長壽命電纜及其製造方法與流程

2023-12-04 01:48:46 1

本發明涉及電線電纜技術領域，特別涉及使用壽命長、絕緣性好的長壽命電纜及其製造方法。

背景技術：

傳統建築用電線使用單層聚氯乙烯絕緣，存在以下缺點：工作溫度(70℃)和短路溫度(160℃)低，容易老化，正常使用條件下只有20-30年使用壽命，使用中如存在超負荷或極端氣候情況則使用壽命還更短。近年來，由於電線線路老化引發的火災事故有逐年增加的趨勢，傳統建築用電線急需升級換代。

此外由於聚氯乙烯絕緣為極性材料，絕緣電阻不高且易吸溼，電線一旦受潮，極易產生漏電,甚至釀成事故；聚氯乙烯絕緣材料燃燒時還會產生大量有毒有害氣體、煙霧，給人身安全和財產造成很大威脅。因此開發與建築物壽命同步，並且綠色、環保的長壽命電線，可有效減少因電線老化引發的火災事故的發生機率，意義重大。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種使用壽命長、絕緣性好、安全性高、無毒無害的長壽命電纜及其製造方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

包括銅或鋁絞制而成的導體，及包覆在導體外的絕緣層，所述的絕緣層包括內絕緣層、外絕緣層，所述內絕緣層採用交聯聚乙烯，外絕緣層採用低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴；所述內絕緣層與外絕緣層熔融連接。

進一步地，所述內絕緣層和外絕緣層總厚度不小於0.6mm，其中內絕緣層的厚度為總厚度的25％～50％。

進一步地，所述內絕緣層電導率≤10μS/mm，外絕緣層滷素含量≤0.1％。

長壽命電纜的製造方法，包括以下順序步驟：

a、導體的製造：通過絞線機將銅線芯或鋁線芯製成分層、多次、反向束絞合的導體；

b、內絕緣層、外絕緣層的擠塑成型：內絕緣層和外絕緣層通過採用雙層共擠加工系統通過放線、張緊、預熱、擠塑上膠、冷卻、收排線工序加工成型；

c、內絕緣層交聯成型：將步驟b得到的成型電纜通過化學交聯成型。

進一步地，所述擠塑上膠的溫度為120℃～220℃。

進一步地，所述擠塑上膠的溫度為180℃。

進一步地，所述化學交聯是矽烷交聯。

進一步地，所述矽烷交聯是將成型電纜在室溫下自然存放72h～120h；或在80℃～90℃熱水存放1h～4h；或在≤0.1MPa水蒸汽中存放1h～4h。

進一步地，所述矽烷交聯是將成型電纜在室溫下自然存放72h～120h。

採用上述技術方案，由於使用交聯的聚乙烯材料的內絕緣層、以及低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴的外絕緣層，採用熔融的方式使內絕緣層與外絕緣層連接，使得本發明有效改善了現有技術中單層的聚氯乙烯絕緣層存在的工作溫度和短路溫度低，以及容易老化，使用壽命短、絕緣性不好、含滷等有害物質等技術問題。本發明絕緣結構為雙層絕緣層，工藝上採用雙層共擠，內、外絕緣層同時一次擠出，避免單層擠出絕緣接合面摻入灰塵、水分或氣體等雜質而影響產品性能，接合面結合緊密無間隙，使產品電氣性能更穩定，抗老化性更加可靠，確保兩種材料的優點完美結合。內絕緣層為高性能不吸溼交聯聚乙烯，確保產品的電性能。外絕緣層為低煙無滷交聯聚烯烴，保證產品具有卓越的燃燒特性和機械性能。內外絕緣層採用低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴極大的改善了材料的耐老化性能、抗蠕變性能、抗環境開裂性能、抗熱變形性能和機械性能，有效保證和延長了電線的使用壽命。本發明的電纜適用於家庭住宅裝修、一類防火建築、重要公共場所以及人員集中場所的供電和控制線路。

附圖說明

圖1為本發明電纜結構示意圖；

圖2為本發明雙層共擠加工系統示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本發明，但並不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

如附圖1所示，長壽命電纜包括銅或鋁絞制而成的導體1，以及包覆在導體1外的內絕緣層2和外絕緣層3，具體實施中內絕緣層2採用交聯聚乙烯材料，外絕緣層3採用低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴；內絕緣層2與外絕緣層3採用熔融連接。

上述技術方案，由於採用的交聯的聚乙烯材料的內絕緣層2、以及低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴外絕緣層3，內絕緣層2形成了立體網絡結構、外絕緣層3低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴能有效提高了內絕緣層2和外絕緣層3的耐熱性，降低了相對熱延伸率，提高了產品抗老化的能力。同時降低了吸溼性，提高了絕緣性能；材料中的滷素含量低，實現了無毒無害。

為了進一步提高電纜抗老化能力、耐熱性能、絕緣性和安全性，內絕緣層2和外絕緣層3總厚度不小於0.6mm，其中內絕緣層2的厚度為總厚度的25％～50％。本案具體實施中，內絕緣層2的厚度為總厚度的40％。內絕緣層2的電導率≤10μS/mm，外絕緣層3滷素含量≤0.1％；具體實施中內絕緣層2的電導率6μS/mm，外絕緣層3滷素含量為0.08％。

長壽命電纜的製造方法，包括以下順序步驟：

a、導體的製造：通過絞線機將銅線芯或鋁線芯製成分層、多次、反向束絞合的導體；

b、內絕緣層、外絕緣層的擠塑成型：內絕緣層和外絕緣層通過採用雙層共擠加工系統通過放線、張緊、預熱、擠塑上膠、冷卻、收排線工序加工成型；

c、內絕緣層交聯成型：將步驟b得到的成型電纜通過化學交聯成型。

如附圖2所示，本案具體實施中採用的雙層共擠加工系統包括放線裝置4、張緊裝置5、預熱裝置6、塑料擠出機7、自動加料裝置8、成型模具9、冷卻裝置10、計米器11、牽引輪12、收排線裝置13，實施過程中，現將塑料擠出機7預熱，並通過自動加料裝置8向塑料擠出機7中添加聚乙烯、低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴。具體實施中，塑料擠出機7的溫度達到120℃～220℃，本案具體實施中塑料擠出機7溫度為180℃。並使用牽引輪12通過牽引繩將銅線芯或鋁線芯製成分層、多次、反向束絞合的導體1穿過張緊裝置5和預熱裝置6到達成型模具9。導體1在通過預熱裝置6時有效消除了導體的內應力，增加伸長率和提高柔軟性，提高上膠包覆成型效果。

在擠出過程中，自動加料裝置8中的聚乙烯、低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴藉助重力或加料螺旋進入塑料擠出機7的機筒中，在塑料擠出機7旋轉螺杆的推力作用下，不斷向前推進，從預熱段開始逐漸的向均化段運動。同時，聚乙烯、低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴受到塑料擠出機7的螺杆的攪拌和擠壓作用，並且在機筒的外熱及塑料與設備之間的剪切摩擦的作用下轉變為熔融流態，在塑料擠出機7的螺槽中形成連續均勻的料流。在設定的溫度作用下，聚乙烯、低煙無滷聚烯烴從固體狀態轉變為熔融狀態的可塑物體，再經由塑料擠出機7螺杆的推動或攪拌，將完全塑化好的聚乙烯、低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴推入機頭。再經過成型模具9的模芯和模套間的環形間隙，從模套口擠出，使熔融狀態的聚乙烯、低煙無滷阻燃的熱塑性聚烯烴在高壓下包覆在導體1的周圍，形成連續密實的內絕緣層2或外絕緣層3，再經過冷卻裝置10冷卻和固化，形成電纜。在冷卻裝置10和牽引輪12之間設置計米器11，有效計算電纜長度，並將通過收排線裝置13實現擠塑成型電纜的排線、卷繞收放在收線盤上。

並將收放好的線纜在室溫下自然存放72h～120h；或者在80℃～90℃熱水存放1h～4h；或在≤0.1MPa水蒸汽中存放1h～4h。本案具體實施中採用在室溫下自然存放100h。

本發明採用的矽烷交聯原理：

矽烷交聯是化學交聯的一種，通常矽烷交聯有兩步法、一步法和共聚法等多種方法。但化學反應基本相同，其化學反應過程大致如下：

a)引發劑DCP分解成游離基

b)在DCP的觸發下，吸引乙烯鏈上的氫，使聚乙烯分子鏈生成游離基(也稱為脫氫反應)

···——CH2——CH2——CH2——···+

···——CH2——CH2——CH2——···+

c)生成接枝聚乙烯

游離基接枝劑以A151(乙烯基三甲氰基矽烷)為例：

生成接枝聚乙烯接上了含有矽氧烷基的枝鏈

d)水解縮合生成矽醇，最後形成全部矽烷分子接到聚乙烯烯鏈上去。有兩種反應機制：

從上面反應式可以看出，矽烷交聯反應與一般化學交聯一樣，DCP分解，在聚乙烯上形成接點。由於矽烷與聚乙烯接枝，進一步常規化學交聯受到阻止，同時接點從聚乙烯鏈上移到矽烷分子上。當矽烷分子在別的聚乙烯上吸取一個H原子，從而起到進一步接枝的傳播作用。這個過程不斷重複，直至大的矽烷分子接枝到聚乙烯鏈上去。該方法只需要少量DCP以引發第一個接點，從而引起接枝連鎖反應(如用矽烷1.5份，採用DCP0.1份左右即可)。接枝的最高溫度為200℃左右。

接枝過的聚乙烯仍是熱塑性的，很容易被普通的擠塑機擠出。當在接枝矽烷上加入水分子時，化學變化開始，吸了水中的氧形成水解。

最通用的催化劑是二月桂酸二丁基錫酯(DBDTL),在二月桂酸二丁基錫酯(DBDTL)(Dibutyl tin dilaurate)的觸媒下，縮合成交聯聚乙烯。水解和縮合的時間因電纜的絕緣厚度不同而不同。當電纜浸在80℃水中時，1～6kV電纜需要4～5小時後，10～20kV電纜則需要10～20小時以後，可達70％以上交聯度。

矽烷交聯工藝的突出優點是在擠出線上不受交聯時間的限制,可充分利用擠出機的擠出量而達到最高的線速度,中等截面電纜線可達50m/min左右速度.矽烷交聯所需交聯劑DCP甚少,對防止絕緣中產生空隙，提高其電氣性能有好處。

本發明具體實施過程中採用一步法(是指矽烷接枝和擠出成型一次完成的方法。)。一步法工藝中，a、b、c三步反應在絕緣擠出過程中完成，第四步反應則在擠出後的存放過程中完成。

以上結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但本發明不限於所描述的實施方式。對於本領域的技術人員而言，在不脫離本發明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發明的保護範圍內。