一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法與流程
2023-05-24 18:53:36 1
本發明屬於電纜技術領域，更具體地說，涉及一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法。
背景技術：
耐火電纜是指在火焰燃燒情況下能夠保持一定時間安全運行的電纜。我國國家標準gb12666.6(等iec331)將耐火試驗分a、b兩種級別，a級火焰溫度950～1000℃，持續供火時間90min，b級火焰溫度750～800℃，持續供火時間90min，整個試驗期間，試樣應承受產品規定的額定電壓值。耐火電纜廣泛應用於高層建築、地下鐵道、地下街、大型電站及重要的工礦企業等與防火安全和消防救生有關的地方，例如，消防設備及緊急嚮導燈等應急設施的供電線路和控制線路。此外，動車組高阻燃耐火電纜不僅具有通用鐵路電纜的性能，比如主要性能有阻燃、低煙、無滷、耐酸、耐鹼等特性，其還具有特殊性能，即具有運動性和耐候性，作為動車組上使用的電氣電纜，歐洲的安全標準要求產品能夠達到即使發生火災時，電纜在交通運輸工具上火災現場中也能夠確保電力供應和信號數據傳輸連續性的使用標準。
目前動車組電纜的發展狀況，目前動車組電纜都要求做到阻燃級別，因為考慮到成本等因素，只在部分特殊要求的地方使用耐火電纜，本發明會進一步推動耐火電纜在動車組上的應用。為了解決上述動車組電纜的耐火問題，經檢索發現，中國專利申請號為201420377094.x，申請公布日為2014年11月19日的專利申請文件公開了一種高阻燃耐火電纜，包括多個線芯，線芯包括若干緊壓絞合的導線、無機礦物質絕緣層、鋁套、交聯聚乙烯絕緣層，若干緊壓絞合的導線外側設有無機礦物質絕緣層，無機礦物質絕緣層外側設有鋁套，鋁套外側設有交聯聚乙烯絕緣層，多個線芯外設有隔氧層，隔氧層與多個線芯之間以及多個線芯之間填充複合碳纖維，隔氧層外側設有聚酯帶包紮層，聚酯帶包紮層外側設有聚烯烴擠包層；再如中國專利申請號為201220531808.9，申請公布日為2013年4月3日的專利申請文件公開了一種耐火電纜，其包括由若干線芯絞合成的纜芯，線芯由中間的導線以及設置在導線外的耐火層和絕緣層組成，在纜芯的縫隙及外部設有填充層，在填充層外依次設置內護層，隔熱層，鎧裝層和外護層，填充層由繩狀無機材料繞包製成，而隔熱層由兩層高阻燃玻璃布帶中間粘夾合成雲母紙構成，這種雙重保險結構在火災中能夠起到很好的耐火隔熱效果，使得電纜的絕緣層在火災中被軟化而不融化掉。上述的兩種耐火電纜在結構上較為複雜，製作成本較高，實用性較差。
技術實現要素：
1.要解決的問題
針對現有動車組耐火電纜在發生火災時不能確保電力供應和信號數據傳輸連續性的問題，本發明提供了一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，該方法的步驟銜接有序，通過工藝步驟的優化及改進，使得動車組高阻燃耐火電纜的耐火性能達到最佳，該電纜裸露在800℃以上以及機械衝擊環境中保證並維持其不變的傳輸特性，使用性能好。
2.技術方案
為解決上述問題，本發明採用如下的技術方案。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜，包括若干總線、第一防火層及第一護套層，總線與總線之間填充有填充芯，總線與填充芯絞合在一起且截面成圓形，總線和填充芯的外圍是第一防火層，防火層的外圍是第一護套層。
作為本發明的進一步改進，所述總線包括若干電纜單元，電纜單元包括兩個規格相同的線芯、第二防火層和第二護套層，每個線芯由導線和絕緣層a或絕緣層b組成，絕緣層a、絕緣層b均勻密封導線，絕緣層a或絕緣層b的厚度為0.18～0.31mm，線芯絞合後，外圍依次包裹第二防火層和第二護套層，在線芯之間填充有防火材料。
作為本發明的進一步改進，所述導線為en60228五級或六級鍍錫退火軟銅絲。
作為本發明的進一步改進，所述第一防火層、第二防火層均採用金雲母紙為主要基材，以玻纖布作為雙面增強材料的金雲母帶。
作為本發明的進一步改進，所述絕緣層a或絕緣層b均由ei104和ei109複合物製作而成，具體的由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％交聯聚乙烯、30～40％聚丙烯和2～7％有機矽；所述第一護套層、第二護套層均由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％聚乙烯基材、35～40％聚丙烯和1～3％氫氧化鈣。
作為本發明的進一步改進，所述電纜單元還包括無紡布繞包帶層，包帶層設置在第二防火層和第二護套層之間。
作為本發明的進一步改進，所述防火材料主要成分為雲母粉。
作為本發明的進一步改進，所述第一防火層、第二防火層均採用金雲母紙為主要基材，以玻纖布作為雙面增強材料的金雲母帶，其中金雲母紙與玻纖布通過貼合壓制工藝成為整體。
作為本發明的進一步改進，所述防火材料的成分包括雲母粉，重量佔比為95～98％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為2～5％，鹼性金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣或氧化鋁。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，包括以下具體步驟：
(1)絕緣層擠出：根據成纜線徑大小，選擇80mm或者120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160～180℃；
(2)成纜：根據線芯數選擇成纜機，如線芯數小於8根，可選擇對絞機，線芯數多餘8根，可選擇籠絞機；
(3)防火材料填充：線芯成纜過程中，線芯和線芯之間的空隙填充雲母粉和鹼性金屬氧化物的混合物；
(4)繞包防火層：成纜以後，使用縱向繞包機，繞包金雲母帶，金雲母帶搭接覆蓋率不小於30％；
(5)護套層擠出：選擇80mm或120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160～170℃。
作為本發明的進一步改進，步驟(1)中的電纜絕緣層由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％交聯聚乙烯、30～40％聚丙烯和2～7％有機矽。
作為本發明的進一步改進，步驟(1)中的電纜導線為en60228五級或六級鍍錫退火軟銅絲。
作為本發明的進一步改進，步驟(3)中的防火材料主要成分為雲母粉，重量佔比為95～98％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為2～5％，鹼性金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣或氧化鋁。
作為本發明的進一步改進，步驟(4)中的防火層採用金雲母紙為主要基材，以玻纖布作為雙面增強材料的金雲母帶；其中金雲母紙與玻纖布通過貼合壓制工藝成為整體。
作為本發明的進一步改進，步驟(5)中的護套層由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％聚乙烯基材、35～40％聚丙烯和1～3％氫氧化鈣。
3.有益效果
相比於現有技術，本發明的有益效果為：
(1)本發明的動車組高阻燃耐火電纜，通過其層狀結構設計，加強了電纜的抗機械強度、密封性以及導電性，滿足鐵路電纜對低煙無滷要求，該電纜裸露在800℃以上以及機械衝擊環境中保證並維持其不變的傳輸特性，使用性能好；
(2)本發明的動車組高阻燃耐火電纜，採用金雲母帶，具有較高的耐高溫性能，又具有較好的強度，此種結構即保證了強度，又能很好的起到耐火效果，保證在850℃下120分鐘無擊穿；
(3)本發明的動車組高阻燃耐火電纜，導線採用了en60228五級或六級鍍錫退火軟銅絲，增加了電纜的柔韌性，可以有效提升電纜自身強度，同時，避免對車體內數據控制類電纜信號幹擾；
(4)本發明的動車組高阻燃耐火電纜，雲母粉中包括少量的鹼性金屬氧化物，在高溫條件下，氫氧化鈣可以與其相互反應，生成耐火材料，增強對電纜的耐火保護；
(5)本發明結構簡單，設計合理，易於製造，成本低廉。
附圖說明
下面結合具體附圖對本發明進一步進行描述。
圖1為本發明動車組高阻燃耐火電纜的結構示意圖。
圖中：1、導線；2、絕緣層a；3、絕緣層b；4、防火材料；5、無紡布繞包帶層；6、第二防火層；7、第二護套層；8、填充芯；9、第一防火層；10、第一護套層。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進一步進行描述。
下文對本發明的示例性實施例的詳細描述參考了附圖，該附圖形成描述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發明可實施的示例性實施例。儘管這些示例性實施例被充分詳細地描述以使得本領域技術人員能夠實施本發明，但應當理解可實現其他實施例且可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下對本發明作各種改變。下文對本發明的實施例的更詳細的描述並不用於限制所要求的本發明的範圍，而僅僅為了進行舉例說明且不限制對本發明的特點和特徵的描述，以提出執行本發明的最佳方式，並足以使得本領域技術人員能夠實施本發明。因此，本發明的範圍僅由所附權利要求來限定。
下文對本發明的詳細描述和示例實施例可結合附圖來更好地理解，其中本發明的元件和特徵由附圖標記標識。
如圖1所示，本發明的動車組高阻燃耐火電纜包括若干總線、第一防火層9及第一護套層10，總線與總線之間填充有填充芯8，總線與填充芯8絞合在一起且截面成圓形，總線和填充芯8的外圍是第一防火層9，防火層的外圍是第一護套層10。
其中：總線包括若干電纜單元，電纜單元包括兩個規格相同的線芯、第二防火層6和第二護套層7，每個線芯由導線1和絕緣層a2或絕緣層b3組成，絕緣層a2、絕緣層b3均勻密封導線1，絕緣層a2或絕緣層b3的厚度選擇在0.18～0.31mm這個範圍內，可以滿足絕緣的需要，最佳的厚度為0.18mm或者是0.20mm或者是0.31mm，線芯絞合後，外圍依次包裹第二防火層6和第二護套層7，在線芯之間填充有防火材料4，在第二防火層6和第二護套層7之間設置有無紡布繞包帶層5。
本發明的電纜使用的導線1為en60228五級或六級鍍錫退火軟銅絲，增加了電纜的柔韌性，可以有效提升電纜自身強度，同時，避免對車體內數據控制類電纜信號幹擾。
本發明的第一防火層9、第二防火層6均採用金雲母紙為主要基材，以玻纖布作為雙面增強材料的金雲母帶，其中金雲母紙與玻纖布通過貼合壓制工藝成為整體。
本發明的絕緣層a或絕緣層b均由ei104和ei109複合物製作而成。具體的由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％交聯聚乙烯、30～40％聚丙烯和2～7％有機矽；所述第一護套層10、第二護套層7均由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％聚乙烯基材、35～40％聚丙烯和1～3％氫氧化鈣。
目前使用的高阻燃耐火電纜一般採用的方法就是在護套材料中添加含有滷素的滷化物和金屬氧化物，從阻燃的角度來評價，這是極好的方法，但是，由於這些材料中含有滷化物，在燃燒時釋放大量的煙霧和滷化氫氣體，所以火災時的能見度低，給人員的安全疏散和消防帶來很大的妨礙，而人則更多地為有毒氣體窒息致死。
然而，發明人在對防火材料4的組分進行改進時，發現由於電纜必須能耐受在滅火和撤離操作過程中遭受的強力機械應力，例如振動、衝擊等等，電纜的耐火層極容易出現裂紋和溶脹的缺陷，對電纜的保護存在一定的缺陷。
鑑於上述的技術難點，發明人經過理論分析和長期大量的實驗研究發現，對本發明的防火材料4成分進行有效改進，其主要成分為雲母粉，重量佔比為95～98％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為2～5％，鹼性金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣或氧化鋁；以及絕緣層a或絕緣層b由以下重量份的原料製備而成，其中：55～65％交聯聚乙烯、30～40％聚丙烯和2～7％有機矽。發明人進一步分析可能的原因是：氫氧化鈣與雲母粉在高溫條件下發生反應，生成阻燃耐火性能較好的保護層，同時鹼性金屬氧化物在高溫熔融時，對形成的保護層顆粒進行晶粒細化，以及對空隙進行填充，使用保護層的緻密性更好，保護層的裂紋和溶脹減少，阻燃耐火性能好，保證在850℃下120分鐘無擊穿。
實施例1
本發明的絕緣層a或絕緣層b由以下重量份的原料製備而成，其中：60％交聯聚乙烯、35％聚丙烯和5％有機矽；第一護套層10、第二護套層7均由以下重量份的原料製備而成，其中：60％聚乙烯基材、38％聚丙烯和2％氫氧化鈣。
本發明的防火材料4主要成分為雲母粉，重量佔比為98％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為2％，鹼性金屬氧化物為氧化鎂。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，包括以下具體步驟：
(1)絕緣層擠出：根據成纜線徑大小，選擇80mm或者120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在180℃；
(2)成纜：根據線芯數選擇成纜機，如線芯數小於8根，可選擇對絞機，線芯數多餘8根，可選擇籠絞機；
(3)防火材料填充：線芯成纜過程中，線芯和線芯之間的空隙填充雲母粉和氧化鎂的混合物；
(4)繞包防火層：成纜以後，使用縱向繞包機，繞包金雲母帶，金雲母帶搭接覆蓋率不小於30％；
(5)護套層擠出：選擇80mm或120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160℃。
實施例2
本發明的絕緣層a或絕緣層b由以下重量份的原料製備而成，其中：65％交聯聚乙烯、30％聚丙烯和5％有機矽；第一護套層10、第二護套層7均由以下重量份的原料製備而成，其中：60％聚乙烯基材、35％聚丙烯和5％氫氧化鈣。
本發明的防火材料4主要成分為雲母粉，重量佔比為95％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為5％，鹼性金屬氧化物為氧化鋁。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，包括以下具體步驟：
(1)絕緣層擠出：根據成纜線徑大小，選擇80mm或者120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160℃；
(2)成纜：根據線芯數選擇成纜機，如線芯數小於8根，可選擇對絞機，線芯數多餘8根，可選擇籠絞機；
(3)防火材料填充：線芯成纜過程中，線芯和線芯之間的空隙填充雲母粉和氧化鋁的混合物；
(4)繞包防火層：成纜以後，使用縱向繞包機，繞包金雲母帶，金雲母帶搭接覆蓋率不小於30％；
(5)護套層擠出：選擇80mm或120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160℃。
實施例3
本發明的絕緣層a或絕緣層b由以下重量份的原料製備而成，其中：55％交聯聚乙烯、40％聚丙烯和5％有機矽；第一護套層10、第二護套層7均由以下重量份的原料製備而成，其中：63％聚乙烯基材、35％聚丙烯和2％氫氧化鈣。
本發明的防火材料4主要成分為雲母粉，重量佔比為98％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為2％，鹼性金屬氧化物為氧化鈣。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，包括以下具體步驟：
(1)絕緣層擠出：根據成纜線徑大小，選擇80mm或者120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在180℃；
(2)成纜：根據線芯數選擇成纜機，如線芯數小於8根，可選擇對絞機，線芯數多餘8根，可選擇籠絞機；
(3)防火材料填充：線芯成纜過程中，線芯和線芯之間的空隙填充雲母粉和氧化鈣的混合物；
(4)繞包防火層：成纜以後，使用縱向繞包機，繞包金雲母帶，金雲母帶搭接覆蓋率不小於30％；
(5)護套層擠出：選擇80mm或120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160℃。
實施例4
本發明的絕緣層a或絕緣層b由以下重量份的原料製備而成，其中：62％交聯聚乙烯、36％聚丙烯和2％有機矽；第一護套層10、第二護套層7均由以下重量份的原料製備而成，其中：58％聚乙烯基材、39％聚丙烯和3％氫氧化鈣。
本發明的防火材料4主要成分為雲母粉，重量佔比為98％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為2％，鹼性金屬氧化物為氧化鎂。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，包括以下具體步驟：
(1)絕緣層擠出：根據成纜線徑大小，選擇80mm或者120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在160℃；
(2)成纜：根據線芯數選擇成纜機，如線芯數小於8根，可選擇對絞機，線芯數多餘8根，可選擇籠絞機；
(3)防火材料填充：線芯成纜過程中，線芯和線芯之間的空隙填充雲母粉和氧化鎂的混合物；
(4)繞包防火層：成纜以後，使用縱向繞包機，繞包金雲母帶，金雲母帶搭接覆蓋率不小於30％；
(5)護套層擠出：選擇80mm或120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在170℃。
實施例5
本發明的絕緣層a或絕緣層b由以下重量份的原料製備而成，其中：59％交聯聚乙烯、38％聚丙烯和3％有機矽；第一護套層10、第二護套層7均由以下重量份的原料製備而成，其中：60％聚乙烯基材、38％聚丙烯和2％氫氧化鈣。
本發明的防火材料4主要成分為雲母粉，重量佔比為97％；鹼性金屬氧化物，重量佔比為3％，鹼性金屬氧化物為氧化鎂。
本發明的一種動車組高阻燃耐火電纜的生產方法，包括以下具體步驟：
(1)絕緣層擠出：根據成纜線徑大小，選擇80mm或者120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在170℃；
(2)成纜：根據線芯數選擇成纜機，如線芯數小於8根，可選擇對絞機，線芯數多餘8根，可選擇籠絞機；
(3)防火材料填充：線芯成纜過程中，線芯和線芯之間的空隙填充雲母粉和氧化鎂的混合物；
(4)繞包防火層：成纜以後，使用縱向繞包機，繞包金雲母帶，金雲母帶搭接覆蓋率不小於30％；
(5)護套層擠出：選擇80mm或120mm單螺杆擠出機擠出，擠出溫度控制在170℃。
對由實施例1至5得到的電纜進行測試，其測試電纜的性能參數為：
1)20℃導線1電阻≤0.108ω/km；2)20℃絕緣電阻≤330ω/km。
將本發明的電纜與傳統電纜的耐火性能進行對比，得到如下的表1：
表1本發明與傳統電纜的耐火時間對比
由上述的數據可以看出，本發明的高阻燃耐火電纜，在850℃以及機械衝擊環境中能夠保持電纜完整性的能力。
以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。