CN115862969A

CN115862969A - 一种自然交联电缆制备工艺及电缆

Info

Publication number: CN115862969A
Application number: CN202211440291.7A
Authority: CN
Inventors: 何志勇; 王思远; 许剑宇
Original assignee: Guangzhou Cable Works Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Cable Works Co Ltd
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2023-03-28

Abstract

本公开涉及一种自然交联电缆制备工艺及电缆，自然交联电缆制备工艺包括：步骤一、获得导体；步骤二、取自然交联原料挤出包覆于所述导体外周制得待交联产物；步骤三、取所得待交联产物静置进行自然交联，自然交联完成后制得半成品电缆；步骤四、对步骤三获得的所述半成品电缆进行检验，检验合格品即为成品自然交联电缆；电缆采用上述的自然交联电缆制备工艺制备获得。本公开通过采用自然交联的工艺进行电缆的绝缘挤包，缩短生产周期，降低生产成本。

Description

一种自然交联电缆制备工艺及电缆

技术领域

本公开涉及电缆制备工艺技术领域，具体涉及一种自然交联电缆制备工艺。

背景技术

目前，电缆绝缘套的生产工艺，在绝缘料的制备上，一般有以下两种方式：

1、辐照交联，如专利CN112735707A公开了一种电缆绝缘套的生产工艺，包括将绝缘套原料加热混合、注入挤出机挤出成型、采用紫外光对绝缘套进行辐照、冷却成型等步骤；

2、蒸汽交联，如专利CN111508662B公开了一种硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的生产方法，其将基料和催化剂母料混合，经单螺杆挤出机挤出后，需要在温水浴或蒸汽中放置6～8小时。

上述两种生产工艺绝缘料的制备方法，分别有以下缺陷：

1、采用辐照交联方法制备绝缘料，在生产电缆时，需要经过以下步骤：

(1)、获得导体，(2)、在导体外周挤包熔融的绝缘料，(3)、将挤包绝缘料的导体进行辐照交联获得成品，(4)、成品检验、包装上盘；

在进行辐照交联时，一般需要采取委托加工的方式，委托拥有辐照设备的厂家进行辐照操作，这个过程中，会产生大量的费用，同时由于拥有辐照设备的厂家需要排期，因而无法保证生产周期的稳定性，这也就导致电缆工期无法由电缆厂家自己把控，多了很多不确定因素；

2、采用蒸汽交联制备绝缘料，在生产电缆时，需要经过以下步骤：

(1)、获得导体，(2)、在导体外周挤包熔融的绝缘料，(3)、将挤包绝缘料的导体进行蒸汽交联获得成品，(4)、成品检验、包装上盘；

在进行蒸汽交联时，需要先准备好蒸汽环境，以便电缆在挤包绝缘后能够及时进行蒸汽交联；虽然相比辐照交联，蒸汽交联的生产周期比较稳定，但是蒸汽交联所花费的时间也较长，进而使生产周期较长，同时会消耗大量能源，进而增加生产成本。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种自然交联电缆制备工艺。本公开可通过自然交联方式制备电缆，对电缆实际生产过程有重要的指导意义，有利于电缆的高效、节能生产。

本公开所述的一种自然交联电缆制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、获得导体；

步骤二、取自然交联原料挤出包覆于所述导体外周制得待交联产物；

步骤三、取所得待交联产物静置进行自然交联，自然交联完成后制得半成品电缆；

步骤四、对步骤三获得的所述半成品电缆进行检验，检验合格品即为成品自然交联电缆。

优选地，所述的步骤三中：所得待交联产物进行自然交联的温度为25～27℃。

优选地，所述的步骤二中，所述自然交联料原料包括按重量百分比计的如下组分：EVA20％，茂金属PE4％，POE6％，相容剂4.5％，氢氧化铝50％，氢氧化镁10％，抗铜剂0.2％，抗氧剂0.3％，硅烷2％，有机硅阻燃剂2％，润滑剂1％。

优选地，所述的步骤二中，使用压缩比为1.24的单螺杆挤出机进行挤出操作，所述挤出过程中沿自然交联原料的流动方向依次包括送料段、熔融段和挤出段；

其中，所述送料段的模内温度为115～125℃；所述熔融段的模内温度为125～135℃；所述挤出段的模内温度为135～140℃。

优选地，所述的送料段依次包括第一送料段和第二送料段，所述第一送料段的模内温度为115～120℃；所述第二送料段的模内温度为120～125℃。

优选地，所述的熔融段依次包括第一熔融段和第二熔融段，所述第一熔融段的模内温度为125～130℃；所述第二熔融段的模内温度为130～135℃。

优选地，所述的挤出段依次包括第一挤出段、第二挤出段和第三挤出段，所述第一挤出段的模内温度为135～137℃；所述第二挤出段的模内温度为137～140℃；所述第三挤出段的模内温度为137～140℃。

优选地，所述的自然交联原料在所述螺杆内的停留时间小于或等于10分钟。

优选地，所述的步骤二中，所述单螺杆挤出机的模芯模套参数满足：

α＝(π*D0²/4-π*D1²/4)/(π*(2*D3+D4)²/4-π*D4²/4)；

其中，D0表示模套直径，D1表示模芯直径，D3表示待制备电缆的绝缘厚度，D4表示待制备电缆的导体直径，α表示待制备电缆的拉伸比，满足2.4≤α≤2.8；

模芯直径D1与导体直径D4满足：

1.0mm≤D1-D4≤1.5mm。

本公开的一种电缆，采用如上所述的自然交联电缆制备工艺制备获得。

本公开所述的一种自然交联电缆制备工艺，其优点在于：

1.本公开采用自然交联工艺，将自然交联原料挤包在导体外周制得待交联产物，将待交联产物静置即可制得电缆，相较于辐照交联工艺和蒸汽交联工艺，无需进行额外加工工序，可简化加工工序，降低生产成本；

2.本公开通过实际试验确定适宜的自然交联温度区间，自然交联原料在该温度条件下可进行高效的自然交联，3天左右即可交联至稳定状态，且能满足电缆的相关参数标准，可根据气候条件选择合适的交联方式，也可将交联环境温度控制在适宜的自然交联温度区间内，对实际生产过程有重要的指导意义，有利于电缆的高效、节能生产；

3.本公开通过对自然交联原料的挤出温度、螺杆压缩比、拉伸比、材料停留时间等进行限定，可使自然交联原料顺畅地挤包在导体外周形成绝缘层，有利于挤包成型过程的进行，进而使得制得的成品自然交联电缆符合相关标准。

附图说明

图1是本公开所述一种自然交联电缆制备工艺制备阻燃耐火电缆的工艺流程图；

图2是本公开所述一种自然交联电缆制备工艺制备阻燃非耐火电缆的工艺流程图。

具体实施方式

本实施例的一种自然交联电缆制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、以铜杆为原料，进行拉丝、退火操作，获得导体；

步骤二、将自然交联原料按照配方的配比放入挤出机中，挤出机将自然交联原料进行预热并在螺杆内熔融，自然交联原料经熔融混合形成流体后再经过机筒和挤出机头，挤包在导体外周，制得待交联产物；

步骤四、对步骤三获得的半成品电缆进行检验，检验具体包括常规的外观检验、尺寸检验、电气检验等，检验合格品即为成品自然交联电缆。

进一步的，将流体挤出包覆于导体外周后，流体在自然条件下便能自发地发生交联，交联环境的温度对自然交联的速度及最终成品自然交联电缆的性能有重要影响，因此需探究不同环境温度条件下，待交联产物的交联参数及相关性能变化。

为了实现上述目的，设计以下三个实验例，三个实验例的样品均根据本公开所述的自然交联电缆制备工艺步骤进行制备，在不同环境温度的情况下自然静置15天，前七天测试样品的伸长率、抗拉强度、延伸率和永久变形，第9～15天，测试伸长率、抗拉强度并测试老化后的伸长率和老化后的抗拉强度，将伸长率和老化后伸长率、抗拉强度和老化后的抗拉强度对比计算出伸长率变化率和抗拉强度变化率，进而确定合适的自然交联温度范围。

实验例1

依次通过本公开所述的自然交联电缆制备工艺的步骤一、步骤二，制得待交联产物作为样品1，取样品1在温度为19～21℃的环境下放置15天，并在每天的早上8点对样品1做相关物理性能测试，获得对应的参数指标，试验结果如表1和表2所示；

实验例2

依次通过本公开所述的自然交联电缆制备工艺的步骤一、步骤二，制得待交联产物作为样品2，样品2的自然交联原料需与样品1完全相同，取样品2在温度为25～27℃的环境下放置15天，在每天的早上8点对样品2做相关物理性能测试，获得对应的参数指标，试验结果如表3和表4所示；

实验例3

依次通过本公开所述的自然交联电缆制备工艺的步骤一、步骤二，制得待交联产物作为样品3，样品3的自然交联原料需与样品1完全相同，取样品3在温度为31～33℃的环境下放置15天，在每天的早上8点对样品3做相关物理性能测试，获得对应的参数指标，试验结果如表5和表6所示；

表1.实验例1前七天性能测试数据

表2.实验例1第9到15天性能测试数据

表3.实验例2前七天性能测试数据

表4.实验例2第9到15天性能测试数据

表5.实验例3前7天性能测试数据

表6.实验例3第9到15天性能测试数据

根据表1和表2可知，当自然交联的环境温度为19～21℃时，样品1第1天的抗拉强度为9.2N/mm²，虽然符合标准，但是抗拉强度较低，从第7天开始，抗拉强度才趋于稳定，抗拉强度的平均值为13.6N/mm²，老化后的抗拉强度相较老化前的抗拉强度，有所提高，且抗拉强度变化率在合格区间内，老化后抗拉强度的平均值为16.9N/mm²；

在永久变形方面，样品1的永久变形在第1天是不合格的，第3天开始，永久变形在合格范围内，在第5天开始趋于稳定；

由于交联反应能够提升电缆绝缘层的抗拉强度，因此根据试验数据可以得知并综合上述分析，当自然交联的环境温度为19～21℃时，样品1的交联反应需要7天左右才能反应完全；当环境温度为19～21℃时，环境湿度为47％～50％；

根据表3和表4可知，当自然交联的环境温度为25～27℃温度时，样品2第1天的抗拉强度为12.5N/mm²，高于标准值，从第3天开始，抗拉强度趋于稳定，抗拉强度的平均值为13.7N/mm²，老化后的抗拉强度相较老化前的抗拉强度，有所提升，且抗拉强度变化率在合格区间内，老化后抗拉强度的平均值为16.9N/mm²；

在永久形变方面，样品2的永久形变一直处于合格范围内，在第4天有波动，第5天趋于稳定；

根据试验数据可以得知，当自然交联的环境温度为25～27℃温度时，样品2的交联反应大约需要3天反应完全；当环境温度为25～27℃时，环境湿度为58％～61％；

根据表5和表6可知，当自然交联的环境温度为31～33℃温度时，样品3第1天的抗拉强度为13.7N/mm²，高于标准值，从第5天开始，抗拉强度趋于稳定，抗拉强度的平均值13.8N/mm²，老化后的抗拉强度相较老化前的抗拉强度，有所提升，且抗拉强度变化率在合格区间内，老化后抗拉强度的平均值为16.7N/mm²；

在永久形变方面，样品3的永久形变一直处于合格范围内，且最大永久形变量为10％，并且在第2天开始就已经稳定；

根据试验数据可以得知，当自然交联的环境温度为31～33℃温度时，样品3的交联反应大约需要5天反应完全；当环境温度为31～33℃时，环境湿度为50％～53％。

根据表1至表6，可以得知，样品1、样品2和样品3的伸长率均一直保持在标准值之上且三个实施例的伸长率的数值差距不大，样品1的伸长率平均值较好，样品2次之，样品3较差，但是由于三个实施例的伸长率均在标准值上，而样品2完成交联的时间相比其他两实施例的要短，即生成周期更短，结合其他性能测试数据综合考虑，样品2的综合性能更加均衡。

从上述数据中可以得知，并非在越高的温度下，自然交联的反应就越快，在25～27℃温度下，自然交联速度相比其他两个温度段的自然交联速度更快，同时绝缘层的综合性能相较其他两个环境温度实验例更均衡，因此对使用本公开所述自然交联电缆制备工艺制作的电缆在25～27℃温度下进行自然交联，能够在最短的生产周期内，交联形成性能达标且相对均衡的成品自然交联电缆。

本公开采用自然交联工艺，将自然交联原料挤包在导体外周制得待交联产物，将待交联产物静置即可制得电缆，相较于辐照交联工艺和蒸汽交联工艺，无需进行额外加工工序，可简化加工工序，降低生产成本；

本公开通过实际试验确定适宜的自然交联温度区间为25～27℃，自然交联原料在该温度条件下可进行高效的自然交联，3天左右即可交联至稳定状态，且能满足电缆的相关参数标准，可根据气候条件选择合适的交联方式，如当气候温度接近该温度区间内时，可选用自然交联工艺快速完成交联加工，此时无需通过辐照交联工艺和蒸汽交联工艺，无需增加额外的加工工序，可减少加工能耗。

另一方面，也可通过恒温室等方式，将交联环境的温度控制在适宜的自然交联温度区间内，以确保自然交联工艺的高效稳定进行。

本公开通过多组试验确定适宜的自然交联环境温度区间，使得生产者可根据气候条件选择合适的交联方式，或是通过控制交联环境温度来确保自然交联反应快速高效进行，对实际生产过程有重要的指导意义，有利于电缆的高效、节能生产。

进一步的，步骤二中的自然交联原料，按重量百分比分配如下：

EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)20％，茂金属PE(茂金属聚乙烯)4％，POE(聚烯烃弹性体)6％，相容剂4.5％，氢氧化铝50％，氢氧化镁10％，抗铜剂0.2％，抗氧剂0.3％，硅烷2％，有机硅阻燃剂2％，润滑剂1％；

其中，相容剂可选用EEA(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)、EMMA(丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物)等常规相容剂；

抗氧剂可选用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯等常规抗氧剂；

有机硅阻燃剂可选用聚硼硅氧烷；

抗铜剂可选用N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺等常规金属减活化剂；

润滑剂可选用硬脂酸、硬脂酸镁等常规润滑剂。

上述的自然交联原料配方，可在25～27℃的环境温度条件下，快速完成交联形成绝缘套，进而制得符合标准的成品电缆。

进一步的，步骤二中，挤出操作需要根据自然交联配方，选择合适的挤出机，并设置挤出机的模内温度，然后将自然交联原料按照自然交联配方的配比，投入挤出机中，在挤出机内进行混合、熔融等一系列工序，最后形成自然交联料挤包于导体外周；

螺杆机的选择主要在于压缩比，压缩比的选择需要根据交联原料的不同进行选择，如果选择的压缩比太小，会使螺杆难以输送自然交联原料，而为了加快输送速度，就不得不加大电流，在电流过载时容易导致主机跳闸，进而影响生产效率；如果选择的压缩比太大，则会让熔融时的自然交联原料发生预交联，使均匀的熔融液中有一小部分交联变硬，在后续挤出包绕线芯时，整层自然交联料不平整，不符合相关规定；因此本公开所述的自然交联电缆制备工艺在螺杆的压缩比的选择上，通过实际试验，将单螺杆挤出机中螺杆的压缩比设定为1.2～1.3，优选为1.24；以使挤出过程顺畅，挤出原料平整均匀。

挤出操作的过程，挤出机内的原料通道，沿自然交联原料的流动方向依次包括送料段、熔融段和挤出段，各段的模内温度，根据自然交联原料的熔融温度设置；

送料段需要将自然交联原料进行预热和输送，因此送料段处的模内温度需要稍低于自然交联原料的熔融温度，如果模内温度过低，会导致自然交联原料在后续步骤中无法完全熔融，进而导致在挤出包绕导体时，表面不平整，有颗粒感，进而导致产品性能不满足要求；而模内温度过高，则会使自然交联原料在熔融段处就开始发生交联，进而也会导致在挤出时，已交联部分变硬包覆在导体外周，与其他正常包覆的自然交联料状态不一致，进而导致产品性能不合格，因此将送料段的模内温度设为115～125℃；

熔融段的模内温度与自然交联原料的熔融温度相匹配，以使自然交联原料达到完全熔融的状态，为后续挤出包覆导体，做好准备，因此熔融段的模内温度为125～135℃；

挤出段便是将完全熔融的自然交联原料挤出包覆于导体外周，为了保证成品的表面性能以及光滑度，需将挤出段的模内温度设置为高于熔融段的模内温度5℃，因此挤出段的温度设为135～140℃。

进一步的，送料段包括第一送料段和第二送料段，第一送料段的模内温度为115～120℃；第二送料段的模内温度为120～125℃；

进一步的，熔融段包括第一熔融段和第二熔融段，第一熔融段的模内温度为125～130℃；第二熔融段的模内温度为130～135℃；

进一步的，挤出段包括第一挤出段、第二挤出段和第三挤出段，第一挤出段的模内温度为135～137℃；第二挤出段的模内温度为137～140℃；第三挤出段的模内温度为137～140℃；

进一步的，在步骤二中，在一些场景下，需要改变挤包在线芯外周的自然交联料的颜色，而在这个情况下，需要关闭挤出机，但是自然交联料仍然停留于挤出机内，由于挤出机各段保持着较高的温度，在10分钟左右自然交联料便会发生预交联变硬，进而导致自然交联料堵模或者在重新挤出包绕时，在线芯外周面上产生不平整的现象，影响电缆的质量，因此，在使用过程中需要注意，关闭挤出机的时间不得超过10分钟，或者关闭挤出机超过10分钟后，需要重启挤出机，将挤出机内的自然交联料排出后，再重新加料。

进一步的，本公开所述一种自然交联电缆制备工艺，可以用于制备阻燃耐火电缆及阻燃非耐火电缆；

制备阻燃耐火电缆的工艺流程图如图1所示；

制备阻燃不耐火电缆无需耐火层绕包工序，在挤包自然交联料做绝缘层后，经过自然交联即可获得成品。

制备阻燃非耐火电缆的工艺流程图如图2所示，

制备阻燃耐火电缆，需要在步骤一与步骤二之间，增加了一道耐火层包绕工序，耐火层一般选用云母带做原料，在步骤一获得的导体外周包绕云母带作为耐火层；

另外，对于阻燃耐火电缆，还需要保证电缆的热收缩性能，而拉伸比对电缆的热收缩性能有所影响，拉伸比低，则热收缩性能不合格，因此可以通过控制电缆的拉伸比来保证电缆的热收缩性能，拉伸比是模芯模套形成的间隙截面面积与电缆绝缘层截面面积之比，用如下公式表示：

α＝(π*D0²/4-π*D1^2/4)/(π*(2*D3+D4)²/4-π*D4²/4)

其中，α为拉伸比，D0为模套直径，D1为模芯直径，D3为电缆绝缘层厚度(导体之外的材料厚度)，D4为导体的直径；

α需满足：2.4≤α≤2.8；D3可根据国家相关规定得知；

模芯直径D1与导体直径D4满足：1.0mm≤D1-D4≤1.5mm；

根据上述参数，选择合适的模套和模芯进行挤出，以保证电缆的拉伸比满足要求。

本公开通过改变绝缘层的交联方式，减少了电缆制作的工序，缩短了生产周期，同时降低了生产成本；

进一步的，通过探究环境温度对自然交联料发生交联反应的条件进行探索，确定一个较为合适的温度范围，进而提高生产效率，并缩短了生产周期，对电缆的生产制造具有指导意义；

进一步的，通过设置挤出过程中各段的温度，使自然交联原料从入料到挤出，一直保持混合均匀、塑化均匀的状态，进而保证挤出包绕在线芯外周的绝缘层的平整度；

进一步的，通过设置挤出机中螺杆的压缩比，保证螺杆输送自然交联料的速度和效率，并且保证足够的压力以保证自然交联料的熔融、塑化；

进一步的，确定阻燃耐火电缆的拉伸比，以保证阻燃耐火电缆的热收缩性能。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种自然交联电缆制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获得导体；

2.根据权利要求1所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述步骤三中：所得待交联产物进行自然交联的温度为25～27℃。

3.根据权利要求1或2所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述步骤二中，所述自然交联原料包括按重量百分比计的如下组分：EVA20％，茂金属PE4％，POE6％，相容剂4.5％，氢氧化铝50％，氢氧化镁10％，抗铜剂0.2％，抗氧剂0.3％，硅烷2％，有机硅阻燃剂2％，润滑剂1％。

4.根据权利要求1所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述步骤二中，使用压缩比为1.24的单螺杆挤出机进行挤出操作，所述挤出过程中沿自然交联原料的流动方向依次包括送料段、熔融段和挤出段；

5.根据权利要求4所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述送料段依次包括第一送料段和第二送料段，所述第一送料段的模内温度为115～120℃；所述第二送料段的模内温度为120～125℃。

6.根据权利要求4所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述熔融段依次包括第一熔融段和第二熔融段，所述第一熔融段的模内温度为125～130℃；所述第二熔融段的模内温度为130～135℃。

7.根据权利要求4所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述挤出段依次包括第一挤出段、第二挤出段和第三挤出段，所述第一挤出段的模内温度为135～137℃；所述第二挤出段的模内温度为137～140℃；所述第三挤出段的模内温度为137～140℃。

8.根据权利要求4所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述自然交联原料在所述螺杆内的停留时间小于或等于10分钟。

9.根据权利要求4所述自然交联电缆制备工艺，其特征在于，所述步骤二中，所述单螺杆挤出机的模芯模套参数满足：

α＝(π*D0²/4-π*D1²/4)/(π*(2*D3+D4)²/4-π*D4²/4)；

模芯直径D1与导体直径D4满足：

1.0mm≤D1-D4≤1.5mm。

10.一种电缆，其特征在于，采用权利要求1～9任一所述的自然交联电缆制备工艺制备获得。