中心单元和外围单元，左向绞合的方法将中心单元和外围单元进行绞合得到复绞型铝合金电缆导体，通过两种相反的绞合方法可有效降低铝合金导体的水平扭转受力；同时通过中心单元中钢丝绳的设计，可降低铝合金导体的垂直受力，进而制备得到不易断丝且柔软的复绞型铝合金电缆，经常温抗扭特性测试和低温抗扭特性测试后，导体中的铝合金单丝均无断丝现象；
(2)本发明通过对绝缘层材料和护套材料的设计，制备得到的复绞型铝合金电缆环境最低适应温度为-40℃，最高工作温度为90℃，其既具有较好的阻燃性能，可通过单根垂直燃烧测试，又具有较好的耐盐雾特性，能通过耐盐雾测试，同时具有较好的耐霉菌特性，其耐霉菌效果可达到0级。
附图说明
图1是本发明实施例提供的复绞型铝合金电缆的结构示意图；
其中，1-中心单元，11-钢丝绳，12-5类铝合金股线，2-外围单元，3-绝缘层，4-护套。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
需要说明的是，下述实施例和对比例中各原料组分均为市售商品，其中部分组分来源如下所述：
铝合金单丝：江苏国嘉导体技术科技有限公司；
钢丝绳：江阴佳华绳索有限公司；
三元乙丙橡胶：KEP210，韩国锦湖株式会社；
滑石粉：1250目，深圳市联合鑫科技有限公司；
氯化聚乙烯：CM135B，山东日科橡塑科技有限公司；
POE：DF640，三井集团；
氯化石蜡：52#，上海厚皇化工贸易有限公司；
硅酸盐阻燃剂：GZRY，杭州陇上化工有限公司。
实施例1
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，其结构示意图如图1所示，所述复绞型铝合金电缆沿径向由内到外依次包括导体、绝缘层和护套；
所述导体由1个中心单元和6个外围单元左向绞合得到，所述中心单元位于外围单元中心；
所述中心单元由1根钢丝绳和6根5类铝合金股线左向绞合得到，所述钢丝绳位于5类铝合金股线中心；
所述外围单元由7根5类铝合金股线左向绞合得到；
所述5类铝合金股线由35根铝合金单丝右向束丝绞合得到；
所述铝合金单丝的直径为0.40mm，钢丝绳的直径为2.5mm；
所述5类铝合金股线的节径比倍数为16倍，中心单元的节径比倍数为15倍，外围单元的节径比倍数为15倍，导体的节径比倍数为12倍；
所述绝缘层的厚度为2.5mm，护套的厚度为3.0mm；
其中，所述绝缘层由绝缘层材料制备得到，绝缘层材料包括如下重量份数的原料组分：
三元乙丙橡胶50份、滑石粉25份、改性煅烧高岭土25份、白炭黑5份、橡胶石蜡油5份、纳米氧化锌3份、微晶蜡3份、钛白粉3份、过氧化二异丙苯2份、防老剂RD 0.8份、防老剂MB 1份、三烯丙基异三聚氰酸酯1.2份、硬脂酸0.5份和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.4份；
上述绝缘层材料的制备方法如下：
(1)在110℃下，将三元乙丙橡胶在密炼机中混料1.5min，得到混炼后的三元乙丙橡胶；
(2)在110℃下，将步骤(1)得到的混炼后的三元乙丙橡胶与滑石粉、改性煅烧高岭土、白炭黑、纳米氧化锌、微晶蜡、钛白粉、橡胶石蜡油、防老剂RD、防老剂MB、硬脂酸和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷混炼5min，得到混合物；
(3)在110℃下，将步骤(2)得到的混合物和过氧化二异丙苯以及三烯丙基异三聚氰酸酯混炼1min，得到混炼胶料；
(4)将步骤(3)得到的混炼胶料在660开炼机上薄通2次，并摆胶6次后，将其输入滤橡机，经40+60+40目滤橡处理后，在550开炼机上翻胶3次后打卷，最后在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，得到所述绝缘层材料。
所述护套由护套材料制备得到，所述护套材料包括如下重量份数的原料组分：
氯化聚乙烯50份、POE 10份、改性高岭土20份、白炭黑10份、炭黑2.5份、轻质氧化镁7份、钙锌稳定剂4份、硅酸盐阻燃剂8.5份、双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)5份、红丹2份、氯化石蜡4份、增塑剂DOS 5.5份、三氯乙基磷酸酯5.5份、过氧化二异丙苯2份、三烯丙基异三聚氰酸酯1份、防老剂RD 0.5份和γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5份。
上述复绞型铝合金电缆的制备方法如下：
(A)在112℃下，将氯化聚乙烯和POE在密炼机中混炼2min，得到混炼物A；
(B)在112℃下，将步骤(A)得到的混炼物A与改性高岭土、白炭黑、炭黑、轻质氧化镁、钙锌稳定剂、硅酸盐阻燃剂、双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)、红丹、氯化石蜡、增塑剂DOS、三氯乙基磷酸酯、防老剂RD和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混炼4min，得到混炼物B；
(C)在112℃下，将步骤(B)得到的混炼物B与过氧化二异丙苯、三烯丙基异三聚氰酸酯混炼1min，得到混炼胶料；
(D)将步骤(C)得到的混炼胶料在660开炼机上薄通2次，并摆胶4次后，将其输入550开炼机上翻胶2次后，在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，得到所述护套材料。
上述复绞型铝合金电缆的制备方法如下：
使用挤压机，在导体外表面挤出绝缘层后，在绝缘层外表面挤出护套，得到所述复绞型铝合金电缆；
其中，挤出绝缘层时，挤出机加料口的温度为50℃，机头的工作温度为80℃，挤压机机身包括连接的第一区和第二区，第一区的工作温度为70℃，第二区的工作温度为80℃；
挤出护套时，挤出机加料口的温度为55℃，机头的工作温度为85℃，挤压机机身包括依次连接的第一区和第二区，第一区的工作温度为75℃，第二区的工作温度为85℃。
实施例2
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于：
所述5类铝合金股线由30根铝合金单丝左向束丝绞合得到；
所述铝合金单丝的直径为0.51mm，钢丝绳的直径为3.0mm；
所述5类铝合金股线的节径比倍数为18倍，中心单元的节径比倍数为14倍，外围单元的节径比倍数为14倍，导体的节径比倍数为14倍；
所述绝缘层的厚度为2.0mm，护套的厚度为2.0mm；
绝缘层材料包括如下重量份数的原料组分：
三元乙丙橡胶45份、滑石粉20份、改性煅烧高岭土20份、白炭黑3份、橡胶石蜡油3份、纳米氧化锌4份、微晶蜡4份、钛白粉4份、硫化剂BIBP 3份、防老剂RD 0.7份、防老剂MB0.8份、三烯丙基异三聚氰酸酯1.5份、硬脂酸0.7份和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8份；
所述护套材料包括如下重量份数的原料组分：
氯化聚乙烯55份、POE 12份、改性高岭土25份、白炭黑12份、炭黑3份、轻质氧化镁10份、钙锌稳定剂3份、硅酸盐阻燃剂7份、双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)4份、红丹3份、氯化石蜡3份、增塑剂DOS 7份、三氯乙基磷酸酯5份、硫化剂BIBP 3份、三烯丙基异三聚氰酸酯1.2份、防老剂RD 0.7份和γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.3份；
其他条件与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于：
所述5类铝合金股线由40根铝合金单丝左向束丝绞合得到；
所述铝合金单丝的直径为0.30mm，钢丝绳的直径为4.0mm；
所述5类铝合金股线的节径比倍数为17倍，中心单元的节径比倍数为16倍，外围单元的节径比倍数为16倍，导体的节径比倍数为13倍；
所述绝缘层的厚度为3.0mm，护套的厚度为4.0mm；
绝缘层材料包括如下重量份数的原料组分：
三元乙丙橡胶55份、滑石粉30份、改性煅烧高岭土30份、白炭黑7份、橡胶石蜡油7份、纳米氧化锌2份、微晶蜡2份、钛白粉2份、过氧化二异丙苯1份、防老剂RD 1份、防老剂MB1.2份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.8份、硬脂酸0.4份和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.3份；
所述护套材料包括如下重量份数的原料组分：
氯化聚乙烯45份、POE 8份、改性高岭土15份、白炭黑8份、炭黑2份、轻质氧化镁5份、钙锌稳定剂5份、硅酸盐阻燃剂10份、双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)6份、红丹1份、氯化石蜡5份、增塑剂DOS 5份、三氯乙基磷酸酯7份、过氧化二异丙苯1份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.8份、防老剂MB 0.3份和γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.7份；
其他条件与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述绝缘层材料的原料组分中不含防老剂MB，防老剂RD的重量份数为1.8份，其他条件与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述绝缘层材料的原料组分中不含防老剂RD，防老剂MB的重量份数为1.8份，其他条件与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述护套材料的原料组分中双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)的重量份数为4份，其他条件与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述护套材料的原料组分中双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)的重量份数为6份，其他条件与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述护套材料的原料组分中双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)的重量份数为3份，其他条件与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述护套材料的原料组分中双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)的重量份数为8份，其他条件与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，将护套材料的原料组分中的三氯乙基磷酸酯的重量份数为5份，其他条件与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，将护套材料的原料组分中的三氯乙基磷酸酯的重量份数为7份，其他条件与实施例1相同。
实施例12
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，将护套材料的原料组分中的三氯乙基磷酸酯的重量份数为3份，其他条件与实施例1相同。
实施例13
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，将护套材料的原料组分中的三氯乙基磷酸酯的重量份数为9份，其他条件与实施例1相同。
实施例14
本实施例提供一种复绞型铝合金电缆，与实施例1的区别在于，将护套材料的原料组分中的三氯乙基磷酸酯替换为偏苯三酸三辛酯，其他条件与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种铝合金电缆，与实施例1的区别在于，所述5类铝合金股线由35根铝合金单丝左向束丝绞合得到，其他条件与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种铝合金电缆，与实施例1的区别仅在于，所述中心单元和外围单元均由7根5类铝合金股线左向绞合得到；其他条件与实施例1相同。
对上述实施例和对比例提供的铝合金电缆的性能进行测试，测试方法如下所述：
阻燃性：GB/T 18380-2008；
力学性能：GB/T 29631-2013；
抗老化性能：GB/T 29631-2013；
常温抗扭特性：在25℃下，按照GB/T 29631-2013标准，进行扭转实验，其中扭转角度为120°/m，试验周期为10000次，观察经常温抗扭特性测试后的铝合金电缆表面有裂纹和是否产生扭曲现象，并观察导体中的铝合金单丝是否发生断丝，同时在6.5kV/5min的条件下，进行击穿实验，若铝合金电缆表面无裂纹、不扭曲，且导体中铝合金单丝无断丝现象产生，同时扭转后耐压不击穿，则记为合格。
低温抗扭特性：在-40℃下，按照GB/T 29631-2013标准，进行扭转实验，其中扭转角度为120°/m，试验周期为2000次，观察经常温抗扭特性测试后的铝合金电缆表面有裂纹和是否产生扭曲现象，并观察导体中的铝合金单丝是否发生断丝，同时在6.5kV/5min的条件下，进行击穿实验，若铝合金电缆表面无裂纹、不扭曲，且导体中铝合金单丝无断丝现象产生，同时扭转后耐压不击穿，则记为合格；
耐盐雾性：按照GB/T 2423.17-2008标准进行耐盐雾习惯测试，其中，试验时间为336h，若盐雾试验前后，绝缘层和护套的抗张强度变化率和断裂伸长率变化率均不超过±30％，则记为合格；
耐霉菌性：GJB 150.10A。
上述实施例和对比例提供的铝合金电缆性能的测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0003324188390000201
Figure BDA0003324188390000211
由表1可知，本发明通过对复绞型铝合金电缆单体结构的设计，并通过中心单元中钢丝绳的设计，制备得到的复绞型铝合金电缆经常温抗扭特性测试和低温抗扭特性测试后，导体中的铝合金单丝均无断丝现象；同时本发明通过对绝缘层材料和护套材料的设计，制备得到的复绞型铝合金电缆既具有较好的阻燃性能，可通过单根垂直燃烧测试，又具有较好的耐盐雾特性，能通过耐盐雾测试，同时具有较好的耐霉菌特性，其耐霉菌效果可达到0级。
与实施例1相比，若绝缘层材料的原料组分中仅选用防老剂RD(实施例4)或仅选用防老剂MB(实施例5)作为防老剂，制备得到的复绞型铝合金电缆的抗老化效果较差。由此可知，本发明中通过防老剂RD和防老剂MB的协同增效作用，可制备得到具有较好的抗老化性能的复绞型铝合金电缆。
与实施例1相比，若护套材料的原料组分中防霉剂的含量过少(实施例8)，则制备得到的复绞型铝合金电缆的耐霉菌效果较差；若护套材料的原料组分中防霉剂的含量过多(实施例9)，则制备复绞型铝合金电缆的力学性能和抗老化性能均较差，且成本较高，不利于实际生产。
与实施例1相比，若护套材料的原料组分中三氯乙基磷酸酯的含量过少(实施例12)，则制备得到的护套的力学性能较差；若护套材料的原料组分中三氯乙基磷酸酯的含量过多(实施例13)，则制备得到的护套的阻燃性较差，不能通过单根垂直阻燃测试，且其力学性能和耐霉菌效果均较差；若将护套材料的原料组分中阻燃增塑剂三氯乙基磷酸酯替换为其他增塑剂(实施例14)，则制备得到的复绞型铝合金电缆的阻燃性能较差。
与实施例1相比，若5类铝合金股线的绞合方向与中心单元及外围单元的绞合方向相同(对比例1)，则制备得到的复绞型铝合金电缆的抗扭特性较差，不能通过常温抗扭特性测试和低温抗扭特性测试；若中心单元中未设置钢丝绳(对比例2)，则制备得到的复绞型铝合金电缆的抗扭特性也较差。
综上所述，本发明通过对复绞型铝合金电缆导体结构的设计，并通过中心单元中钢丝绳的设计，制备得到的复绞型铝合金电缆的抗扭特性较好，导体中的铝合金单丝均无断丝现象；同时本发明通过对绝缘层材料和护套材料的设计，制备得到的复绞型铝合金电缆具有较好的阻燃性能、耐盐雾特性和耐霉菌特性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征和详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细结构特征和详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征和详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，以及对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述复绞型铝合金电缆沿径向由内到外依次包括导体、绝缘层和护套；
所述导体由1个中心单元和6个外围单元左向绞合得到，所述中心单元位于外围单元中心；
所述中心单元由1根钢丝绳和6根5类铝合金股线左向绞合得到，所述钢丝绳位于5类铝合金股线中心；
所述外围单元由7根5类铝合金股线左向绞合得到；
所述5类铝合金股线由30～40根铝合金单丝右向束丝绞合得到。
2.根据权利要求1所述的复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述铝合金单丝的直径为0.30～0.51mm；
优选地，所述铝合金单丝中硅元素的质量百分含量为0.03～0.15％，铁元素的质量百分含量为0.40～1.00％，锌元素的质量百分含量≤0.10％；
优选地，所述5类铝合金股线的节径比倍数为16～18倍；
优选地，所述钢丝绳的直径为3.0～4.0mm；
优选地，所述中心单元的节径比倍数为14～16倍；
优选地，所述外围单元的节径比倍数为14～16倍；
优选地，所述导体的节径比倍数为12～14倍。
3.根据权利要求1或2所述的复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述绝缘层的厚度为2.0～3.0mm；
优选地，所述护套的厚度为2.0～4.0mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述绝缘层由绝缘层材料制备得到；
所述绝缘层材料包括如下重量份数的原料组分：
三元乙丙橡胶45～55份、滑石粉20～30份、改性煅烧高岭土20～30份、白炭黑3～7份、橡胶石蜡油3～7份、纳米氧化锌2～4份、微晶蜡2～4份、钛白粉2～4份、硫化剂1～3份防老剂RD 0.7～1份和防老剂MB 0.8～1.2份。
5.根据权利要求4所述的复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述硫化剂选自过氧化二异丙苯和/或硫化剂BIBP；
优选地，所述绝缘层材料的原料组分中还包括助硫化剂0.8～1.5份；
优选地，所述助硫化剂选自三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或交联剂TAC中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述绝缘层材料的原料组分中还包括硬脂酸0.4～0.7份；
优选地，所述绝缘层材料的原料组分中还包括偶联剂0.3～0.8份；
优选地，所述偶联剂选自乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和/或乙烯基三甲氧基硅烷。
6.根据权利要求1-3任一项所述的复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述护套由护套材料制备得到；
所述护套材料包括如下重量份数的原料组分：
氯化聚乙烯45～55份、POE 8～12份、改性高岭土15～25份、白炭黑8～12份、炭黑2～3份、轻质氧化镁5～10份、钙锌稳定剂3～5份、阻燃剂7～10份、防霉剂4～6份、红丹1～3份、氯化石蜡3～5份、耐寒增塑剂5～7份、三氯乙基磷酸酯5～7份和硫化剂1～3份。
7.根据权利要求6所述的复绞型铝合金电缆，其特征在于，所述阻燃剂为硅酸盐阻燃剂；
优选地，所述防霉剂为双氯酚(2.2′-二羟基-5.5′-二氯代二苯基甲烷)；
优选地，所述耐寒增塑剂为增塑剂DOS；
优选地，所述硫化剂选自过氧化二异丙苯和/或硫化剂BIBP；
优选地，所述护套材料的原料组分中还包括助硫化剂0.8～1.2份；
优选地，所述助硫化剂选自三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或交联剂TAC中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述护套材料的原料组分中还包括防老剂0.3～0.7份；
优选地，所述防老剂选自防老剂RD和/或防老剂MB；
优选地，所述护套材料的原料组分中还包括偶联剂0.3～0.7份；
优选地，所述偶联剂选自偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的复绞型铝合金电缆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
在导体外表面挤出绝缘层后，在绝缘层外表面挤出护套，得到所述复绞型铝合金电缆。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述挤出的方法为经挤压机挤压成型；
优选地，所述挤压机加料口的温度为45～55℃；
优选地，所述挤压机机头的工作温度为75～85℃；
优选地，所述挤压机机身包括连接的第一区和第二区；
优选地，所述第一区的工作温度为65～75℃，第二区的工作温度为75～85℃。
10.一种如权利要求1-7任一项所述的复绞型铝合金电缆在风力发电中的应用。
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