一种核电站用高阻燃低释放1E级K3类电缆的制造方法与流程

本发明涉及电缆制造领域，具体涉及一种核电站用高阻燃低释放1e级k3类电缆的制造方法。

背景技术：

核电是一种经济、清洁、可再生的能源，近年来我国的核电工业发展迅速，而电缆是核电站的“神经”，对于核电的安全性有着关键影响。国际标准将完成反应堆的紧急停堆，安全壳隔离，堆芯的应急冷却，反应堆余热导出，防止放射性物质向周围环境大量排放等功能的电气系统设备的安全等级定义为1e级；因此核电站用1e级用的电缆成为了国内外的行业热点。

1e级k3类电缆是指安装在核反应堆安全壳以外，在正常环境条件下和在sl2(安全停堆地震动)载荷下仍能执行其规定的功能的电缆，适用于核电站安全壳外输配电系统、控制系统、电气机柜测量连接系统等；王岩在《核电站用1e级(k3类)电缆相关标准的讨论》中指出1e级k3类电缆的几项试验，ieee3883-1973中规定的1e级电缆垂直成束燃烧试验类似于gb/t18380中c级阻燃规定；而其热老化实验的寿命不低于40年。

现有的1e级k3类电缆一般能够达到gb/t18380中c级阻燃规定；但由于c类阻燃的电缆可燃物依旧较多且燃烧无法受到抑制，在产烟量较小的情况下，电缆热释放速率和热释放总量值高，所以若在火灾场合会在短时间内释放较多热量影响其他可燃物，不利于核电站的火灾预防管理；而核电站用电缆的制备成本较高，如果能够将其热老化寿命进一步延长，则电缆的利用率也会随之提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一款高阻燃、低释放、热老化寿命长的核电站用1e级k3类电缆，该电缆须具有燃烧性能b1级、产烟毒性为t1级、燃烧滴落物/微粒等级为d1级、腐蚀性能等级为a1级，热老化寿命大于60年的性能特点。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种核电站用高阻燃低释放1e级k3类电缆的制造方法，所述方法包括以下步骤：

(1)选取导体、绝缘材料、护套材料；所述导体为电工用铜线坯；所述绝缘材料分为内外两层，内绝缘材料为用高电气性能耐辐射交联聚乙烯，外绝缘材料为耐辐射无卤低烟阻燃交联聚烯烃；

(2)将步骤(1)所述铜线坯拉丝，将铜单丝退火镀锡后绞合为导体线芯；

(3)采用双层挤出机组将内绝缘材料、外绝缘材料同时挤包在导体线芯上制成绝缘线芯；保证外绝缘层的外表面圆整、光滑且断面无气孔；内绝缘层的挤出机组加工温度为140℃～210℃；外绝缘层挤出机组加工温度为70℃～180℃；挤出线速度为10～100m/min；保证内绝缘层的挤包厚度为0.1mm～0.8mm，外绝缘层的挤包厚度为0.6mm～2.2mm；

(4)将步骤(3)所得绝缘线芯与护套材料进行多次辐照交联；

(5)将步骤(4)所得绝缘线芯按照设计的方向、节距进行绞合；并在线芯外部重叠绕包高阻燃玻璃纤维包带；在线芯与高阻燃玻璃纤维包带的间隙填充阻燃高温填充绳；制备为缆芯；

(6)在挤出机组用一定压缩比的螺杆将填充材料挤包在缆芯上；并在挤包完成后的填充层外部重叠绕包高阻燃玻璃纤维包带；

(7)在挤出机组用一定压缩比的螺杆将护套材料挤包在步骤(6)所得物的绕包层上；得电缆；护套材料的挤出机组加工温度为70℃～180℃；

(8)对步骤(7)所得电缆进行辐照交联；进行性能检测试验；将合格产品包装入库。

为了保证产品高阻燃、低释放的性能；发明人经过反复实验发现，采用双层绝缘材料可以提高电缆的性能，但制备绝缘线芯时候的挤包工艺直接影响了线芯的阻燃性、绝缘性。通过发明人多次研究发现在导体线芯外部挤包双层绝缘层可以有效弥补两种材料的弱点，使制成的电缆具有更高的导电性能；进一步控制内绝缘层的挤包厚度为0.1mm～0.8mm，外绝缘层的挤包厚度为0.6mm～2.2mm；并且对内外绝缘层采用不同的加工温度，可以将电缆的绝缘性、阻燃性进一步优化；最终不仅能保证电缆绝缘线芯通过单根阻燃试验，也能保证电缆的燃烧性能满足滴落物/微粒等级达到d1级，即1200s内燃烧滴落物/微粒持续时间不超过10s

发明人通过实验发现控制护套材料挤出的工作温度在70℃～180℃，可以进一步提高电缆的隔氧效果，大大提高了电缆抑制火焰蔓延的能力，保证了其电缆的阻燃性。

优选的是，所述步骤(4)、步骤(8)中辐照交联的方式为在高频高压电子加速器辐照交联生产线上，采用10～20mrad的辐射总剂对材料或线芯进行电子束辐照；其中步骤(4)中辐照次数为1～3次；通过高能电子束射线照射使绝缘线芯与护套材料的分子结构由线性分子结构变成网状分子结构而达到交联的目的；在分子结构经过辐射交联变成网状分子结构时，可有效提高电缆的耐高温强度，也提高了电缆的刚性性能，也提高了耐应力开裂性能，延长其热老化寿命。

优选的是，所述步骤(2)中导体绞合的步骤将镀锡铜单丝，按照绞合节径比为12～18倍绞合成导体线芯；本发明采用的制造方法不对圆形铜单丝的规格进行限制。

优选的是，所述步骤(5)中绝缘电芯成缆节径比为16～40倍；在此节径比的范围内，本发明制备的电缆绝缘性能更优。

优选的是，所述阻燃高温填充绳的氧指数(oi)≥35％；熔点≥260℃；直径为1～12mm；在进行成缆时，在高阻燃玻璃纤维包带和绝缘线芯间隙中的阻燃高温填充绳提高了电缆阻燃性能和耐高温能力，同时也使得多根经过辐射交联形成的线芯更加稳定紧密地固定在一起，保证了电缆的稳定性和强度。

优选的是，步骤(5)、步骤(6)中所述高阻燃玻璃纤维包带的宽度为20～80mm；其中步骤(5)包带包裹层数为1～2层；步骤(6)包带包裹层数为1～4层，进一步采用高阻燃玻璃纤维包带可以使得本发明制备的电缆绝缘性能更优。

优选的是，所述步骤(6)中填充材料为无卤低烟阻燃聚烯烃隔氧层材料；氧指数(oi)≥40％；在此氧指数的范围内，本发明制备的电缆具有更为优异的性能。

优选的是，所述步骤(7)中护套材料为无卤低烟阻燃交联聚烯烃材料；氧指数(oi)≥32％。

优选的是，步骤(6)中螺杆压缩比为1.05∶1～1.20∶1；步骤(7)中螺杆压缩比1.1∶1～1.5∶1。

一种如权利要求1-9任一项所述方法制备的核电站用高阻燃低释放的1e级k3类电缆。

有益效果

(1)本发明所生产的1e级k3类电缆满足导体长期工作温度90℃时使用寿命大于60年，能耐受核电站安全壳外正常工况辐照老化；燃烧性能b1级、产烟毒性为t1级、燃烧滴落物/微粒等级为d1级、腐蚀性能等级为a1级。

(2)本发明所生产的1e级k3类电缆具有强的阻燃性能，通过多层阻燃材料及特定的挤包工艺制造而成的电缆实现了多层阻燃的功能，降低燃烧时温度的传递，阻隔氧气的传播，极大提高了电缆抑制火焰蔓延的能力；保证材料的高阻燃、低释放性。

(3)本发明制造的电缆中的材料均为绿色环保的材料，均为低烟、高阻燃，不含石棉和卤素等有害材料，符合rohs的标准，满足绿色环保阻燃电线电缆的要求，所制造的电缆采用辐照交联聚乙烯的内绝缘、采用辐照交联聚烯烃的外绝缘、高阻燃玻璃纤维包带、阻燃高温填充绳、采用无卤低烟阻燃聚烯烃材料的隔氧层和采用无卤低烟阻燃交联聚烯烃材料的外护套层都使得该电缆在燃烧后不存在高发烟、高毒性的弊端，避免释放出黑烟或hcl等气体，减少烟气毒气的排放量，减少燃烧热量的释放，不仅减少了对环境的污染，也保证了该电缆的燃烧性能。

附图说明

图1为本发明工艺流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，需要说明的是，本发明的实施例仅仅是为说明本发明所举例，而非是对本发明实施方向的限定。凡是属于本发明技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

实施例1

一种制造核电站用高阻燃低释放1e级k3类电缆的方法：

(1)选取电工用铜线坯作为导体、绝缘材料、护套材料；所述绝缘材料分为内外两层，内绝缘材料为用高电气性能耐辐射交联聚乙烯，外绝缘材料为耐辐射无卤低烟阻燃交联聚烯烃；

(2)将步骤(1)所述铜线坯拉丝，将铜单丝退火镀锡；将镀锡铜单丝，按照绞合节径比为12倍绞合成导体线芯；

(3)采用双层挤出机组将内绝缘材料、外绝缘材料同时挤包在导体线芯上制成绝缘线芯；保证外绝缘层的外表面圆整、光滑且断面无气孔；内绝缘层的挤出机组加工温度为140℃～190℃；外绝缘层挤出机组加工温度为70℃～160℃；挤出线速度为100m/min；保证内绝缘层的挤包厚度为0.1mm，外绝缘层的挤包厚度为0.6mm；

(4)将步骤(3)所得绝缘线芯与护套材料在高频高压电子加速器辐照交联生产线上，采用10mrad的辐射次总剂进行电子束辐照进行1次辐照交联；

(5)将步骤(4)所得绝缘线芯按照设计的方向16倍的节径比进行绞合；并在线芯间隙填充氧指数(oi)≥35％；熔点≥260℃；直径为1mm的阻燃高温填充绳；在线芯外部重叠绕包宽度为20mm的高阻燃玻璃纤维包带1层；制备为缆芯；

(6)在挤出机组用压缩比为1.20:1的螺杆将氧指数(oi)≥40％的无卤低烟阻燃聚烯烃隔氧层材料挤包在缆芯上；并在挤包完成后的填充层外部重叠绕包宽度为20mm的高阻燃玻璃纤维包带4层；

(7)在挤出机组用压缩比为1.1：1的螺杆将氧指数(oi)≥32％的无卤低烟阻燃交联聚烯烃材料挤包在步骤(6)所得物的绕包层上；得电缆；护套材料的挤出机组加工温度为70℃～160℃；

(8)对步骤(7)所得电缆在高频高压电子加速器辐照交联生产线上，采用10mrad的辐射总剂对材料或线芯进行电子束辐照交联；然后进行性能检测试验；将合格产品包装入库。

实施例2

一种制造核电站用高阻燃低释放1e级k3类电缆的方法：

(1)选取电工用铜线坯作为导体、绝缘材料、护套材料；所述绝缘材料分为内外两层，内绝缘材料为用高电气性能耐辐射交联聚乙烯，外绝缘材料为耐辐射无卤低烟阻燃交联聚烯烃；

(2)将步骤(1)所述铜线坯拉丝，将铜单丝退火镀锡；将镀锡铜单丝，按照绞合节径比为18倍绞合成导体线芯；

(3)采用双层挤出机组将内绝缘材料、外绝缘材料同时挤包在导体线芯上制成绝缘线芯；保证外绝缘层的外表面圆整、光滑且断面无气孔；内绝缘层的挤出机组加工温度为160℃～210℃；外绝缘层挤出机组加工温度为90℃～180℃；挤出线速度为10m/min；保证内绝缘层的挤包厚度为0.8mm，外绝缘层的挤包厚度为2.2mm；

(4)将步骤(3)所得绝缘线芯与护套材料在高频高压电子加速器辐照交联生产线上，采用20mrad的辐射总剂进行电子束辐照进行3次辐照交联；

(5)将步骤(4)所得绝缘线芯按照设计的方向40倍的节径比进行绞合；并在线芯间隙填充氧指数(oi)≥35％；熔点≥260℃；直径为12mm的阻燃高温填充绳；在线芯外部重叠绕包宽度为80mm的高阻燃玻璃纤维包带2层；制备为缆芯；

(6)在挤出机组用压缩比为1.05:1的螺杆将氧指数(oi)≥40％的无卤低烟阻燃聚烯烃隔氧层材料；挤包在缆芯上；并在挤包完成后的填充层外部重叠绕包宽度为80mm的高阻燃玻璃纤维包带4层；

(7)在挤出机组用压缩比为1.5：1的螺杆将氧指数(oi)≥32％的无卤低烟阻燃交联聚烯烃材料挤包在步骤(6)所得物的绕包层上；得电缆；护套材料的挤出机组加工温度为90℃～180℃；

(8)对步骤(7)所得电缆在高频高压电子加速器辐照交联生产线上，采用20mrad的辐射总剂对材料或线芯进行电子束辐照交联；然后进行性能检测试验；将合格产品包装入库。

实验例1

对实施例1-2进行例行试验，包括导体直流电阻测试、工频耐压试验和绝缘电阻试验；根据gb/t3048-2007电线电缆电性能试验方法第4部分：导体直流电阻试验常规方法；第5部分：绝缘电阻试验，进行体直流电阻测试、绝缘电阻试验；

耐压试验：将样品弯曲，其弯曲直径为样品中电缆直径的40倍，然后以3.15kv/mm梯度施加电压，持续5min；试验测得结果见表1。

表1例行试验结果

实验例2

对实施例1-3进行鉴定试验，包括：

(1)iec电气型式试验；

(2)iec非电气型式试验；

(3)根据iec60216标准《确定热老化实验程序和评定试验结果的一般规程》进行热寿命老化试验、根据ieee383及相关数学原理进行计算；

(4)辐照老化试验：对实施例1、实施例2进行等效60年的辐射老化模拟实验，以co⁶⁰作为放射源，辐射速率≤1×10³gy/h，辐射量为3.75×10⁵gy。

试验测得结果见表2

表2鉴定试验结果

实验例3

对实施例1-3进行燃烧特性试验，包括：

(1)腐蚀性试验；按照iec60754规定进行；

(2)毒性试验；按照nes713的毒性指数测量方法进行；

(3)燃烧试验；按照gb/t31247规定的燃烧试验进行；

(4)阻燃性试验；按照iec60332-3规定的成束阻燃试验进行；

试验测得结果见表3：

表3燃烧特性试验结果