长寿命高绝缘电缆及其制造方法与流程

本发明涉及电线电缆技术领域，特别涉及使用寿命长、绝缘性好的长寿命高绝缘电缆及其制造方法。

背景技术：

传统建筑用电线使用单层聚氯乙烯绝缘，存在以下缺点：工作温度(70℃)和短路温度(160℃)低，容易老化，正常使用条件下只有20-30年使用寿命，使用中如存在超负荷或极端气候情况则使用寿命还更短。近年来，由于电线线路老化引发的火灾事故有逐年增加的趋势，传统建筑用电线急需升级换代。

此外由于聚氯乙烯绝缘为极性材料，绝缘电阻不高且易吸湿，电线一旦受潮，极易产生漏电,甚至酿成事故；聚氯乙烯绝缘材料燃烧时还会产生大量有毒有害气体、烟雾，给人身安全和财产造成很大威胁。因此开发与建筑物寿命同步，并且绿色、环保的长寿命电线，可有效减少因电线老化引发的火灾事故的发生机率，意义重大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、绝缘性好、安全性高、无毒无害的长寿命高绝缘电缆及其制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

长寿命高绝缘电缆，包括铜或铝绞制而成的导体，及包覆在导体外的绝缘层，所述的绝缘层包括内绝缘层、外绝缘层，所述内绝缘层采用交联聚乙烯，外绝缘层采用低烟无卤阻燃交联聚烯烃；所述内绝缘层与外绝缘层熔融连接。

进一步地，所述内绝缘层和外绝缘层总厚度不小于0.6mm，其中内绝缘层的厚度为总厚度的25％～50％。

进一步地，所述内绝缘层电导率≤10μS/mm，外绝缘层卤素含量≤0.1％。

长寿命高绝缘电缆的制造方法，包括以下顺序步骤：

a、导体的制造：通过绞线机将铜线芯或铝线芯制成分层、多次、反向束绞合的导体；

b、内绝缘层、外绝缘层的挤塑成型：内绝缘层和外绝缘层通过采用双层共挤加工系统通过放线、张紧、预热、挤塑上胶、冷却、收排线工序加工成型；

c、内绝缘层、外绝缘层的交联成型：将步骤b得到的成型电缆通过化学交联成型。

进一步地，所述挤塑上胶的温度为120℃～220℃。

进一步地，所述挤塑上胶的温度为180℃。

进一步地，所述化学交联是硅烷交联。

进一步地，所述硅烷交联是将成型电缆在室温下自然存放72h～120h；或在80℃～90℃热水存放1h～4h；或在≤0.1MPa水蒸汽中存放1h～4h。

采用上述技术方案，由于使用交联的聚乙烯材料的内绝缘层、以及低烟无卤阻燃的交联的聚烯烃外绝缘层，采用熔融的方式使内绝缘层与外绝缘层连接，使得本发明有效改善了现有技术中单层的聚氯乙烯绝缘层存在的工作温度和短路温度低，以及容易老化，使用寿命短、绝缘性不好、含卤等有害物质等技术问题。本发明绝缘结构为双层绝缘层，工艺上采用双层共挤，内、外绝缘层同时一次挤出，避免单层挤出绝缘接合面掺入灰尘、水分或气体等杂质而影响产品性能，接合面结合紧密无间隙，使产品电气性能更稳定，抗老化性更加可靠，确保两种材料的优点完美结合。内绝缘层为高性能不吸湿交联聚乙烯，确保产品的电性能。外绝缘层为低烟无卤阻燃交联聚烯烃，保证产品具有卓越的燃烧特性和机械性能。内外绝缘通过交联工艺，使聚乙烯直链状的分子结构转变成三维网状结构，极大的改善了材料的耐老化性能、抗蠕变性能、抗环境开裂性能、抗热变形性能和机械性能，有效保证和延长了电线的使用寿命。本发明的电缆适用于家庭住宅装修、一类防火建筑、重要公共场所以及人员集中场所的供电和控制线路。

附图说明

图1为本发明电缆结构示意图；

图2为本发明双层共挤加工系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如附图1所示，长寿命高绝缘电缆包括铜或铝绞制而成的导体1，以及包覆在导体1外的内绝缘层2和外绝缘层3，具体实施中内绝缘层2采用交联聚乙烯，外绝缘层3采用低烟无卤阻燃的交联聚烯烃；内绝缘层2与外绝缘层3采用熔融连接。

上述技术方案，由于采用的交联的聚乙烯材料的内绝缘层2、以及低烟无卤阻燃的交联的聚烯烃的外绝缘层3，内绝缘层2、外绝缘层3的聚烯烃形成了立体网络结构，有效提高了内绝缘层2和外绝缘层3的耐热性，降低了相对热延伸率，提高了产品抗老化的能力。同时降低了吸湿性，提高了绝缘性能；材料中的卤素含量低，实现了无毒无害。

为了进一步提高电缆抗老化能力、耐热性能、绝缘性和安全性，内绝缘层2和外绝缘层3总厚度不小于0.6mm，其中内绝缘层2的厚度为总厚度的25％～50％。本案具体实施中，内绝缘层2的厚度为总厚度的40％。内绝缘层2的电导率≤10μS/mm，外绝缘层3卤素含量≤0.1％；具体实施中内绝缘层2的电导率6μS/mm，外绝缘层3卤素含量为0.08％。

长寿命高绝缘电缆的制造方法，包括以下顺序步骤：

a、导体的制造：通过绞线机将铜线芯或铝线芯制成分层、多次、反向束绞合的导体；

b、内绝缘层、外绝缘层的挤塑成型：内绝缘层和外绝缘层通过采用双层共挤加工系统通过放线、张紧、预热、挤塑上胶、冷却、收排线工序加工成型；

c、内绝缘层、外绝缘层的交联成型：将步骤b得到的成型电缆通过化学交联成型。

如附图2所示，本案具体实施中采用的双层共挤加工系统包括放线装置4、张紧装置5、预热装置6、塑料挤出机7、自动加料装置8、成型模具9、冷却装置10、计米器11、牵引轮12、收排线装置13，实施过程中，现将塑料挤出机7预热，并通过自动加料装置8向塑料挤出机7中添加聚乙烯、低烟无卤阻燃聚烯烃。具体实施中，塑料挤出机7的温度达到120℃～220℃，本案具体实施中塑料挤出机7温度为180℃。并使用牵引轮12通过牵引绳将铜线芯或铝线芯制成分层、多次、反向束绞合的导体1穿过张紧装置5和预热装置6到达成型模具9。导体1在通过预热装置6时有效消除了导体的内应力，增加伸长率和提高柔软性，提高上胶包覆成型效果。

在挤出过程中，自动加料装置8中的聚乙烯、低烟无卤阻燃聚烯烃借助重力或加料螺旋进入塑料挤出机7的机筒中，在塑料挤出机7旋转螺杆的推力作用下，不断向前推进，从预热段开始逐渐的向均化段运动。同时，聚乙烯、低烟无卤阻燃聚烯烃受到塑料挤出机7的螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦的作用下转变为熔融流态，在塑料挤出机7的螺槽中形成连续均匀的料流。在设定的温度作用下，聚乙烯、低烟无卤阻燃聚烯烃从固体状态转变为熔融状态的可塑物体，再经由塑料挤出机7螺杆的推动或搅拌，将完全塑化好的聚乙烯、低烟无卤阻燃聚烯烃推入机头。再经过成型模具9的模芯和模套间的环形间隙，从模套口挤出，使熔融状态的聚乙烯、低烟无卤阻燃聚烯烃在高压下包覆在导体1的周围，形成连续密实的内绝缘层2或外绝缘层3，再经过冷却装置10冷却和固化，形成电缆。在冷却装置10和牵引轮12之间设置计米器11，有效计算电缆长度，并将通过收排线装置13实现挤塑成型电缆的排线、卷绕收放在收线盘上。

并将收放好的线缆在室温下自然存放72h～120h；或者在80℃～90℃热水存放1h～4h；或在≤0.1MPa水蒸汽中存放1h～4h。本案具体实施中采用在80℃～90℃热水存放2.5h。

本发明采用的硅烷交联原理：

硅烷交联是化学交联的一种，通常硅烷交联有两步法、一步法和共聚法等多种方法。但化学反应基本相同，其化学反应过程大致如下：

a)引发剂DCP分解成游离基

b)在DCP的触发下，吸引乙烯链上的氢，使聚乙烯分子链生成游离基(也称为脱氢反应)

c)生成接枝聚乙烯

游离基接枝剂以A151(乙烯基三甲氰基硅烷)为例：

生成接枝聚乙烯接上了含有硅氧烷基的枝链

d)水解缩合生成硅醇，最后形成全部硅烷分子接到聚乙烯烯链上去。有两种反应机制：

从上面反应式可以看出，硅烷交联反应与一般化学交联一样，DCP分解，在聚乙烯上形成接点。由于硅烷与聚乙烯接枝，进一步常规化学交联受到阻止，同时接点从聚乙烯链上移到硅烷分子上。当硅烷分子在别的聚乙烯上吸取一个H原子，从而起到进一步接枝的传播作用。这个过程不断重复，直至大的硅烷分子接枝到聚乙烯链上去。该方法只需要少量DCP以引发第一个接点，从而引起接枝连锁反应(如用硅烷1.5份，采用DCP0.1份左右即可)。接枝的最高温度为200℃左右。

接枝过的聚乙烯仍是热塑性的，很容易被普通的挤塑机挤出。当在接枝硅烷上加入水分子时，化学变化开始，吸了水中的氧形成水解。

最通用的催化剂是二月桂酸二丁基锡酯(DBDTL),在二月桂酸二丁基锡酯(DBDTL)(Dibutyl tin dilaurate)的触媒下，缩合成交联聚乙烯。水解和缩合的时间因电缆的绝缘厚度不同而不同。当电缆浸在80℃水中时，1～6kV电缆需要4～5小时后，10～20kV电缆则需要10～20小时以后，可达70％以上交联度。

硅烷交联工艺的突出优点是在挤出线上不受交联时间的限制,可充分利用挤出机的挤出量而达到最高的线速度,中等截面电缆线可达50m/min左右速度.硅烷交联所需交联剂DCP甚少,对防止绝缘中产生空隙，提高其电气性能有好处。

本发明具体实施过程中采用一步法(是指硅烷接枝和挤出成型一次完成的方法。)。一步法工艺中，a、b、c三步反应在绝缘挤出过程中完成，第四步反应则在挤出后的存放过程中完成。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。