CN116052938A - 一种防断裂的低压电力电缆 - Google Patents

一种防断裂的低压电力电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防断裂的低压电力电缆，属于电力电缆技术领域，包括导体，导体外部包覆绝缘层形成芯线，芯线与覆有防护层的钢丝绳成缆后挤压填充物，外层包覆铠装层，铠装层内壁有铠装内护套，铠装层外部有外护套，外护套由耐老化橡胶材料制成，本发明以钢丝绳作为加强筋，作为电缆承重用，在承受载荷的同时不对电缆绝缘层、导体等产生损伤；本发明在护套材料中引入了功能组分，不仅与橡胶基体具有较高的相容性，而且能够有效分解氢过氧化物，提高基料的耐老化效果，并且在基料中形成网络结构，阻碍氧气进入，延缓氧气与活性分子链接触，使得外护套不仅力学性能好，且耐老化性能强。

Description

一种防断裂的低压电力电缆
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种防断裂的低压电力电缆。
背景技术
电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，电力电缆常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线，在电力线路中，电缆所占比重正逐渐增加。电力电缆是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，包括1-500KV以及以上各种电压等级，各种绝缘的电力电缆。
现有的电力电缆不具有抗拉的特点，受外力挤压时易变形，经过长时间的弯曲、移动都会导致电力电缆发生断裂的现象，从而导致电力电缆发生短路的现场，并且大部分的电力电缆是外露的，长期的紫外线照射和热氧老化会导致绝缘护套过早的出现裂纹，因此，提供一种防断裂的低压电力电缆是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防断裂的低压电力电缆，以解决背景技术中的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种防断裂的低压电力电缆，包括导体，导体外部包覆绝缘层形成芯线，芯线成缆后挤压填充物，外层包覆铠装层，铠装层内壁有铠装内护套，铠装层外部有外护套；
其中，导体采用镀锡铜丝绞合而成，绝缘层为硫化乙丙橡胶，防护层为丁苯橡胶，填充物和铠装内护套为阻燃丁苯橡胶，铠装层为镀锌钢丝编织铠装层，外护套由耐老化橡胶材料制成；
所述耐老化橡胶材料包括以下重量份原料：天然橡胶60-70份、丁苯橡胶20-30份、功能组分5-10份、硬脂酸1-2份、促进剂3-6份、防老剂3-5份、石蜡2-5份、碳酸钙20-30份和炭黑15-20份。
作为本发明的进一步方案，功能组分通过以下步骤制成：
步骤S1、将杂化粒子置于乙醇溶液中，搅拌均匀后加入甲酸调节体系pH值为3-4，之后加入偶联剂KH-550，室温下搅拌反应6-8h，反应结束后，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，干燥，得到氨基杂化粒子；
步骤S2、将氨基杂化粒子加入无水乙醇中，搅拌溶解后滴加二月桂酸二丁基锡，滴加完毕后，滴加异硫氰酸烯丙酯，升温至50℃搅拌反应4-6h，之后降温至室温继续反应48h，冷却至室温，过滤，滤饼于40℃下干燥至恒重，得到功能组分。
作为本发明的进一步方案，步骤S1中乙醇溶液由无水乙醇和去离子水按照体积比8-9：3-4组成，杂化粒子、乙醇溶液和偶联剂KH-550之间的用量比为10g：100-120mL：0.2-0.4g，为了提高杂化粒子与护套基料之间的相容性，利用偶联剂KH-550对其进行偶联改性，降低其亲水性并在表面引入活性氨基。
作为本发明的进一步方案，步骤S2中氨基杂化粒子、无水乙醇、二月桂酸二丁基锡和异硫氰酸烯丙酯的用量比为10.5-11.2g：100-120mL：0.06-0.08g：7.3-7.6g，为了进一步提高杂化粒子与护套基料之间的结合性，利用氨基杂化粒子表面的活性氨基与异硫氰酸烯丙酯的异硫氰酸酯基反应，形成硫脲结构并引入不饱和双键，得到功能组分。
作为本发明的进一步方案，杂化粒子通过以下步骤制成：
将氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理20mi n得到悬浮液，将三氯化钛加入去离子水中，加入悬浮液和质量分数10％的四甲基氢氧化铵溶液，搅拌后于75℃烘箱中至完全干燥，干燥产物用无水乙醇和去离子水反复洗涤、过滤后干燥，得到杂化粒子，悬浮液、三氯化钛、去离子水和四甲基氢氧化铵溶液的质量比为1：1：2：1，悬浮液中氧化石墨烯和去离子水的质量比为0.1：100，以氧化石墨烯和三氯化钛为原料，通过水解法得到杂化粒子，使二氧化钛颗粒“镶嵌”于氧化石墨烯表面。
作为本发明的进一步方案，促进剂由促进剂ZDC和促进剂M按照质量比1：1组成。
作为本发明的进一步方案，防老剂由防老剂M、防老剂MD和防老剂D按照质量比1：1：1组成。
本发明的有益效果：
为了提高电缆基体的防断裂性能，本发明以钢丝绳作为加强筋，作为电缆承重用，在承受载荷的同时不对电缆绝缘层、导体等产生损伤。
为了提高电缆材料的耐老化性能，本发明在护套材料中引入了功能组分，该功能组分为有机改性处理后表面负载有二氧化钛的氧化石墨烯，不仅与橡胶基体具有较高的相容性，并且含有不饱和双键和硫脲结构，不饱和双键能够参与硫化反应，将功能组分连接于橡胶材料中,增加功能组分与基体的结合性，进而使功能组分发挥补强作用，提高橡胶的力学性能，硫脲结构能够有效分解氢过氧化物，提高基料的耐老化效果，而且功能组分在基料中均匀分布，形成网络结构，阻碍氧气进入，延缓氧气与活性分子链接触，提高材料的耐热氧老化性，二氧化钛粒子能够吸收紫外线，提高材料的耐光老化性能，因此，制备的外护套不仅力学性能好，且耐老化性能强。
综上，本发明制备的低压电力电缆具有防断裂和耐老化的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种防断裂的低压电力电缆的结构示意图。
图中：1、导体；2、绝缘层；3、钢丝绳；4、防护层；5、填充物；6、铠装内护套；7、编织铠装层；8、外护套。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种杂化粒子，通过以下步骤制成：
将1g氧化石墨烯加入1000mL无水乙醇中，超声处理20mi n得到悬浮液，将10g三氯化钛加入20mL去离子水中，加入10g悬浮液和10g质量分数10％的四甲基氢氧化铵溶液，搅拌后于75℃烘箱中至完全干燥，干燥产物用无水乙醇和去离子水反复洗涤、过滤后干燥，得到杂化粒子。
实施例2
一种功能组分，通过以下步骤制成：
步骤S1、将10g实施例1杂化粒子置于100mL乙醇溶液中，搅拌均匀后加入甲酸调节体系pH值为3，之后加入0.2g偶联剂KH-550，室温下搅拌反应6h，反应结束后，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，干燥，得到氨基杂化粒子，乙醇溶液由无水乙醇和去离子水按照体积比8：3组成；
步骤S2、将10.5g氨基杂化粒子加入100mL无水乙醇中，搅拌溶解后滴加0.06g二月桂酸二丁基锡，滴加完毕后，滴加7.3g异硫氰酸烯丙酯，升温至50℃搅拌反应4h，之后降温至室温继续反应48h，冷却至室温，过滤，滤饼于40℃下干燥至恒重，得到功能组分。
实施例3
一种功能组分，通过以下步骤制成：
步骤S1、将10g实施例1杂化粒子置于120mL乙醇溶液中，搅拌均匀后加入甲酸调节体系pH值为4，之后加入0.4g偶联剂KH-550，室温下搅拌反应8h，反应结束后，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，干燥，得到氨基杂化粒子，乙醇溶液由无水乙醇和去离子水按照体积比9：4组成；
步骤S2、将11.2g氨基杂化粒子加入120mL无水乙醇中，搅拌溶解后滴加0.08g二月桂酸二丁基锡，滴加完毕后，滴加7.6g异硫氰酸烯丙酯，升温至50℃搅拌反应6h，之后降温至室温继续反应48h，冷却至室温，过滤，滤饼于40℃下干燥至恒重，得到功能组分。
对比例1
将实施例2中杂化粒子替换成氧化石墨烯，其余原料及制备过程同实施例2。
对比例2
将实施例3中杂化粒子替换成二氧化钛，其余原料及制备过程同实施例3。
实施例4
一种耐老化橡胶材料，包括以下重量份原料：天然橡胶60份、丁苯橡胶20份、实施例2的功能组分5份、硬脂酸1份、促进剂3份、防老剂3份、石蜡2份、碳酸钙20份和炭黑15份；促进剂由促进剂ZDC和促进剂M按照质量比1：1组成，防老剂由防老剂M、防老剂MD和防老剂D按照质量比1：1：1组成。
该耐老化橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将上述原料置于密炼机中，120℃下密炼15mi n，之后冷却至室温，得到耐老化橡胶材料。
实施例5
一种耐老化橡胶材料，包括以下重量份原料：天然橡胶65份、丁苯橡胶25份、实施例3的功能组分8份、硬脂酸1.5份、促进剂5份、防老剂4份、石蜡4份、碳酸钙25份和炭黑18份；促进剂由促进剂ZDC和促进剂M按照质量比1：1组成，防老剂由防老剂M、防老剂MD和防老剂D按照质量比1：1：1组成。
该耐老化橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将上述原料置于密炼机中，120℃下密炼15mi n，之后冷却至室温，得到耐老化橡胶材料。
实施例6
一种耐老化橡胶材料，包括以下重量份原料：天然橡胶70份、丁苯橡胶30份、实施例2的功能组分10份、硬脂酸2份、促进剂6份、防老剂5份、石蜡5份、碳酸钙30份和炭黑20份；促进剂由促进剂ZDC和促进剂M按照质量比1：1组成，防老剂由防老剂M、防老剂MD和防老剂D按照质量比1：1：1组成。
该耐老化橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将上述原料置于密炼机中，120℃下密炼15mi n，之后冷却至室温，得到耐老化橡胶材料。
对比例3
与实施例5相比，将实施例5中功能组分替换成对比例1中物质，其余原料及制备过程同实施例5。
对比例4
与实施例5相比，将实施例5中功能组分替换成对比例2中物质，其余原料及制备过程同实施例5。
对实施例4-实施例6和对比例3-对比例4所得耐老化橡胶材料进行性能测试，参照标准GB/T1040-2006测试拉伸强度，按照100℃，240h，热烘箱空气老化，测试老化后的拉伸强度，计算拉伸强度保持率，采用CLM-UV紫外光老化试验箱将各组材料暴露于同一条件下336h，观察材料的表面情况，有无裂纹；结果如表1所示：
表1
项目 实施例4 实施例5 实施例6 对比例3 对比例4
拉伸强度(MPa) 12.2 12.6 13.1 11.3 10.5
热氧化拉伸强度保持率(％) 78 81 85 64 69
紫外光老化情况 无裂纹 无裂纹 无裂纹 有裂纹 有裂纹
由表1可以看出，本发明在橡胶基料中引入功能组分，能够显著提高材料的力学性能、耐老化性能，实现提高电缆的防断裂性能的目的。
实施例7
请参阅图1所示，一种防断裂的低压电力电缆，包括导体1、绝缘层2、钢丝绳3、包覆钢丝层的防护层4、填充物5、铠装内护套6、铠装层7和外护套8，所述导体1采用镀锡铜丝绞合而成，绝缘层2为硫化乙丙橡胶，防护层4为丁苯橡胶，填充物5和铠装内护套6为阻燃丁苯橡胶，铠装层7为镀锌钢丝编织铠装层，编织密度大于80％，外护套8为实施例6的耐老化橡胶材料；
该防断裂的低压电力电缆制备方法如下：
将若干镀锡铜丝绞合而成导体1，在钢丝绳3表面挤包一层0.8mm的丁苯橡胶防护层4，将导体1和挤包后的钢丝绳3成缆挤压填充物5，之后挤包阻燃丁苯橡胶形成铠装内护套6，之后外包铠装层7，最后挤包外护套8，得到防断裂的低压电力电缆。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种防断裂的低压电力电缆，其特征在于，包括导体(1)，导体(1)外部包覆绝缘层(2)形成芯线，芯线与覆有防护层(4)的钢丝绳(3)成缆后挤压填充物(5)，外层包覆铠装层(7)，铠装层内壁有铠装内护套(6)，铠装层外部有外护套(8)，外护套(8)由耐老化橡胶材料制成；
耐老化橡胶材料包括以下重量份原料：天然橡胶60-70份、丁苯橡胶20-30份、功能组分5-10份、硬脂酸1-2份、促进剂3-6份、防老剂3-5份、石蜡2-5份、碳酸钙20-30份和炭黑15-20份。
2.根据权利要求1所述的一种防断裂的低压电力电缆，其特征在于，功能组分通过以下步骤制成：
将杂化粒子置于乙醇溶液中，搅拌后加入甲酸调节pH值为3-4，加入偶联剂KH-550，室温下搅拌反应6-8h，得到氨基杂化粒子；
将氨基杂化粒子加入无水乙醇中，搅拌溶解后滴加二月桂酸二丁基锡，滴加完毕后，滴加异硫氰酸烯丙酯，升温至50℃搅拌反应4-6h，之后降温至室温继续反应48h，得到功能组分。
3.根据权利要求2所述的一种防断裂的低压电力电缆，其特征在于，乙醇溶液由无水乙醇和去离子水按照体积比8-9：3-4组成，杂化粒子、乙醇溶液和偶联剂KH-550的用量比为10g：100-120mL：0.2-0.4g。
4.根据权利要求2所述的一种防断裂的低压电力电缆，其特征在于，氨基杂化粒子、无水乙醇、二月桂酸二丁基锡和异硫氰酸烯丙酯的用量比为10.5-11.2g：100-120mL：0.06-0.08g：7.3-7.6g。
5.根据权利要求1所述的一种防断裂的低压电力电缆，其特征在于，杂化粒子通过以下步骤制成：
将氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理20min得到悬浮液，将三氯化钛加入去离子水中，加入悬浮液和质量分数10％的四甲基氢氧化铵溶液，搅拌后于75℃烘箱中至完全干燥，得到杂化粒子。
6.根据权利要求5所述的一种防断裂的低压电力电缆，其特征在于，悬浮液、三氯化钛、去离子水和四甲基氢氧化铵溶液的质量比为1：1：2：1，悬浮液中氧化石墨烯和去离子水的质量比为0.1：100。
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