一种陶瓷化聚烯烃防火中压电缆制造方法与流程

本发明涉及电缆技术领域，具体的说是一种陶瓷化聚烯烃防火中压电缆制造方法。

背景技术：

耐火电缆倍广泛应用在高层建筑、地铁、发电厂、核电站等重要的部门及公共场所。同时许多基建工程开始垂青耐火电缆，以便在发生火灾后，供电系统能够保持稳定的正常运转，有助于救援工作的展开，尽可能的减少人员的伤亡和财务的损失。

目前国内外多采用的是氧化镁矿物耐火电缆和云母带/橡胶复合带的耐火电缆，前者制造成本高，制造敷设难度大；后者具有一定的不稳定性，很多云母带的云母片容易脱落，特别是小面积耐火电缆的制造，产品质量很难保证。随着耐火材料的不断更新，陶瓷化硅橡胶耐火电缆开始被采用，但是硅橡胶加工工序较多，周期较长，生产效率低，而且陶瓷化化硅橡胶在燃烧后形成的耐火层硬度较小，没有一定的附着力和强度，容易破裂脱落，耐火效果较差。其次，硅橡胶在燃烧后会形成二氧化硅粉末，附着能力低，容易形成粉尘，对人员造成二次伤害。

国家知识产权局于2013年02月27日，公开了一件公开号为202758656u，名称为“额定电压6kv-35kv陶瓷化硅橡胶绝缘中压耐火电缆”的实用型型专利，本发明公开了额定电压6kv-35kv陶瓷化硅橡胶绝缘中压耐火电缆，通过采用以硅橡胶为基料的半导电导体或绝缘屏蔽料，设计了以硅橡胶为基料的半导电导体屏蔽层+陶瓷化硅橡胶绝缘层+以硅橡胶为基料的半导电绝缘屏蔽层三层同时挤出的工艺，将陶瓷化硅橡胶作为绝缘层的同时也作为耐火层。本实用型采用陶瓷化硅橡胶作为绝缘及耐火层，陶瓷化硅橡胶作为绝缘不能适用于额定电压30kv及以上的中压电缆，陶瓷化硅橡胶作为耐火层在燃烧后形成的耐火层硬度较小，没有一定的附着力和强度，容易破裂脱落，耐火效果较差。其次，硅橡胶在燃烧后会形成二氧化硅粉末，附着能力低，容易形成粉尘，对人员造成二次伤害。

国家知识产权局于2017年06月06日，公开了一件公开号为202758656u，名称为“一种陶瓷化耐火电缆”的实用型型专利，本发明公开了一种陶瓷化耐火电缆，所述陶瓷化耐火电缆包括若干个缆芯，所述缆芯由里至外依次包括导体、内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层和金属屏蔽层；所述若干缆芯外由里至外依次包括耐火包带层、内护套层、陶瓷化聚烯烃耐火层、金属铠装层和外护套层。本实用型耐火层虽然结构材料商采用了陶瓷化聚烯烃，但是不满足中压电缆耐火试验要求，耐火试验后要进行工频耐压试验，本实用型无法满足该耐压试验。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种陶瓷化聚烯烃防火中压电缆制造方法，充分考虑了中、高压电缆的电性能和耐火性能之间的关系，解决两者之间的平衡点；特别是采用了挤包陶瓷化聚烯烃作为耐火层，在电缆燃烧时可以迅速的形成坚硬、密室的陶瓷状隔热隔氧隔温层；在350～1600℃有焰、无焰下，不熔融、不滴落、不脱落，温度越高，时间越长，燃烧后的陶瓷状越坚硬，残余物为陶瓷无机物，残余量≥85％，其次，加工工艺简单，对挤出加工设备要求低，生产效率高，能够很好的适应工业化大规模生产；再者，本发明在结构上单独设计了缓冲层，能满足耐火试验后的工频耐压试验；缓冲层采用1.0～2.0mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面；当电缆在高温火焰下燃烧时，绝缘层受热膨胀软化，通过在绝缘线芯表面绕包半导电包带作为缓冲层设计可以减小外面分相金属屏蔽带对软化后绝缘层的应力及机械损伤，使绝缘层在高温下完好，保证产品的正常工作和运行。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种陶瓷化聚烯烃防火中压电缆制造方法，该电缆的制造方法如下：拉丝→导体绞制→三层共挤化学交联→缓冲层→金属屏蔽→成缆→隔氧层→第一绕包层→防火层→第二绕包层→铠装层→第三绕包层→挤包外护套→性能检测；

所述三层共挤化学交联是指三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出半导电导体屏蔽、交联聚乙烯屏蔽、半导电绝缘屏蔽并经过化学交联后形成绝缘线芯，挤出半导电导体屏蔽的厚度为0.8mm，交联聚乙烯屏蔽厚度为4.5mm，半导电绝缘屏蔽的厚度为0.8mm；

所述缓冲层是指采用厚度1-1.5mm，宽度60-70mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面；

所述金属屏蔽是指采用厚度为0.1-0.12mm，宽度为40-45mm的铜带进行绕包；

所述成缆是指将三根经金属屏蔽后的线芯进行绞合，并在线芯的间隙中加入阻燃高温填充绳，所述阻燃高温填充绳的直径为φ8-15mm，氧指数oi≥35％，熔点≥260℃，在成缆之后的缆芯外面重叠绕包两层高阻燃玻璃纤维包带，所述高阻燃玻璃纤维包带的宽度为30-80mm；

所述隔氧层是指将厚度为1.5-2.8mm的高阻燃聚烯烃隔氧材料均匀紧密地挤包在成缆后的线芯表面，加工温度为80℃-165℃；

所述第一绕包层是指在隔氧层外重叠绕包多层厚度为0.15-0.52mm的高阻燃玻璃纤维包带；

所述防火层是指采用压缩比为1.1:1-1.5:1、长径比大于等于20的螺杆将厚度为4.5mm-5mm的陶瓷化聚烯烃材料均匀紧密地挤包在第一绕包层上；

所述第二绕包层是指在防火层外绕包多层厚度为0.15-0.25mm的高阻燃玻璃纤维包带；

所述铠装层是指将厚度为0.25-0.40mm的金属带进行双层间隙绕包或将直径为0.8-1.2mm的金属丝进行单层螺旋缠绕在第二绕包层外；

所述第三绕包层是指在铠装层外绕包多层厚度为0.15-0.25mm的高阻燃玻璃纤维包带；

所述挤包外护套是指采用低压缩比1.1:1-1.2:1且长径比大于等于20的螺杆将厚度为4.3-4.5mm的低烟无卤阻燃聚烯烃外护套材料均匀紧密地挤包在绕包层上。

进一步的是，所述拉丝是指采用直径为8mm的电工用圆铜杆在拉线设备上经过多个模具拉制并退火成直径为2.56-2.9mm的电工用铜线。

进一步的是，所述导体绞制是指将48-60根2.56mm-2.9mm的电工铜线在框绞机上进行绞制并分层紧压成直径为18.6-23.5mm的圆形导体。

进一步的是，所述三层共挤化学交联的挤塑机加工温度是85～115℃，交联管道温度260～380℃，挤出速度约5-7m/min，模芯直径为19.4-24.5mm,中模直径为20.2-25.1mm,模套直径为30.4-35.3mm。

进一步的是，所述成缆中三根线芯按照绞合直径30-60倍的节距进行绞合。

进一步的是，所述阻燃高温填充绳的的直径为φ12mm，氧指数oi≥35％，熔点≥260℃。

进一步的是，所述隔氧层指在低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1：1～1.5：1、长径比为l/d≥20的低烟无卤螺杆，将氧指数在36～40的高阻燃聚烯烃隔氧材料均匀紧密地挤包在成缆后的缆芯表面，加工温度控制在80℃～165℃。

进一步的是，所述防火层步骤是指在低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1：1～1.2：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将陶瓷化聚烯烃材料均匀紧密地挤包在绕包层上，加工温度控制在140℃～150℃。

进一步的是，所述挤包外护套步骤是指在低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1：1～1.5：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将氧指数oi≥36％的低烟无卤阻燃聚烯烃外护套材料均匀紧密地挤包在绕包层上形成外护套，加工温度控制在100～150℃。

进一步的是，所述性能检测步骤是指采用电缆专用检测设备对产品的电性能、机械性能、耐火性能进行检测。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在传统耐火电缆的结构基础上，通过增加或改变相应的结构或材料，设计出一种陶瓷化聚烯烃防火中压电缆，该产品可以在采用双喷灯，火焰温度为750℃～800℃，并同时施加电缆的额定电压，持续供火90min燃烧条件下，保证线路的完整性，电缆不击穿，且耐火试验结束后1小时内，对试样的完整性进行检查，在保持试验原始状态的情况下，给试样施加3.5u0的试验电压持续15min，电缆不击穿；

(2)本发明较其他防火中高压电缆，在结构上单独设计了缓冲层，缓冲层采用1.0～1.5mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面，具有良好的机械性能和稳定性，当电缆在高温火焰下燃烧时，绝缘层受热膨胀软化，通过在绝缘线芯表面绕包半导电包带作为缓冲层设计可以减小外面分相金属屏蔽带对软化后绝缘层的应力及机械损伤，使绝缘层在高温下完好，保证产品的正常工作和运行；与此同时，该电缆通过第一绕包层、第二绕包层、铠装层、第三绕包层和挤包外护套的设置，进一步提高了该电缆的稳定性，保证了其力学性能和机械性能，具有良好的抗拉与抗弯性能，使得该电缆能满足多种环境的敷设需求，在艰苦环境下经过多次物理或机械变形后仍然能保持电缆的正常工作和运行；

(3)本发明采用挤包低烟无卤陶瓷化聚烯烃隔氧料作为防火结构，该材料是一种性能优异的新型可瓷化聚烯烃高分子耐火材料，该材料能保证电缆在火焰状态下或500℃以上高温下迅速硬化并逐渐陶瓷化，最高可耐1200℃持续高温，具有结壳速度快，结壳温度低，烧蚀后陶瓷化铠体强度高，表面完整、无明显裂痕，且断面会生成均匀的微孔，可起到优异的隔热、降温、挡火效果；其次，加工工艺简单，对挤出加工设备要求低，生产效率高，能够很好的适应工业化大规模生产；该电缆通过成缆、隔氧、第一绕包层、防火层、第二绕包层、第三绕包层和外护套的结构，达到了多层阻燃隔火功能，大大保证了该电缆的阻燃、隔氧、耐火性能，使得该电缆在大火中仍能保持正常工作；

(4)本发明采用高阻燃无卤低烟聚烯烃材料作为外护套，产品在燃烧时不会产生可见火焰，在燃烧过程中不会产生大量有毒烟雾，因此在火灾发生时对各项系统的启动争夺了时间，保证了人民的人身和财产安全，减少国家损失；

(5)本发明制造的电缆具有较强的屏蔽性能，特别是在交通环境中，通过三层共挤化学交联和分相金属屏蔽的结合，可降低外界因素对电缆工作的影响，该电缆相比传统电缆的抗外界因素能力更强，更能安全稳定工作。

附图说明

图1是本发明制造电缆的方法流程图：

图2是本发明的结构示意图。

图中：1、导体；2、半导体导电屏蔽；3、交联聚乙烯屏蔽；4、半导电屏蔽；5、缓冲层；6、金属屏蔽；7、成缆；8、隔氧层；9、第一绕包层；10、防火层；11、第二绕包层；12、铠装层；13、第三绕包层；14、外护套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种陶瓷化聚烯烃防火中压电缆制造方法，该方法包括以下步骤：拉丝→导体绞制→三层共挤化学交联→缓冲层→金属屏蔽→成缆→隔氧层→第一绕包层→防火层→第二绕包层→铠装层→第三绕包层→挤包外护套→性能检测；

所述拉丝步骤是指采用直径为8mm高导电率的电工用圆铜杆在拉线设备上经过多个模具拉制并退火成直径为2.56mm的电工用圆铜线；

所述导体绞制步骤是指将48根2.56mm的电工圆铜线在500框绞机上进行绞制并分层紧压成直径为18.6mm的圆形导体1，最外层绞合节距为220mm；相邻层方向相反，最外层的绞合方向为左向；

所述三层共挤化学交联步骤是指在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出半导电导体屏蔽2、交联聚乙烯屏蔽3、半导电绝缘屏蔽4并经过化学交联后形成绝缘线芯；挤塑机加工温度85～115℃，交联管道温度260～380℃，挤出半导电导体屏蔽2的厚度为0.8mm，交联聚乙烯屏蔽3厚度为4.5mm，半导电绝缘屏蔽4的厚度为0.8mm，挤出速度约7m/min，模芯直径为19.4mm,中模直径为20.2mm,模套直径为30.4mm。

所述缓冲层5步骤是指采用1.0mm，宽度60mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面；

所述金属屏蔽6步骤是指采用厚度0.10mm，宽度40mm的软铜带进行单层重叠绕包，绕包搭盖率18％；

所述成缆7步骤是指将三根分相金属屏蔽6后的线芯按照绞合直径60倍的节距进行绞合，绞合方向右向，并在线芯间隙加以阻燃高温填充绳，在缆芯外面重叠绕包两层高阻燃玻璃纤维包带；所述高阻燃玻璃纤维包带的宽度为30mm；所述阻燃高温填充绳的的直径为φ8mm，氧指数oi≥35％，熔点≥260℃；

所述隔氧层8步骤是指在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将氧指数在36～40的高阻燃聚烯烃隔氧材料均匀紧密地挤包在成缆后的缆芯表面，挤出厚度1.5mm，加工温度控制在80℃～165℃；

所述第一绕包层9是指在隔氧层8外重叠绕包厚度为0.15mm的高阻燃玻璃纤维包带，重叠绕包2层，搭盖率18％；

所述防火层10步骤是指在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1:1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将厚度为4.5mm陶瓷化聚烯烃材料均匀紧密地挤包在绕包层上，加工温度控制在140℃～150℃；

所述第二绕包层11是指在防火层外采用厚度为0.15mm的高阻燃玻璃纤维包带，重叠绕包2层，搭盖率20％；

所述铠装层12是指采用厚度为0.25-0.40mm的金属带进行双层间隙绕包或将直径为0.8-1.2mm的金属丝进行单层螺旋缠绕在第二绕包层外，间隙率为45％；

所述第三绕包层13是指在铠装层外采用厚度为0.15mm的高阻燃玻璃纤维包带，重叠绕包2层，搭盖率16％；

所述挤包外护套14步骤是指在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1:1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将氧指数oi≥36％的低烟无卤阻燃聚烯烃外护套14材料均匀紧密地挤包在绕包层上形成外护套14，挤出厚度4.3mm，加工温度控制在100～150℃；

所述性能检测步骤是指采用电缆专用检测设备对产品的电性能、机械性能、耐火性能进行检测；电性能包括但不限于20℃时导体直流电阻、工频耐压试验、局部放电试验、冲击电压试验、4h试验；机械性能包括但不限于绝缘及护套的机械物理性能试验、老化性能试验、热延伸试验、吸水试验、收缩试验进行检测；耐火性能是指采用双喷灯，火焰温度750～800℃，供火时间90min，试验期间同时施加电缆额定压的耐压试验，在耐火试验结束后1小时内，对试样的完整性进行检查。

实施例1所提出的电缆在进行各种试验后与各种传统电缆相比的优势如下：

①无防火层10、隔氧层8、缓冲层5的传统电缆：

该传统电缆在进行耐火性能试验时，火焰温度为750～800℃，供火时间90min，在耐火试验结束1小时后，对电缆的完整性进行检查，该电缆的完整度为60％左右；在耐火试验期间同时对电缆施加额定电压的耐压试验，电缆被击穿；在保持试验原始状态的情况下，给电缆施加3.5u的试验电压持续15min，被击穿；在进行耐火试验之后，让该电缆持续工作24小时，该电缆无法保持稳定工作，间断出现故障；

②无防火层10、第二绕包层11、隔氧层8、第一绕包层9、缓冲层5、第三绕包层13的传统电缆：

该传统电缆在进行耐火性能试验时，火焰温度为750～800℃，供火时间90min，在耐火试验结束1小时后，对电缆的完整性进行检查，该电缆的完整度为45％左右；在耐火试验期间同时对电缆施加额定电压的耐压试验，电缆被击穿；在保持试验原始状态的情况下，给电缆施加3.5u的试验电压持续15min，被击穿；在进行耐火试验之后，让该电缆持续工作24小时，发现该电缆基本无法工作；

③本发明提出的电缆在进行耐火试验时，火焰温度为750～800℃，供火时间90min，在耐火试验结束1小时后，对电缆的完整性进行检查，该电缆的完整度接近97％；在耐火试验期间同时对电缆施加额定电压的耐压试验，电缆不被击穿；在保持试验原始状态的情况下，给电缆施加3.5u的试验电压持续15min，不被击穿；在进行耐火试验之后，让该电缆持续工作24小时，能持续保持稳定工作。

实施例2

在实施例2中，电缆的制造流程与实施例1相同，实施例2的步骤中与实施例1的步骤有如下区别：

所述拉丝步骤是指采用直径为8mm高导电率的电工用圆铜杆在拉线设备上经过多个模具拉制并退火成直径为2.80mm的电工用圆铜线；

所述导体绞制步骤是指将60根2.80mm的电工圆铜线在500型框绞机上进行绞制并分层紧压成直径为23mm的圆形导体1，最外层绞合节距为280mm；相邻层方向相反，最外层的绞合方向为左向；

所述三层共挤化学交联步骤是指在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出半导电导体屏蔽2、交联聚乙烯屏蔽3、半导电绝缘屏蔽4并经过化学交联后形成绝缘线芯；挤塑机加工温度85～115℃，交联管道温度260～380℃，挤出半导电导体屏蔽2的厚度为0.8mm，交联聚乙烯屏蔽3厚度为4.5mm，半导电绝缘屏蔽4的厚度为0.8mm，挤出速度约5m/min，模芯直径为24.5mm,中模直径为25.1mm,模套直径为35.3mm；

所述缓冲层5步骤是指采用1.2mm，宽度68mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面；

所述金属屏蔽6步骤是指采用厚度0.11mm，宽度43mm的软铜带进行单层重叠绕包，绕包搭盖率15％；

所述成缆7步骤是指将三根分相金属屏蔽后的线芯按照绞合直径60倍的节距进行绞合，绞合方向右向，并在线芯间隙加以阻燃高温填充绳，在缆芯外面重叠绕包两层高阻燃玻璃纤维包带；所述高阻燃玻璃纤维包带的宽度为70mm；所述阻燃高温填充绳的的直径为φ10mm，氧指数oi≥35％，熔点≥260℃；

所述隔氧层8步骤是指在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.4：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将氧指数在36～40的高阻燃聚烯烃隔氧材料均匀紧密地挤包在成缆后的缆芯表面，挤出厚度2.5mm，加工温度控制在80℃～165℃；

所述第一绕包层9是指在隔氧层外重叠绕包厚度为0.5mm的高阻燃玻璃纤维包带，重叠绕包2层，搭盖率17％；

所述防火层10步骤是指在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.4：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将陶瓷化聚烯烃材料均匀紧密地挤包在绕包层上；加工温度控制在140℃～150℃；挤出厚度5mm；

所述第二绕包层11是指在防火层外采用厚度为0.24mm的高阻燃玻璃纤维包带，重叠绕包2层，搭盖率15％；

所述第三绕包层13是指在铠装层外采用厚度为0.25mm的高阻燃玻璃纤维包带，重叠绕包2层，搭盖率15％；

所述挤包外护套14步骤是指在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.4：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将氧指数oi≥36％的低烟无卤阻燃聚烯烃外护套14材料均匀紧密地挤包在绕包层上形成外护套14，挤出厚度4.5m，加工温度控制在100～150℃。

①无防火层10、隔氧层8、缓冲层5的传统电缆：

该传统电缆在进行耐火性能试验时，火焰温度为750～800℃，供火时间90min，在耐火试验结束1小时后，对电缆的完整性进行检查，该电缆的完整度为61％左右；在耐火试验期间同时对电缆施加额定电压的耐压试验，电缆被击穿；在保持试验原始状态的情况下，给电缆施加3.5u的试验电压持续15min，被击穿；在进行耐火试验之后，让该电缆持续工作24小时，该电缆无法保持稳定工作，间断出现故障；

②无防火层10、第二绕包层11、隔氧层8、第一绕包层9、缓冲层5、第三绕包层13的传统电缆：

该传统电缆在进行耐火性能试验时，火焰温度为750～800℃，供火时间90min，在耐火试验结束1小时后，对电缆的完整性进行检查，该电缆的完整度为45％左右；在耐火试验期间同时对电缆施加额定电压的耐压试验，电缆被击穿；在保持试验原始状态的情况下，给电缆施加3.5u的试验电压持续15min，被击穿；在进行耐火试验之后，让该电缆持续工作24小时，发现该电缆基本无法工作；

③本发明提出的电缆在进行耐火试验时，火焰温度为750～800℃，供火时间90min，在耐火试验结束1小时后，对电缆的完整性进行检查，该电缆的完整度接近97％；在耐火试验期间同时对电缆施加额定电压的耐压试验，电缆不被击穿；在保持试验原始状态的情况下，给电缆施加3.5u的试验电压持续15min，不被击穿；在进行耐火试验之后，让该电缆持续工作24小时，能持续保持稳定工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。