一种动车组耐低温高寒电缆及其生产方法与流程

本发明属于电缆技术领域，更具体地说，涉及一种动车组耐低温高寒电缆及其生产方法。

背景技术：

随着我国高铁事业快速发展，高铁从平原地带走向高原地带，从常温地带走向极寒地带。例如我国建设了到新疆乌鲁木齐的高铁，建设了到西藏拉萨的高铁，在东北也建设了多条高铁线路，新疆和西藏属于高原地区，这些地区常年处于零下几十摄氏度，甚至达到零下50℃；东北的冬季平均气温一般在零下15℃到零下30℃左右，大兴安岭以北冬季温度可达零下40℃，极个别地区可达零下50℃，因此对于动车组上使用的控制电缆应具有良好的耐低温性能，至少需在零下40℃的户外环境中不发生龟裂，保持良好的物理机械性能和电气性能，保证为动车组传输准确无误的动作信号，但是鉴于目前某些地区的极寒天气，国内外对动车组耐低温高寒电缆提出了新的要求，需要保证在零下50℃甚至更低的户外环境中不发生龟裂，且要保持良好的物理机械性能和电气性能。

目前国内外动车电缆的低温要求温度是零下40℃，实际运行温度在零下20℃～50℃的区间范围内，国外对于过低温度采取的措施是对使用电缆增加保温层，避免电缆直接受到过低温度冲击，由于过低温度，易造成电缆龟裂，影响正常使用。

为了解决上述动车组电缆在极低温下出现的问题，经检索发现，中国专利申请号为200810023863.5，申请公布日为2009年9月10日的专利申请文件公开了一种高耐寒聚氯乙烯电缆料，它由下列重量份的原料制备而成，其中：聚氯乙烯80～100份、邻苯二甲酸二辛酯20～40份、癸二酸二辛酯60～80份、乙二酸二辛酯4～8份、轻质活性碳酸钙20～40份、润滑剂1～3份、ca-zn复合稳定剂4～8份、抗氧剂10101～4份、耐寒剂k175c0.5～5份、丁腈橡胶20～50份，该专利能在极寒状态下(-50～-70℃)使用的聚氯乙烯电缆料，使用过程中不开裂。中国专利申请号为201620396676.1，申请公布日为2017年2月8日的专利申请文件公开了一种耐极寒控制电缆，它包括至少两个带绝缘层的铜导体，该绝缘层为耐低温绝缘层；绝缘线芯成缆时的空隙处设有以茂金属为催化剂合成的聚乙烯耐低温填充层，成缆后的缆芯外圈依次包有屏蔽层和耐低温护套，该电缆同样能够在-80℃的环境温度下安装敷设且安全可靠运行的耐极寒控制电缆，能够为在南极大陆等极寒环境下使用的科研设备传输准确无误的动作信号，但是并未给出具体的耐低温护套的组成材料，也无法从现有技术中得知。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有动车组耐低温高寒电缆应用到零下50℃甚至更低的户外环境中容易发生龟裂从而影响电缆正常使用的问题，本发明提供了一种动车组耐低温高寒电缆，可以适应零下50℃甚至更低的户外环境，电缆不会发生龟裂，保持电缆良好的物理机械性能和电气性能，保障动车组的正常运行。

本发明又提供了一种动车组耐低温高寒电缆的生产方法，该方法的步骤衔接有序，通过对绝缘层和耐低温高寒护套层的原料配方进行改进，使得动车组耐低温高寒电缆的抗寒性能达到最佳。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

本发明的一种动车组耐低温高寒电缆，包括若干总线、耐低温高寒护套层、屏蔽层及绝缘层，总线与总线之间填充有第一填充芯，总线与第一填充芯绞合在一起且截面成圆形，总线和第一填充芯的外围是绝缘层，绝缘层的外围是屏蔽层，屏蔽层的外围是耐低温高寒护套层。

作为本发明的进一步改进，所述总线包括第一电缆单元、第二电缆单元和第三电缆单元，第一电缆单元的个数为三个，第二电缆单元的个数是一个，第三电缆单元的个数是一个，第一电缆单元、第二电缆单元与第三电缆单元之间设有第一填充芯，第一电缆单元、第二电缆单元、第三电缆单元和第一填充芯绞合在一起成圆形。

作为本发明的进一步改进，所述第一电缆单元由四个规格相同的线芯a绞合成圆形后包裹薄壁屏蔽层a而成；每个线芯a由导体和绝缘层组成，绝缘层均匀密封导体，绝缘层的厚度为0.72～1.02mm。

作为本发明的进一步改进，所述第二电缆单元由四个规格相同的线芯b绞合成圆形后包裹薄壁屏蔽层b而成；每个线芯b由导体和绝缘层组成，绝缘层均匀密封导体，绝缘层的厚度为0.18～0.31mm。

作为本发明的进一步改进，所述第三电缆单元由两个规格相同的线芯c和线芯c两侧的两个第二填充芯绞合呈圆形后包裹绝缘层c，绝缘层c的外围是薄壁屏蔽层c，薄壁屏蔽层c的外围是护套。

作为本发明的进一步改进，所述第一电缆单元的线芯a的横截面积为1.0mm²，第二电缆单元的线芯b的横截面积为1.0mm²。

作为本发明的进一步改进，所述第三电缆单元的线芯c的横截面积为0.75mm²。

作为本发明的进一步改进，所述导线为退火镀锡铜线；所述屏蔽层、薄壁屏蔽层a薄壁屏蔽层b、薄壁屏蔽层c均采用退火镀锡铜线编织而成。

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在不大于3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度不要超过200℃；4)屏蔽层编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为12～14mrad。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶40～50份、硫化剂5～10份、s-50w除霜剂4～6份、lldpe塑胶粒子2～5份；所述耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶100～120份、聚丙烯10～15份、氧化镁10～20份、米糠生物炭5～10份、耐寒剂1～5份、植物油2～3份、交联剂2～3份。

作为本发明的进一步改进，所述硫化剂为目前常规技术使用的硫化剂；耐寒剂为耐寒剂1010；植物油为菜籽油；交联剂为硅烷交联剂。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的动车组耐低温高寒电缆，通过其层状结构设计，加强了电缆的抗机械强度、密封性以及导电性，同时耐低温高寒护套层具有很好地抗低温性能，可以适应零下50℃甚至更低的户外环境，电缆不会发生龟裂，保持电缆良好的物理机械性能和电气性能，保障动车组的正常运行；

(2)本发明的动车组耐低温高寒电缆，其使用的导体、屏蔽层、薄壁屏蔽层a均采用了灵活退火镀锡铜导线，增加了电缆的柔韧性，可以有效提升电缆自身强度，同时，避免对车体内数据控制类电缆信号干扰；

(3)本发明的动车组耐低温高寒电缆，其生产工艺采用蒸汽连硫和盐浴均可实现本产品的生产，蒸汽连硫存在一定的压力，对电缆的包覆性比较好，盐浴是将电缆放在200℃以内的盐水中浸泡，接触更充分，硫化快的特点；硅橡胶硫化的温度为200℃以内，不然温度过高会造成过交联的现象；

(4)本发明的动车组耐低温高寒电缆，各编织线之间的夹角为45°，编织角度对编织的覆盖率，屏蔽效果有较大影响，45°是满足我们镀锌软铜线规格和电缆外径参数要求；

(5)本发明的动车组耐低温高寒电缆，使用硅橡胶绝缘材料，可以有效提升电缆的耐受温度，高性能聚烯烃材料的最高耐受温度为120℃，硅橡胶可以达到150℃，瞬时耐受温度可以达到350℃。可以有效对抗启停过程中瞬时大电流引起的温升；

(6)本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，新型辐照交联聚乙烯，材料符合欧盟en50264标准对护套材料的要求，做到了低烟、无卤、阻燃、耐酸、耐碱、耐矿物质油燃料油、耐臭氧、耐紫外线的要求；

(7)本发明结构简单，设计合理，易于制造，成本低廉。

附图说明

下面结合具体附图对本发明进一步进行描述。

图1为本发明动车组耐低温高寒电缆的结构示意图。

图中：10、耐低温高寒护套层；20、屏蔽层；30、绝缘层；40、第一填充芯；50、第一电缆单元；51、线芯a；52、薄壁屏蔽层a；60、第二电缆单元；61、薄壁屏蔽层b；62、线芯b；70、第三电缆单元；71、薄壁屏蔽层c；72、绝缘层c；73、第二填充芯；74、护套；75、线芯c。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

如图1所示，本发明的动车组耐低温高寒电缆，包括若干总线、耐低温高寒护套层10、屏蔽层20及绝缘层30，总线与总线之间填充有第一填充芯40，总线与第一填充芯40绞合在一起且截面成圆形，总线和第一填充芯40的外围是绝缘层30，绝缘层30的外围是屏蔽层20，屏蔽层20的外围是耐低温高寒护套层10。绝缘层30由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶40～50份、硫化剂5～10份、s-50w除霜剂4～6份、lldpe塑胶粒子2～5份；耐低温高寒护套层10由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶100～120份、聚丙烯10～15份、氢氧化物10～20份、米糠生物炭5～10份、耐寒剂1～5份、交联剂2～3份、色母粒2～3份。

发明人经过理论分析和长期大量的实验研究发现，电缆的耐寒性能主要是指橡胶在一定低温下保持其弹性且很稳定的能力，主要取决于高聚物的两个基本过程：玻璃化转变和结晶。玻璃化温度(tg)是橡胶的分子链段由运动到冻结的转变温度，链段运动是通过主链单键内旋转实现的，橡胶分子链的柔顺性决定橡胶的耐寒性。减弱分子链柔性或增加分子间作用力的因素，例如引入极性侧基、庞大侧基、交联、结晶都会使tg升高；反之，增加分子链柔性的因素，如加软化剂或引入柔性基团都会使tg下降。

然而，发明人在对绝缘层的组分或是护套层的组分进行改进时，发现得到与本领域的专家相同的结论：硅橡胶的耐油耐溶剂性能较差，限制其应用领域，需要改善其耐油性能，所以需对其进行化学改性或物理改性，在保持其优良特性的同时又改善其不足，故而影响了其使用的范围。因此，在此基础上，发明人通过大量的实验研究，得到本发明的技术方案。发明人采用了不同于背景技术中采用的原料，例如：硅橡胶100～120份、聚丙烯10～15份、氢氧化物10～20份、米糠生物炭5～10份、耐寒剂1～5份、植物油2～3份、交联剂2～3份，通过共聚改性在硅橡胶分子链上引入其它大体积基团，适合的改性链节既可调节硅橡胶的玻璃化温度，也可有效抑制结晶过程，提高硅橡胶的低温弹性。

发明人进一步分析可能的原因是：1)一般植物油为不饱和的长链脂肪酯，极性酯以及不饱和基团能够同米糠生物炭表面相互问充分反应，而其饱和部分可以与橡胶混合，引发植物油和米糠生物炭之间的偶联作用，米糠生物炭与橡胶之间借助植物油的偶联作用形成物理一化学交联键；2)米糠生物炭的粒径分布在0.01～0.05mm，发明人发现米糠生物炭表面也存在许多微细的小孔，再者米糠生物炭中还含有硅元素，据此，推测采用硅烷交联剂作它的表面处理剂或许是有用的，米糠生物炭对硅橡胶起到补强作用。

如图1所示，在具体的动车组耐低温高寒电缆结构中，总线包括第一电缆单元50、第二电缆单元60和第三电缆单元70；第一电缆单元50的个数为三个，第二电缆单元60的个数是一个，第三电缆单元70的个数是一个，第一电缆单元50、第二电缆单元60与第三电缆单元70之间设有第一填充芯40，第一电缆单元50、第二电缆单元60、第三电缆单元70和第一填充芯40绞合在一起，三个电缆单元以及第一填充芯通过尺寸的合理级配，使得它们之间呈相切状态，高寒电缆的横切面直径达到最小，结构更为紧凑，有效地减小电缆的尺寸直径，降低了生产成本。

其中：第一电缆单元50由四个规格相同的线芯a51绞合成圆形后包裹薄壁屏蔽层a52而成；每个线芯a51由导体和绝缘层组成，绝缘层均匀密封导体，绝缘层的厚度为0.72～1.02mm；第二电缆单元60由四个规格相同的线芯b62绞合成圆形后包裹薄壁屏蔽层b61而成；每个线芯b62由导体和绝缘层组成，绝缘层均匀密封导体，绝缘层的厚度为0.18～0.31mm；第三电缆单元70由两个规格相同的线芯c75和线芯c75两侧的两个第二填充芯73绞合呈圆形后包裹绝缘层c72，绝缘层c72的外围是薄壁屏蔽层c71，薄壁屏蔽层c71的外围是护套74。

在本发明的实施例中，第一电缆单元50的线芯a51的横截面积为1.0mm²，第二电缆单元60的线芯b62的横截面积为1.0mm²；第三电缆单元70的线芯c75的横截面积为0.75mm²。

导线为镀锡铜线；屏蔽层、薄壁屏蔽层a薄壁屏蔽层b、薄壁屏蔽层c均采用退火镀锡铜线编织而成。

实施例1

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层30挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度为200℃；4)屏蔽层20编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为12mrad。

绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶50份、硫化剂10份、s-50w除霜剂6份、lldpe塑胶粒子5份；耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶120份、聚丙烯15份、氧化镁20份、米糠生物炭10份、耐寒剂10105份、菜籽油3份、硅烷交联剂3份。

实施例2

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层30挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度为200℃；4)屏蔽层20编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为12mrad。

绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶40份、硫化剂10份、s-50w除霜剂4份、lldpe塑胶粒子3份；耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶100份、聚丙烯15份、氧化镁20份、米糠生物炭8份、耐寒剂10102份、菜籽油2份、硅烷交联剂2份。

实施例3

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层30挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度为200℃；4)屏蔽层20编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为14mrad。

绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶50份、硫化剂8份、s-50w除霜剂5份、lldpe塑胶粒子3份；耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶120份、聚丙烯10份、氧化镁20份、米糠生物炭5份、耐寒剂10105份、菜籽油3份、硅烷交联剂3份。

实施例4

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层30挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度为200℃；4)屏蔽层20编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为13mrad。

绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶50份、硫化剂8份、s-50w除霜剂6份、lldpe塑胶粒子5份；耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶100份、聚丙烯12份、氧化镁20份、米糠生物炭50份、耐寒剂10102份、菜籽油2份、硅烷交联剂2份。

实施例5

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层30挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度为200℃；4)屏蔽层20编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为14mrad。

绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶45份、硫化剂8份、s-50w除霜剂4份、lldpe塑胶粒子3份；耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶110份、聚丙烯13份、氧化镁15份、米糠生物炭10份、耐寒剂10105份、菜籽油3份、硅烷交联剂3份。

实施例6

本发明的动车组耐低温高寒电缆的生产方法，包括以下具体步骤：1)导体束丝：导体采用五类或者六类镀锡退火软铜丝束丝，束丝直径控制在3.85mm；2)束丝绞合：束丝导体进行绞合，绞合导体圆整，无断丝；3)绝缘层30挤出：采用单螺杆挤出机，蒸汽连硫或者盐浴方式进行绝缘硫化，控制温度为200℃；4)屏蔽层20编织：采用36锭编织机进行编织，选用五类镀锡软铜线作为编织体，各编织线之间的夹角为45°；5)耐低温高寒护套层挤出：采用辐照交联聚乙烯材料，挤出后进行辐照交联，辐照剂量为12mrad。

绝缘层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶45份、硫化剂8份、s-50w除霜剂6份、lldpe塑胶粒子4份；耐低温高寒护套层由以下重量份的原料制备而成，其中：硅橡胶120份、聚丙烯10份、氧化镁20份、米糠生物炭8份、耐寒剂10104份、菜籽油3份、硅烷交联剂2份。

由以上实施例1至6任意得到的耐低温高寒电缆均完全符合使用性能要求，可以适应零下50℃甚至更低的户外环境，电缆不会发生龟裂，保持电缆良好的物理机械性能和电气性能，保障动车组的正常运行。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。