CN115831462A - 无卤低烟耐温电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无卤低烟耐温电缆及其制备方法，无卤低烟耐温电缆包括由内到外依次设置的导体、隔离层、绝缘层和护套层，所述导体为柔性铜导体，所述绝缘层为耐温105℃的乙丙绝缘。本发明通过柔性铜导体，在提高了电缆的柔性的同时，使其具有优异的抗拉强度和断裂伸长率，利用耐温105℃的乙丙绝缘制成的绝缘层，使得电缆的耐高温性能优异，可满足风力发电场低温环境‑40℃和导体最高工作温度105℃的使用需求，且在导体与绝缘层之间设置隔离层，起到防止导体氧化并均化电场和绝缘浸胶的作用，采用特殊的绞合方式制成的导体提高了电缆的柔性，从而进一步提高电缆的机械性能和弯曲性能，以满足特殊使用环境的敷设要求。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种无卤低烟耐温电缆及其制备方法。
背景技术
近几年，国内风力发电行业竞争十分激烈，风机价格大幅降低。根据国家产业政策，目前已开设逐步取消风力发电的电价补贴，实行“风火同价”，这对于风机制造业来说，无疑是雪上加霜。大幅度降低风机制造成本，获取更高的性价比，提升市场竞争力是各大风力发电企业迫切需要解决的问题。
目前各大风机厂商普遍采用的是耐温90℃风机橡套软电缆，如将电缆的运行温度提高到105℃，则载流量也会随之提升，在电缆规格不变的情况下，提升传输功率15％～20％左右，达到降低电缆规格，节约设计成本的目的。
随着行业技术的发展，在电缆规格不变的情况下，为了电缆的提高传输功率，导体载流量提升，必然会释放更多的热量，电缆的工作温度更高，这就需要更耐高温、耐老化的绝缘材料。而常用的乙丙橡胶绝缘料的耐温等级为90℃，不能满足更高工作温度环境下的使用要求。
发明内容
本发明的主要目的在于：提供一种无卤低烟耐温电缆及其制备方法，旨在解决现有技术中由乙丙橡胶绝缘料制成的风力发电用电缆不能满足更高工作温度环境下的使用要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种无卤低烟耐温电缆，包括由内到外依次设置的导体、隔离层、绝缘层和护套层，所述导体为柔性铜导体，所述绝缘层为耐温105℃的乙丙绝缘。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述绝缘层主要包括以下组份和质量份数：乙丙橡胶30-90份，乙烯辛烯共聚物10-40份，氧化锌6-10份，硬脂酸0.5-1份，改性煅烧陶土70-100份，沉淀法白炭黑10-30份，偶联剂0.5-1.5份，纳米蒙脱土10-30份，滑石粉30-50份，十八烷基二甲基苄基氯化铵3-5份，58#全精炼石蜡5-8份，橡胶基石蜡油5-8份，防老剂0.8-2.5份，紫外线吸收剂0.3-0.8份，二氧化钛1-3份，硫酸钡1-3份，DCP2-4份，助硫化剂2-4份。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述导体包括单根第一导芯。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述导体包括多根横截面均呈圆形结构的第一单丝，多根所述第一单丝同向绞合形成横截面呈圆形结构的第二导芯。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述导体包括横截面呈圆形结构的单根第三导芯以及多根横截面均呈圆形结构的第二单丝，多根所述第二单丝沿所述第三导芯的外缘依次且紧密设置，以形成横截面呈圆形结构的第四导芯。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述导体包括横截面呈圆形结构的单根第五导芯以及多根横截面均呈圆形结构的第三单丝，多根所述第三单丝同向且紧密绞合于所述第五导芯的外缘，以形成横截面呈圆形结构的第六导芯。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述隔离层为耐高温复合无纺布。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆中，所述护套层为耐候性低烟无卤聚烯烃护套。
第二方面，本发明提供了一种无卤低烟耐温电缆的制备方法，用于制备如上述的无卤低烟耐温电缆，所述无卤低烟耐温电缆的制备方法包括如下步骤：
制作所述导体；
在所述导体外绕包覆耐高温复合无纺布，制成所述隔离层；
采用双层共挤工艺在所述隔离层的外围挤出形成所述绝缘层和所述护套层，制成所述无卤低烟耐温电缆。
可选地，上述无卤低烟耐温电缆的制备方法中，所述采用双层共挤工艺在所述隔离层的外围挤出形成所述绝缘层和所述护套层，制成所述无卤低烟耐温电缆的步骤包括：
在挤出温度为75℃～90℃，硫化温度为180℃，硫化气压为9bar，闷管气压为5bar的条件下，以9m/min的挤出速度在在所述隔离层的外围挤出形成所述绝缘层和所述护套层，制成所述无卤低烟耐温电缆。
本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
本发明提出的一种无卤低烟耐温电缆及其制备方法，通过柔性铜导体，在提高了电缆的柔性的同时，使其具有优异的抗拉强度和断裂伸长率，利用耐温105℃的乙丙绝缘制成的绝缘层，使得电缆的耐高温性能优异，可满足风力发电场低温环境-40℃和导体最高工作温度105℃的使用需求，且在导体与绝缘层之间设置隔离层，起到防止导体氧化并均化电场和绝缘浸胶的作用，护套层的耐候性能优异，降低了电损耗，采用特殊的绞合方式制成的导体提高了电缆的柔性，从而进一步提高电缆的机械性能和弯曲性能，以满足其特殊使用环境如风力发电用的露天钢架塔筒移动段或固定段的敷设要求。
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，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无卤低烟耐温电缆的结构示意图；
图2为本发明无卤低烟耐温电缆的制备方法的流程示意图；
图3为图2中步骤S300的细化流程示意图。
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 导体 | 200 | 隔离层 |
| 300 | 绝缘层 | 400 | 护套层 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，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的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。
需要说明，
在本发明实施例中，所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。
在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“组件”、“件”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是，是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面结合一些具体实施方式进一步阐述本发明的发明构思。
本发明提出一种无卤低烟耐温电缆及其制备方法。
参照图1，图1为本发明无卤低烟耐温电缆的结构示意图。
在本发明一实施例中，如图1所示，一种无卤低烟耐温电缆，包括由内到外依次设置的导体100、隔离层200、绝缘层300和护套层400。
本实施例中，导体100为柔性铜导体100，为在提高电缆的柔性的同时，并使其具有优异的抗拉强度和断裂伸长率，导体100的单丝抗张强度在110MPa～130MPa，单丝断裂伸长率20％～30％，导体100的组成及配比按质量百分比计为：铜含量99.95％～99.99％，含氧量不大于0.040％，其余为杂质。
可以理解的是，现市场上供应的乙丙绝缘基本都是耐温90℃，无法满足耐温105℃要求，因此需要对现有乙丙配方及电缆结构做出优化，满足105℃的应用场景需求，乙丙橡胶属于碳链饱和非极性橡胶，性能非常稳定，具有优异的耐臭氧老化性、良好的耐热老化性能、优秀的耐天候老化性、有卓越的耐水性以及优异的电绝缘性能，是橡套电缆绝缘料首选基材。
本实施例中，绝缘层300为耐温105℃的乙丙绝缘，耐高温性能优异，可满足风力发电场低温环境-40℃和导体100最高工作温度105℃使用需求。
本实施例中，导体100与绝缘层300之间设置隔离层200，起到防止导体100氧化，绝缘浸胶的作用，以满足其特殊使用环境如风力发电用的露天钢架塔筒移动段或固定段的敷设要求。
本实施例中，隔离层200为耐高温加强型无纺布，厚度为0.1mm，起到均化电场，防止导体100氧化，降低电损耗的作用。
本实施例中，绝缘层300的材料为105℃乙丙橡胶EPR绝缘料，厚度为2.60mm，可满足风力发电场低温环境-40℃和导体100最高工作温度105℃使用需求。
在一实施例中，绝缘层300主要包括以下组份和质量份数：乙丙橡胶30-90份，乙烯辛烯共聚物10-40份，氧化锌6-10份，硬脂酸0.5-1份，改性煅烧陶土70-100份，沉淀法白炭黑10-30份，偶联剂0.5-1.5份，纳米蒙脱土10-30份，滑石粉30-50份，十八烷基二甲基苄基氯化铵3-5份，58#全精炼石蜡5-8份，橡胶基石蜡油5-8份，防老剂0.8-2.5份，紫外线吸收剂0.3-0.8份，二氧化钛1-3份，硫酸钡1-3份，DCP2-4份，助硫化剂2-4份。
本发明的耐温105℃乙丙绝缘采用特殊的改良配方，通过采用结构相近的乙丙橡胶和乙烯辛烯共聚物均为高饱和性聚合物基材共混，两者配合提高耐高温老化性能，同时乙烯辛烯共聚物力学强度高，乙丙橡胶与其配合经过硫化具有高力学强度；改性煅烧陶土绝缘性能优异，与橡胶基材结合紧密，补强性能好，可赋予该材料优异的电绝缘性能和力学性能，同时对绝缘胶的耐老化性有益；纳米蒙脱土和十八烷基二甲基苄基氯化铵的配合，可使粉体材料与聚合物基材形成插层结构，相互间结合的更紧密，赋予材料优异的耐老化性能和力学性能；紫外线吸收剂、二氧化钛和硫酸钡的协同配合，可赋予材料优异的耐紫外线性能；高效防老剂的加入，及不同组分间的配合，共同赋予该材料优异的耐高温老化性能。
具体而言：
作为本发明涉及的绝缘层300的实施例1，绝缘层300主要包括以下组份和质量份数：乙丙橡胶80份，乙烯辛烯共聚物20份，氧化锌8份，硬脂酸0.8份，改性煅烧陶土90份，沉淀法白炭黑15份，偶联剂1.2份，钠基纳米蒙脱土20份，滑石粉40份，十八烷基二甲基苄基氯化铵4份，58#全精炼石蜡6.5份，橡胶基石蜡油8份，防老剂2份，紫外线吸收剂0.5份，二氧化钛2份，硫酸钡1份，DCP3份，助硫化剂4份。
作为本发明涉及的绝缘层300的实施例2，绝缘层300主要包括以下组份和质量份数：乙丙橡胶90份，乙烯辛烯共聚物15份，氧化锌6份，硬脂酸1份，改性煅烧陶土80份，沉淀法白炭黑10份，偶联剂0.5份，钙基纳米蒙脱土30份，滑石粉30份，十八烷基二甲基苄基氯化铵5份，58#全精炼石蜡8份，橡胶基石蜡油5份，防老剂1.5份，紫外线吸收剂0.5份，二氧化钛1份，硫酸钡2份，DCP4份，助硫化剂3份。
作为对比例，现有的铜芯风力发电电缆的结构由内而外依次设置的导体、绝缘层和护套层，导体采用圆形铜单丝绞合而成，绝缘层采用耐温90℃乙丙绝缘橡胶，护套采用无卤低烟聚烯烃护套。
以本发明涉及的绝缘层300的实施例1和本发明涉及的绝缘层300的实施例2为实验组，以对比例为对照组，研究由不同组份和质量份数制成的绝缘层300的抗张强度、断裂伸长率、抗张强度变化率、断裂伸长率变化率、20℃体积电阻率、介电强度、耐臭氧能力以及耐扭性能，结果如表1和表2所示。
表1：由不同组份和质量份数制成的绝缘层300的抗张强度、断裂伸长率、抗张强度变化率、断裂伸长率变化率、20℃体积电阻率、介电强度以及耐臭氧能力的结果：
表2：由不同组份和质量份数制成的绝缘层300的耐扭性能的结果：
由表1和表2可知，与对比例相比，本发明涉及的绝缘层300的实施例1和本发明涉及的绝缘层300的实施例2具有优异的力学性能：抗张强度≥10MPa，断裂伸长率≥400％，并具有优异的耐高温老化性能：经过150℃×7天热空气老化处理后，抗张强度变化率和断裂伸长率变化率均在±25％以内，还具有优异的电绝缘性能：体积电阻率≥1016Ω·cm，介电强度≥29kV/mm，且具有优异的耐扭转特性，常温耐扭10000次，低温-40℃耐扭2000次。
作为本发明的一种可选实施例，为简化导体100的制程，在满足使用需求的同时，提高导体100的生产效率，导体100包括单根第一导芯，由于导体100为柔性铜导体100，且导体100的单丝抗张强度在110MPa～130MPa，单丝断裂伸长率20％～30％，导体100的组成及配比按质量百分比计为：铜含量99.95～99.99％，含氧量不大于0.040％，其余为杂质，提高了电缆的柔性的同时，使其具有优异的抗拉强度和断裂伸长率。
作为本发明的另一种可选实施例，为简化导体100的制程，在满足使用需求的同时，提高导体100的生产效率，导体100包括多根横截面均呈圆形结构的第一单丝，多根第一单丝同向绞合形成横截面呈圆形结构的第二导芯。
作为本发明的再一种可选实施例，导体100包括横截面呈圆形结构的单根第三导芯以及多根横截面均呈圆形结构的第二单丝，多根第二单丝沿第三导芯的外缘依次且紧密设置，以形成横截面呈圆形结构的第四导芯。
具体而言，本实施例中的各第二单丝相互平行设置而非绞合关系，多根第二单丝仅是沿第三导芯的外缘依次且紧密设置，以形成横截面呈圆形结构的第四导芯，从而在提高电缆的机械性能和弯曲性能的同时，简化导体100的制程，提高生产效率。
作为本发明的又一种可选实施例，导体100包括横截面呈圆形结构的单根第五导芯以及多根横截面均呈圆形结构的第三单丝，多根第三单丝同向且紧密绞合于第五导芯的外缘，以形成横截面呈圆形结构的第六导芯。
具体而言，多根横截面均呈圆形结构的第三单丝均沿同一方向和顺序紧密绞合于第五导芯的外缘，以形成横截面呈圆形结构的第六导芯，采用特殊的绞合方式制成的导体100提高了电缆的柔性，从而进一步提高电缆的机械性能和弯曲性能，以满足其特殊使用环境如风力发电用的露天钢架塔筒移动段或固定段的敷设要求。
在一实施例中，隔离层200为耐高温复合无纺布。
具体而言，隔离层200为耐高温加强型无纺布，在束紧导体100的同时防止胶料渗入导体100。
在一实施例中，护套层400为耐候性低烟无卤聚烯烃护套。
具体而言，护套层400为耐候性低烟无卤阻燃EVA护套，使得护套层400具有更高的机械强度，与普通电缆标准的抗拉强度为10MPa相比，本实施例的抗拉强度可达12MPa及以上。
继续参照图1，并参照图2，图2为本发明无卤低烟耐温电缆的制备方法的流程示意图。
此外，基于同一发明构思，本发明还提出一种无卤低烟耐温电缆的制备方法，用于制备如上述的无卤低烟耐温电缆，如图1和图2所示，无卤低烟耐温电缆的制备方法包括如下步骤：
步骤S100：制作导体100，采用多根圆形单丝绞合形成圆形导芯，围绕圆形导芯依次绞合圆形单丝形成多个单丝层，将制作而成的导体100进行退火工艺处理；
步骤S200：在导体100外绕包覆耐高温复合无纺布，制成隔离层200，绕包搭盖率达20％；
步骤S300：使用连硫机设备，采用双层共挤工艺在隔离层200的外围挤出形成绝缘层300和护套层400，制成无卤低烟耐温电缆，该双层共挤工艺与传统绝缘层300和护套层400单层分别挤出工艺相比，该工艺可显著提高产品生产效率，提高绝缘层300纯净度，使产品具有优异的电性能，同时对导体100采用退火工艺，从而进一步优化了导体100的机械性能，使导体100具有更优的柔性，且本发明的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
本实施例中，该无卤低烟耐温电缆的具体结构参照上述实施例，由于本种无卤低烟耐温电缆的制备方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
继续参照图1和图2，并参照图3，图3为图2中步骤S300的细化流程示意图。
在一实施例中，如图1、图2和图3所示，采用双层共挤工艺在隔离层200的外围挤出形成绝缘层300和护套层400，制成无卤低烟耐温电缆的步骤包括：
步骤S310：在挤出温度为75℃～90℃，硫化温度为180℃，硫化气压为9bar，闷管气压为5bar的条件下，以9m/min的挤出速度在隔离层200的外围挤出12min形成绝缘层300和护套层400，制成无卤低烟耐温电缆。
综上，本发明通过柔性铜导体100，在提高了电缆的柔性的同时，使其具有优异的抗拉强度和断裂伸长率，利用耐温105℃的乙丙绝缘制成的绝缘层300，使得电缆的耐高温性能优异，可满足风力发电场低温环境40℃和导体100最高工作温度105℃的使用需求，且在导体100与绝缘层300之间设置隔离层200，起到防止导体100氧化并均化电场和绝缘浸胶的作用，护套层400采用耐候性低烟无卤阻燃EVA护套，耐候性能优异，降低了电损耗，在电缆制作工艺中，采用特殊的绞合方式制成的导体100提高了电缆的柔性，从而进一步提高电缆的机械性能和弯曲性能，以满足其特殊使用环境如风力发电用的露天钢架塔筒移动段或固定段的敷设要求。
需要说明，上述本发明实施例序号仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上实施例仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种无卤低烟耐温电缆，其特征在于，包括由内到外依次设置的导体、隔离层、绝缘层和护套层，所述导体为柔性铜导体，所述绝缘层为耐温105℃的乙丙绝缘。
2.如权利要求1所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述绝缘层主要包括以下组份和质量份数：乙丙橡胶30-90份，乙烯辛烯共聚物10-40份，氧化锌6-10份，硬脂酸0.5-1份，改性煅烧陶土70-100份，沉淀法白炭黑10-30份，偶联剂0.5-1.5份，纳米蒙脱土10-30份，滑石粉30-50份，十八烷基二甲基苄基氯化铵3-5份，58#全精炼石蜡5-8份，橡胶基石蜡油5-8份，防老剂0.8-2.5份，紫外线吸收剂0.3-0.8份，二氧化钛1-3份，硫酸钡1-3份，DCP2-4份，助硫化剂2-4份。
3.如权利要求1所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述导体包括单根第一导芯。
4.如权利要求1所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述导体包括多根横截面均呈圆形结构的第一单丝，多根所述第一单丝同向绞合形成横截面呈圆形结构的第二导芯。
5.如权利要求1所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述导体包括横截面呈圆形结构的单根第三导芯以及多根横截面均呈圆形结构的第二单丝，多根所述第二单丝沿所述第三导芯的外缘依次且紧密设置，以形成横截面呈圆形结构的第四导芯。
6.如权利要求1所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述导体包括横截面呈圆形结构的单根第五导芯以及多根横截面均呈圆形结构的第三单丝，多根所述第三单丝同向且紧密绞合于所述第五导芯的外缘，以形成横截面呈圆形结构的第六导芯。
7.如权利要求1至6任一项所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述隔离层为耐高温复合无纺布。
8.如权利要求1至6任一项所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述护套层为耐候性低烟无卤聚烯烃护套。
9.一种无卤低烟耐温电缆的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至8任一项所述的无卤低烟耐温电缆，所述无卤低烟耐温电缆的制备方法包括如下步骤：
制作所述导体；
在所述导体外绕包覆耐高温复合无纺布，制成所述隔离层；
采用双层共挤工艺在所述隔离层的外围挤出形成所述绝缘层和所述护套层，制成所述无卤低烟耐温电缆。
10.如权利要求9所述的无卤低烟耐温电缆，其特征在于，所述采用双层共挤工艺在所述隔离层的外围挤出形成所述绝缘层和所述护套层，制成所述无卤低烟耐温电缆的步骤包括：
在挤出温度为75℃～90℃，硫化温度为180℃，硫化气压为9bar，闷管气压为5bar的条件下，以9m/min的挤出速度在在所述隔离层的外围挤出形成所述绝缘层和所述护套层，制成所述无卤低烟耐温电缆。
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