本发明涉及一种线缆材料，属于电力传输领域，特别涉及一种具有复合保护层的电缆材料。
背景技术：
电缆是指由几根导线或几组导线铰合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，在导线周围包饶多层绝缘或功能层的覆盖层。随着经济快速发展，电缆的应用环境大大拓宽，超出了一般已有电缆的应用范围。因而根据不同应用环境，电缆需要提供的性能会各不相同，针对于特定的使用环境需要特别优化设计才能实现电缆的性能符合预期的应用环境要求。
应用电力传输的电缆，由于目前市场上各地用电量的大幅度提升，电缆的品质要求也大幅度提高，在电缆中传输电压和电流都不断升高变大。要在这种情况下，依然保持电缆的良好稳定品质，对于电缆的芯层的耐电压提出了一点的要求，更重要的是对于电缆的绝缘层的要求更是大幅度提高。
为保证电力传输的安全系数提高，电缆的铺设通过需要设计预埋在地底之下。然而，地下环境非常复杂并常常伴随高温、高湿、老鼠破坏等不安全因素。因此，现有设计中对于电缆材料的应用环境考虑往往较为缺乏，或者考虑充分以后，基于成本控制的缘故却无法按照预期设计的形式进行实施，导致电缆难以达到安全要求。
另外，现有的一些电缆在设计的时候，由于选材的经验不足，或者设计实验不充分，绝缘层材料出现相互不配合的问题。线缆材料在应用的时候，才发现各种缺陷，不得不重新进行修复更正。造成巨大的人力、财力资源的浪费，降低了企业的竞争力，妨碍了工程的进度。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的电缆材料设计不充分，对于极端恶劣环境的耐受性能不足，提供一种新型电缆。另外，本发明的电缆材料还要克服现有电缆绝缘层相互配合关系不佳，出现形变、剥落、局部缺陷的缺陷，确保电缆复合绝缘层能够在极端恶劣环境下，保持良好的稳定性，提供安全可靠的电力传输承载。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种新型电缆，包括导电芯、第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层。其中导电芯采用99%以上的纯铜制成。
各层的厚度比例为，12-14：2-4：15-18：2-4：6-7。厚度计算按照横截面直径方向进行测量计算，确保各层的沿横截面各个方向的厚度比例均匀一致，严格防止局部厚度偏低或偏高，防止缺陷位点产生。优选地，绝缘层的整体厚度/导电芯厚度≥1.9。绝缘层包括了第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层，绝缘层的整体厚度为上述各层的厚度之和（即第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层的厚度之和）。导电芯厚度以导电芯的直径计算。
第一绝缘层的由以下成分的高分子材料混合料制成：聚丙烯、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、酚醛树脂中的一种或多种。
第二绝缘层由以下成分的高分子材料混合料制成：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和有机硅烷中的一种或几种制成。
弹性层由聚氯乙烯和聚氨酯混合料制成，两者比例1-2：6-9，弹性层孔隙率4-8v%，空洞的直径1-5μm。
壳层由聚氯乙烯和/或聚乙烯中一种或两种制成。
本发明的电缆材料采用全新设计的多层结构，各层结构具有独特的增强属性，其中第一绝缘层采用多种高分子材料复合而成，和中央的导电芯层结合紧密，能够确保电缆不发生绝缘层的剥落，确保整体绝缘层和导电芯的密实配合，安全可靠。第二绝缘层采用和第一绝缘层复配协同的材料组成，使得两层绝缘层相互配合性能好，不分层，防止缺陷产生。第二绝缘层提供更好的绝缘属性，保证电缆的应用安全性。然后在第一绝缘层和第二绝缘层配合的基础上提供必要的附加保护层——弹性层和壳层，弹性层采用聚氯乙烯和聚氨酯混合料，通过发泡加工实现一定的孔隙率，孔隙率使得电缆材料的应用铺设的过程中具有一定的弹性，能够避免锐利器件碰撞破坏引起局部缺陷。在弹性层的外部设置有壳层，壳层采用致密结构，对弹性层提供外部保护，防止锐利器件碰撞直接引起弹性层的局部破坏，既保证电缆具有一定的弹性，又不会被锐利碰撞破坏弹性结构，保持电缆的整体强度可靠安全。
进一步，所述第一绝缘层和第二绝缘层之间涂覆有一层有机硅烷，有机硅烷在加工的时候涂覆上去，保证电缆的性质满足要求。有机硅烷具有交联作用，可以实现第一绝缘层和第二绝缘层的相互结合。
进一步，所述第一绝缘层采用的原材料是，聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=3-5:1-2:1的混合料。按照上述比例进行混合原料，经过融化加工形成的第一绝缘层和导电芯的铜芯结合密合度高，导电芯和其直接接触的绝缘层相互之间的稳定性好，在极端的发热的情况下，不会出现绝缘层和导电芯分离的发生。
进一步，所述第二绝缘层是聚乙烯：聚丙烯=1-9:9-1的混合料制成的。第二绝缘层占比极大，是主要的提供绝缘保护的层状结构，选用聚乙烯和聚丙烯的混合料作为第二绝缘层，具有性质稳定，绝缘效果好的特点，并且聚乙烯和聚丙烯的品质更容易控制，对于绝缘层的安全性有保障。
进一步，第二绝缘层中添加有0.05-0.3%的交联剂。所述交联剂是硅烷。优选地，所述交联剂是甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷中的一种或几种。添加一定量的交联剂可以方便对于主要的绝缘层进行交联处理，提高第二绝缘层的强度以及绝缘性能。
进一步，所述弹性层制备原料中加入0.01-0.3%发泡剂。
进一步，弹性层中添加ac发泡剂发泡形成空洞。ac发泡剂即偶氮二甲酰胺。
进一步，弹性层中，聚氯乙烯微小颗粒料混合在聚氨酯中形成混合料进行弹性层的成型。制备过程中成型先将聚氨酯加热融化，然后加入聚氯乙烯颗粒和发泡剂，复合到第二绝缘层上，构成弹性层。弹性层在形成后，在210-220℃温度下保持11-15秒，完成发泡，形成发泡层。
进一步，所述壳层为聚氯乙烯。
进一步，所述壳层中添加了0.5-2wt%的无机粉末增强剂。所述无机粉末增强剂是碳化硅微粉和纳米二氧化硅中的一种或两种，所述纳米二氧化硅粒径200-800nm，碳化硅微粉颗粒粒径12-80微米。
进一步，所述壳层中还添加有复合阻燃添加剂，所述复合阻燃添加剂的用量为壳层重量的2-5%。
优选地，所述复合阻燃添加剂是磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、碳酸铵、氢氧化铝、硬脂酸锌和纳米级石灰石粉中的一种或几种。更优选地，所述复合阻燃添加剂是磷酸二氢铵、碳酸铵、氢氧化铝、硬脂酸锌、石灰石粉的组合物，其重量份比例为：磷酸二氢铵：碳酸铵：氢氧化铝：硬脂酸锌：石灰石粉=20:10-30:10-16:2-10:5-10。采用上述多种成分组成的复合阻燃添加剂成分应用了磷酸二氢铵和碳酸铵的具有强烈的受热分解阻燃的作用，配合氢氧化铝和硬脂酸锌提供碱性环境和离子捕捉作用，对于电缆意外被引燃的情况可以快速的抑制燃烧，引燃部分自动熄灭。相比于现有的一般的阻燃剂成分应用的效果更好，可以在降低阻燃剂用量的同时实现增强阻燃效果。由于复合阻燃剂的应用总量较少，使得壳层本身的强度能够更好的保持稳定，避免添加过多的阻燃剂引起绝缘层自身强度的快速衰减，以及容易为外力破坏的缺陷。
复合阻燃添加剂采用以下方式准备：球磨机研磨成粉末，研磨的过程中用乙醇浸泡，研磨时间5-30分钟，研磨完成以后，添加十二烷基苯磺酸钠1-3wt%（相对于复合阻燃添加剂总质量），剧烈搅拌1-5min，优选搅拌转速≥1200r/min，最好是≥2000r/min。20-40℃减压蒸发除去乙醇，得到复合阻燃添加剂。次复合阻燃添加剂在壳层挤出成型的时候，添加到融化的聚氯乙烯和/或聚乙烯原料中，和聚乙烯/聚氯乙烯一同成型为电缆的壳层。本发明的阻燃剂经过球磨机预先制备处理，添加十二烷基苯磺酸钠使得阻燃剂混合成均匀，多种相互促进的阻燃剂成分能够均匀的分散在一起，使得阻燃剂的协同效果更佳，也更容易添加应用到壳层树脂原料中。
本发明同时还提供了一种制备上述新型电缆的方法，包括以下步骤：
（1）按照比例混合配制第一绝缘层的原料，加热融化，导电芯连续通过第一挤出成型段，在导电芯表面形成第一绝缘层。
（2）第一绝缘层成型后，风冷至第一绝缘层温度80-120℃，采用2-5wt%硅烷乙醇溶液向第一绝缘层表面喷雾，喷雾后，热风干燥除去乙醇。线缆继续通过第二挤出成型段，在表面形成第二绝缘层。第二挤出成型段预先将第二绝缘层的物料融化，等待挤出到线缆表面成型。
（3）形成第二绝缘层以后，保持线缆表面温度120-150℃，进入第三挤出成型段，第三挤出成型段在第二绝缘层表面形成弹性层。弹性层的物料为聚氯乙烯和聚氨酯混合料，其中添加0.01-0.3%发泡剂。
（4）弹性层形成以后，经过第四挤出成型段，形成壳层结构。电缆连续移动到红外加热炉中，辐射加热10-15秒，然后风冷至80℃以下，自然冷却至室温，得到电缆。
本发明制备电缆的过程中，包括了第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层的依次成型，对于各个功能层的成型过程，采用不同的方式进行适应性的配合，导电芯的结合第一绝缘层的时候直接温度作用强烈，将温度控制在较低的温度80-120℃，使得电缆芯和直接接触的绝缘层结合效果好。然后，在结合上第二绝缘层的时候，利用第一绝缘层作为介导，温度略高，成型速度快，然后相应的线缆表面成型弹性层，弹性层在成型的同时伴随发泡反应，形成多空隙的弹性层，使得电缆表面具有一定的柔韧性，最后挤出壳层，红外加热辐射处理，快速实现加热固化以及对于发泡层的完全发票促进，实现微小孔隙的弹性层结构，确保各个功能层相互之间配合完成密切。
其中第一绝缘层和第二绝缘层成型之间选用硅烷乙醇溶液进行喷雾，干燥除去乙醇后，第二绝缘层和第一绝缘层相互之间完全配合，形成结合紧密的内部绝缘层，实现完整的绝缘性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明电缆材料采用全新设计的多层结构，各层结构具有独特的增强属性，其中第一绝缘层采用多种高分子材料复合而成，和中央的导电芯层结合紧密，能够确保电缆不发生绝缘层的剥落，确保整体绝缘层和导电芯的密实配合，安全可靠。
2.本发明绝缘层之间复配协同性好，不分层，无缺陷，绝缘属性好，电缆应用安全可靠。
3.本发明电缆材料的应用铺设的过程中具有一定的弹性，能够避免锐利器件碰撞破坏引起局部缺陷。外部设置有壳层，壳层采用致密结构，防止锐利器件碰撞直接引起弹性层的局部破坏，既保证电缆具有一定的弹性，又不会被锐利碰撞破坏弹性结构。应用于地下铺设环境，更能耐受极端恶劣环境，满足极端应用要求。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
新型电缆，包括纯铜导电芯、第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层。各层的厚度比例为，13：3：18：3：6。第一绝缘层的由重量比以下成分的高分子材料混合料制成：聚丙烯：环氧树脂：聚酰胺：酚醛树脂=3:1:1:1。第二绝缘层由以下成分的高分子材料混合料制成：聚乙烯、聚丙烯和甲硅烷组成，重量比例为聚乙烯5:5:0.01。弹性层由聚氯乙烯和聚氨酯混合料制成，两者比例2：9，弹性层孔隙率7.6v%，空洞的直径3-5μm。壳层由聚氯乙烯制成。
实施例2
新型电缆由纯铜导电芯、第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层构成。各层的厚度比例为14：2：18：4：7。第一绝缘层的由以下重量份高分子材料混合料制成：聚丙烯8份、环氧树脂2份、聚酰胺1份、聚酯0.5份。第二绝缘层由以下重量份高分子原料混合料制成：聚乙烯10份、聚丙烯10份、聚氯乙烯0.5份和乙硅烷0.05份。弹性层由聚氯乙烯和聚氨酯混合料制成，两者比例1：6，弹性层孔隙率4.5v%，空洞的直径2-4μm。壳层由聚氯乙烯和聚乙烯1:1重量份原料混合料制成。
实施例3
新型电缆，包括纯铜导电芯、第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层。各层的厚度比例为，12：2：15：4：7。第一绝缘层的由以下成分的高分子材料混合料制成：聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=4:2:1。第二绝缘层由以下成分的高分子材料混合料制成：聚聚乙烯：聚丙烯=1:1的混合料作为基础料，添加0.4%甲硅烷（相对于第二绝缘层混合料）。弹性层由聚氯乙烯和聚氨酯混合料制成，两者比例2：7，弹性层孔隙率6.9v%，空洞的直径1-3μm。壳层由聚氯乙烯制成。
对比例1
电缆的构成同实施例3，只是第二绝缘层中不应用甲硅烷作为交联剂。
实施例4
新型电缆，包括纯铜导电芯、第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层。各层的厚度比例为，13：3：16：4：7。第一绝缘层的由以下成分的高分子材料混合料制成：聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=5:1:1。第二绝缘层由以下成分的高分子材料混合料制成：聚聚乙烯：聚丙烯=9:1的混合料作为基础料，添加0.4%甲硅烷（相对于第二绝缘层混合料）。弹性层由聚氯乙烯和聚氨酯混合料制成，两者比例2：9，添加0.2wt%ac发泡剂，弹性层孔隙率6.5v%，空洞的直径4-5μm。壳层由聚氯乙烯和聚乙烯1:1重量比原料，添加1wt%纳米二氧化硅制成，应用的纳米二氧化硅粒径250-400nm。
实施例5
新型电缆由纯铜导电芯、第一绝缘层、第二绝缘层、弹性层和壳层构成，各层的厚度比例为11：2：15：3：6。第一绝缘层的由以下成分的高分子材料混合料制成：聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=5:2:1。第二绝缘层由以下成分的高分子材料混合料制成：聚聚乙烯：聚丙烯=3:1的混合料作为基础料，添加0.3%甲硅烷（相对于第二绝缘层混合料）。弹性层由聚氯乙烯和聚氨酯混合料制成，两者比例1：4，添加0.17wt%ac发泡剂，弹性层孔隙率5.9v%，空洞的直径4-5μm。壳层由聚氯乙烯和聚乙烯3:1重量比原料，添加1wt%纳米二氧化硅和0.5%碳化硅微粉制成，其中纳米二氧化硅粒径250-400nm，碳化硅微粉40-60μm。
实施例6
将导电芯热风加热至50℃，通过第一挤出成型段。在导电芯表面挤出第一绝缘层，第一绝缘层采用聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=5:1.5:1的混合料的熔融物料进行挤出成型。然后，将第一绝缘层风冷至100℃，向其表面喷雾2.5wt%硅烷乙醇溶液，喷雾后，热风干燥除去乙醇。线缆继续通过第二挤出成型段，在表面形成第二绝缘层。第二绝缘层是聚乙烯：聚丙烯=4:1的混合料。形成第二绝缘层以后，保持线缆表面温度135℃，进入第三挤出成型段，第三挤出成型段在第二绝缘层表面形成弹性层。弹性层的物料为聚氯乙烯和聚氨酯1：4混合料，其中添加0.1wt%ac发泡剂。弹性层形成以后，线缆经过第四挤出成型段，形成壳层结构。第四挤出成型段应用壳层物料为聚氯乙烯：聚乙烯=3:1的混合料，其中添加有0.5wt%的碳化硅微粉（15-30μm）和0.5wt%的纳米二氧化硅（400-600nm）。最后，将线缆连续通过红外加热炉中，辐射加热14秒，然后风冷至80℃以下，自然冷却至室温，得到电缆。
对比例2
实施过程同实施例6，只是不成形弹性层，直接复合壳层。
实施例7
将导电芯热风加热至42℃，通过第一挤出成型段。在导电芯表面挤出第一绝缘层，第一绝缘层采用聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=3:2:1的混合料的熔融物料进行挤出成型。然后，将第一绝缘层风冷至90℃，向其表面喷雾3wt%硅烷乙醇溶液，喷雾后，热风干燥除去乙醇。线缆继续通过第二挤出成型段，在表面形成第二绝缘层。第二绝缘层是聚乙烯：聚丙烯=2:5的混合料。形成第二绝缘层以后，保持线缆表面温度140℃，进入第三挤出成型段，第三挤出成型段在第二绝缘层表面形成弹性层。弹性层的物料为聚氯乙烯和聚氨酯1：3混合料，其中添加0.3%ac发泡剂。弹性层形成以后，线缆经过第四挤出成型段，形成壳层结构。第四挤出成型段应用壳层物料主要为聚氯乙烯，壳层物料中添加有2wt%纳米二氧化硅。最后，将线缆连续通过红外加热炉中，辐射加热10秒，然后风冷至80℃以下，自然冷却至室温，得到电缆。
实施例8
准备复合阻燃添加剂：取磷酸二氢铵20g、碳酸铵15g、氢氧化铝13g、硬脂酸锌7g、石灰石粉10g，混合，加入球磨机中研磨，乙醇浸泡保护，研磨时间5-30分钟，研磨完成以后，添加十二烷基苯磺酸钠1.3g，剧烈搅拌1-5min，25℃减压蒸发除去乙醇，得到复合阻燃添加剂。
将导电芯热风加热至40℃，通过第一挤出成型段。在导电芯表面挤出第一绝缘层，第一绝缘层采用聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=4:1:1的混合料的熔融物料进行挤出成型。然后，将第一绝缘层风冷至120℃，向其表面喷雾5wt%硅烷乙醇溶液，喷雾后，热风干燥除去乙醇。线缆继续通过第二挤出成型段，在表面形成第二绝缘层。第二绝缘层是聚乙烯：聚丙烯=1:9的混合料。形成第二绝缘层以后，保持线缆表面温度150℃，进入第三挤出成型段，第三挤出成型段在第二绝缘层表面形成弹性层。弹性层的物料为聚氯乙烯和聚氨酯1：4混合料，其中添加0.12%ac发泡剂。弹性层形成以后，线缆经过第四挤出成型段，形成壳层结构。第四挤出成型段应用壳层物料为聚氯乙烯，加热融化聚氯乙烯，添加有1wt%的碳化硅微粉（18-25μm），融化完全后，待挤出前添加复合阻燃添加剂，挤出成型壳层。最后，将线缆连续通过红外加热炉中，辐射加热10秒，然后风冷至80℃以下，自然冷却至室温，得到电缆。该电缆具有一定的阻燃性能，点燃性能差，明火引燃后能够自动熄灭。
对比例3
制备电缆的过程及原料选用同实施例8，只是在第一绝缘层成型以后，不喷雾硅烷乙醇溶液。
测试
对上述实施例1-8和对比例1-3制备的电缆进行测试，评价电缆的性能，具体包括电缆的绝缘性能，结构致密稳定性，结构强度。
经过检验分析，发现采用本发明实施例方案制备的电缆性能较好，对比例的电缆存在或多或少的不足，无法完全充分的发挥电缆的优势属性。
实施例9
将导电芯热风加热至40℃，通过第一挤出成型段。在导电芯表面挤出第一绝缘层，第一绝缘层采用聚丙烯：环氧树脂、酚醛树脂=3:2:1的混合料的熔融物料进行挤出成型。然后，将第一绝缘层风冷至110℃，向其表面喷雾4wt%甲硅烷乙醇溶液，喷雾后，热风干燥除去乙醇。线缆继续通过第二挤出成型段，在表面形成第二绝缘层。第二绝缘层是聚乙烯：聚丙烯=1:9的混合料。形成第二绝缘层以后，保持线缆表面温度150℃，进入第三挤出成型段，第三挤出成型段在第二绝缘层表面形成弹性层。弹性层的物料为聚氯乙烯和聚氨酯2：5混合料，其中添加0.12%ac发泡剂。弹性层形成以后，线缆经过第四挤出成型段，形成壳层结构。第四挤出成型段应用壳层物料为聚氯乙烯，壳层物料中添加有1wt%的碳化硅微粉（18-25μm）。最后，将线缆连续通过红外加热炉中，辐射加热8秒，然后风冷至70℃以下，自然冷却至室温，得到电缆。经检验，该电缆绝缘性能非常优秀，结构致密稳定性极佳，拉伸强度34.5mpa，结构强度远远超过一般的电缆线材。具有良好的阻燃性，与明火不传播。
以上实施例只是本发明较佳的实施方案之一，并不作为对本发明技术方案的限制，凡基于本发明思路所实现的技术均属于本发明的范围。