技术领域
本发明涉及电线电缆领域，尤其涉及一种具有高性能防水电缆及其制备方法。
背景技术：
随着我国城市化水平建设的加快，传统的架空绝缘电缆敷设逐渐撤离城镇内环而改用低下电力传输。采用地下管道敷设避免不了电缆长期处于水下，则传统的电缆防水性能较差，经长时间使用电缆内部会存在水分，地下管道水可能为工业水、生活污水或其他水质导致PH值偏大：强酸强碱，严重影响电缆的使用寿命，长期使用铠装层锈蚀，导致电缆的防护性能变差，如果存在较大的机械外力或强腐蚀，导致绝缘层性能薄弱而短路，不仅会影响人们的工作、生活，严重的话会造成安全隐患。
为了要防止雨水、雪水和地下水的渗透；要防止空气中的湿气、蒸汽和其他有害气体与液体的侵蚀；这些防渗透、渗漏和侵蚀的材料统称为防水材料；通常防水材料为单层膜状结构，其材料强度和抗压能力有限，当受到尖锐的凸起或者超过形变强度，会受到破坏失去防水的功效，还存在着许多的缺陷卷材的耐候性和耐久性差，使用寿命短。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种具有高性能防水电缆，满足了电缆在长期处于潮湿、浸泡水中以及外界作用力的情况下，保持电缆主体原有的电力传输的安全性能。
本发明还提供了一种高性能防水电缆的制备方法。
技术方案：为了解决上述目的，本发明所述的一种高性能防水电缆，包括缆芯，所述的缆芯由三根绝缘线缆绞合而成，在缆芯的空隙处填充非吸湿性材料填充层；所述的缆芯外绕包无纺布，在无纺布外设有TPO防水层，在TPO防水层外挤包交联聚乙烯内护套，在交联聚乙烯内护套外设有不锈钢复合带铠装层，在不锈钢复合带铠装层外设有环保防水层，在环保防水层外挤包PVC外护套；所述的绝缘线缆由绝缘线芯以及在绝缘线芯外设有高分子防水层。
进一步改进，所述的绝缘线芯由中心导体以及三层共挤在导体外的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层构成。
进一步改进，所述TPO防水层包括耐磨层、保护层、TPO高分子层、抗紫外线层、防老化层、网状结构加强层、防腐蚀层、非固化自粘胶层、PVA 纤维织物隔离层，所述保护层的表面设有耐磨层，所述耐磨层由彩砂颗粒胶连制作而成，所述TPO高分子层的表面设有保护层，所述保护层由针刺丙纶布构成，该种新型TPO防水材料的底层为PVA 纤维织物隔离层，所述纤维织物隔离层表面设有非固化自粘胶层，所述非固化自粘胶层由丁基热熔胶胶料构成；所述TPO高分子层底部设有抗紫外线层，所述抗紫外线层由ETFE薄膜构成；所述抗紫外线层底部设有防老化层，所述防老化层由聚酯纤维无纺布构成；所述防老化层底部设有网状结构加强层，所述网状结构加强层由苯二甲酸醋酸纤维构成；所述网状结构加强层底部设有防腐蚀层，所述防腐蚀层由环氧树脂构成。
进一步改进，所述的不锈钢复合带铠装层由不锈钢丝缠绕在不锈钢带上而成。
进一步改进，所述环保防水层包括柔性防水层，所述柔性防水层上下表面均压制贴合有缓冲防水夹层，所述缓冲防水夹层的外表面压制贴合有尼龙外层；所述柔性防水层内部压制有强度增加环，所述缓冲防水夹层中部填装有内层抗压珠，所述抗压珠表面填装有中层球珠，所述中层球珠上表面填装有外层椭珠；所述强度增加环彼此相互勾连成网状排布；所述中层球珠位于内层抗压珠的夹缝处；所述外层椭珠、中层球珠与内层抗压珠构成空腔。
一种高性能防水电缆的制备方法，包括如下步骤：
1）电解铜熔炼，连铸连轧出Φ8.0 mm电解铜杆；
2）Φ8.0mm电解铜杆进行拉丝退火制成Φ2.58mm的软铜丝；
3）将61根Φ2.58 mm的软铜丝进行绞合，绞合外径为20.7mm的300mm2的导体；
4）导体外三层共挤导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层，采用挤压模具，导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层厚度分别为0.6mm、4.5 mm 、0.8mm，绝缘屏蔽层外径为34.5mm；
5）在绝缘屏蔽层外重叠绕包软铜带屏蔽，厚为0.12mm，宽为40mm，屏蔽外径为35.2mm，构成绝缘线芯，绝缘线芯生产结束按3h/mm比例的时间进行化学交联；
6）绝缘线芯外绕包高分子防水层，然后用压辊进行来回滚压；
7）三根绝缘线芯经过成缆机相互拧紧成缆，在拧紧过程中填充非吸湿性填充材料，防止松散，缆芯外绕包无纺布；
8）在无纺布外通过胶水粘贴一层TPO防水层，再对其进行烘干；；
9）在TPO防水层外挤包所要厚度的交联聚乙烯内护套，具体为一步法硅烷可交联聚乙烯材料使用设备长径比为120挤塑机各区温度设置为第一区130，第二区140℃，第三区150℃，第四区为160℃，第五区为175℃，第六区185，第七区195℃，机头机脖200-210℃，在此温度区间，第七区至机头区至少有一区为不低于200℃，200℃是该材料能够在常温条件下自行交联的基本条件；其余各区温度偏差±5℃；
10)在交联聚乙烯内护套外与成缆方向相反的方向缠绕不锈钢复合带铠装层，不锈钢复合带铠装层的结构为不锈钢丝缠绕在不锈钢带上而成，所述的不锈钢丝与不锈钢带的夹角为80°；
11）在不锈钢复合带铠装层外绕包环保防水层，然后用压辊进行来回滚压；
12） 在环保防水层外挤包PVC外护套，具体为通过双层共挤两机头，之间的距离2米长为宜，且均为挤管式生产，内层挤包XLPE材料，外层挤包PVC材料，挤包PVC外护层时模芯孔径应至少为内护层2外径的1.3倍，再加装一台抽风机，保证XLPE内护层2和PVC外护层紧密相连。
进一步改进，步骤4）中所述的绝缘层为两步法硅烷可交联聚乙烯材料通过A、B料进行比例0.3:5均匀混合，加工设备为长径比为90挤塑机各区温度设置第一区175℃，第二区178℃，第三区182℃，第四区为185℃，第五区为188℃，机脖为188℃，机头为185℃的各区温度设定，温度控制范围±5℃。
进一步改进，步骤4）中所述的高分子防水层，包括高分子胶体，该高分子胶体由以下重量份的组分混炼而成：
热熔胶：10-30份；
环烷油：4-8份；
白水泥：30-50份；
石英砂：20-40份；
绿颜料：1.5-1.7份；
所述高分子防水层还包括胎膜和隔离膜，所述高分子胶体均匀浸涂在所述胎膜和隔离膜之间。
进一步改进，所述的高分子防水层的制备方法，包括如下步骤：
1)按重量份称取热熔胶10-30份和环烷油4-8份投入氧化釜中，加热到130～160℃，融化并搅拌均匀；
2)往步骤1)制备的混合物中加入白水泥30-50份、石英砂20-40份和绿颜料1.5-1.7份，加热温度在100～180℃，搅拌均匀，制备得到高分子胶体；
3）将步骤2)制备的高分子胶体均匀浸涂到胎膜和隔离膜上，然后挤压成型为卷
材，经冷却、计量、卷筒并包装。
进一步改进，所述的A料为硅烷聚乙烯，B料为催化剂母料。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明绝缘采用三层共挤，内外屏蔽材料选用低电阻热稳定石墨烯复合型半导电屏蔽材料，热稳定性强，提高屏蔽层对电场的均化效果，有效减少电缆运行中可能出现的局部放电现象，并减小了绝缘线芯的整体外径，降低了绝缘tgδ，优化绝缘性能，增强电缆载流能力，保障电力线路运行的安全性和可靠性，提高电缆的运行寿命；
2、内层采用TPO防水材料作为防水层，第一层设置由彩砂颗粒胶连制作而成的耐磨层，作为第一层保护层，不但能够起防滑作用，还可以减缓TPO防水材料的破损，延长TPO防水材料的使用寿命，针刺丙纶布制作而成的保护层，作为第二层能够保护TPO防水材料，通过在TPO高分子层下设置由由ETFE薄膜构成的抗紫外线层作为第四层，减少因紫外线而造成的材料破损，提高紫外线条件下的抗逆性，在抗紫外线层下设置由聚酯纤维无纺布构成的防老化层作为第五层，具有抗老化效果，同时兼具一定的防水效果，提高TPO防水材料的韧性，加强防水效果，减缓老化变质潮湿造成的材料不适用，在防老化层下设置由苯二甲酸醋酸纤维构成网状结构加强层作为第六层，网状结构加强，保证TPO防水材料具备高强度的防断、防折叠、防裂痕，在网状结构加强层下设置由环氧树脂构成的防腐蚀层作为第七层，防止强酸、强碱等高强度腐蚀性液体或气体对TPO防水材料的损害，保持对腐蚀性液体气体的抗逆性，最后两层设置PVA 纤维织物隔离层和由丁基热熔胶胶料构成的非固化自粘胶层作为八九层，可以在温水条件下置PVA 纤维织物自动分解，非固化自粘胶层丁基热熔胶胶料自动粘在电缆上，大大提高了电缆防水性能；
3、外层采用环保防水材料作为外层防水层，当外部作用力作用在材料上时，冲击力会由外层椭球通过形变进行初步吸收，吸收后的冲击力由外层椭珠、中层球珠与内层抗压珠构成空腔进行二次吸收，形变力出现时，形变力会通过柔性防水层及其内部的强度增加环进行载荷分布，增加抗形变能力，提高材料的使用性能，作为外层，大大提高了电缆的阻水性能，抗形变强度，使电缆所能承受的形变强度增加，增加了电缆的使用寿命，而在缓冲防水夹层中填充内层抗压珠、中层球珠和外层椭珠，增加了抗压能力和抗冲击能力，从而增加整个材料的抗破坏能力，大大提高电缆的各性能。
4、绝缘线芯外采用高分子防水材料，具有优异的耐候性、剥离强度和防水性能，可为电缆的最内层打造皮肤式的防水屏障，备工艺简单，生产成本低，兼具经济和环保的特点，具有大规模工业应用的广阔前景。
5、对传统电缆的生产结构进行了改进，选用的材料进行了优化，从根本上保证电缆主体不受水浸入，并考虑生产的成本，在传统电缆的成本上约增加5%的制造费用，是消费者的心理价位能够接受的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的TPO防水层的结构示意图；
图3为本发明的环保防水层的结构示意图；
图4为图3中A处的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种高性能防水电缆，包括缆芯，所述的缆芯由三根绝缘线缆绞合而成，所述的绝缘线缆由绝缘线芯以及在绝缘线芯外设有高分子防水层5，所述的绝缘线芯由中心导体1以及三层共挤在导体外的导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4构成；在缆芯的空隙处填充非吸湿性材料填充层6；所述的缆芯外绕包无纺布7，在无纺布外设有TPO防水层8，在TPO防水层外挤包交联聚乙烯内护套9，在交联聚乙烯内护套外设有不锈钢复合带铠装层10，在不锈钢复合带铠装层外设有环保防水层11，在环保防水层外挤包PVC外护套12。
如图2所示，所述TPO防水层8包括耐磨层81、保护层82、TPO高分子层83、抗紫外线层84、防老化层85、网状结构加强层86、防腐蚀层87、非固化自粘胶层88、PVA 纤维织物隔离层89，所述保护层82的表面设有耐磨层81，所述耐磨层81由彩砂颗粒胶连制作而成，所述TPO高分子层83的表面设有保护层82，所述保护层82由针刺丙纶布构成，该种新型TPO防水材料的底层为PVA 纤维织物隔离层89，所述纤维织物隔离层89表面设有非固化自粘胶层88，所述非固化自粘胶层88由丁基热熔胶胶料构成；所述TPO高分子层83底部设有抗紫外线层84，所述抗紫外线层84由ETFE薄膜构成；所述抗紫外线层84底部设有防老化层85，所述防老化层85由聚酯纤维无纺布构成；所述防老化层85底部设有网状结构加强层86，所述网状结构加强层86由苯二甲酸醋酸纤维构成；所述网状结构加强层86底部设有防腐蚀层87，所述防腐蚀层87由环氧树脂构成。
如图3-4所示，所述环保防水层11包括柔性防水层113，所述柔性防水层113上下表面均压制贴合有缓冲防水夹层112，所述缓冲防水夹层112的外表面压制贴合有尼龙外层111；所述柔性防水层113内部压制有强度增加环114，所述缓冲防水夹层112中部填装有内层抗压珠117，所述抗压珠117表面填装有中层球珠116，所述中层球珠116上表面填装有外层椭珠115；所述强度增加环114彼此相互勾连成网状排布；所述中层球珠116位于内层抗压珠117的夹缝处；所述外层椭珠115中层球珠116与内层抗压珠117构成空腔；当外部作用力作用在材料上时，冲击力会由外层椭球通过形变进行初步吸收，吸收后的冲击力由外层椭珠、中层球珠与内层抗压珠构成空腔进行二次吸收，形变力出现时，形变力会通过柔性防水层及其内部的强度增加环进行载荷分布，增加抗形变能力，提高材料的使用性能。
所述的不锈钢复合带铠装防鼠层由不锈钢丝缠绕在不锈钢带上而成，所述的不锈钢丝与不锈钢带的交叉角为80°；所述不锈钢丝缠绕节距为23mm，缠绕方向需与不锈钢带搭接方向一致，钢丝必须不被鼠类咬断才能起到支撑作用，故选择了06Gr19Ni10、22Gr19Ni10（高镍型）不锈钢丝，尺寸需≥0.3mm，拉伸模量为＞200GPa，抗拉强度＞1670Mpa，解决了松鼠可以纵向咬开钢带重叠接缝处，使缆芯暴露出来，进一步咬断光纤；在弯曲段，纵包钢带重叠接缝处会弯曲纵开，暴露缆芯，松鼠然后进一步深入侵害，咬断光纤的问题。
一种高性能防水电缆的制备方法，包括如下步骤：
1）电解铜熔炼，连铸连轧出Φ8.0 mm电解铜杆；
2）Φ8.0 mm电解铜杆进行拉丝退火制成Φ2.58mm的软铜丝；
3）将61根Φ2.58 mm的软铜丝进行绞合，绞合外径为20.7mm的300mm2的导体；
4）导体外三层共挤导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层，采用挤压模具，导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层厚度分别为0.6mm、4.5 mm 、0.8mm，绝缘屏蔽层外径为34.5mm；
5）在绝缘屏蔽层外重叠绕包软铜带屏蔽，厚为0.12mm，宽为40mm，屏蔽外径为35.2mm，构成绝缘线芯，绝缘线芯生产结束按3h/mm比例的时间进行化学交联；
6）绝缘线芯外绕包高分子防水层，然后用压辊进行来回滚压；
7）三根绝缘线芯经过成缆机相互拧紧成缆，在拧紧过程中填充非吸湿性填充材料，防止松散，缆芯外绕包无纺布；
8）在无纺布外通过胶水粘贴一层TPO防水层，再对其进行烘干；
9）在TPO防水层外挤包所要厚度的交联聚乙烯内护套，具体为一步法硅烷可交联聚乙烯材料使用设备长径比为120挤塑机各区温度设置为第一区130，第二区140℃，第三区150℃，第四区为160℃，第五区为175℃，第六区185，第七区195℃，机头机脖200-210℃，在此温度区间，第七区至机头区至少有一区为不低于200℃，200℃是该材料能够在常温条件下自行交联的基本条件；其余各区温度偏差±5℃；此工序节省了温水交联产生的一系列成本；本工序是为了防止外护层因某种情况浸水，导致水进入绝缘内层而进行的隔离措施；
10)在交联聚乙烯内护套外与成缆方向相反的方向缠绕不锈钢复合带铠装层，不锈钢复合带铠装层的结构为不锈钢丝缠绕在不锈钢带上而成，所述的不锈钢丝与不锈钢带的夹角为80°；
11）在不锈钢复合带铠装层外绕包环保防水层，然后用压辊进行来回滚压；
12） 在环保防水层外挤包PVC外护套，具体为通过双层共挤两机头，之间的距离2米长为宜，且均为挤管式生产，内层挤包XLPE材料，外层挤包PVC材料，挤包PVC外护层时模芯孔径应至少为内护层2外径的1.3倍，再加装一台抽风机，保证XLPE内护层2和PVC外护层紧密相连；选择此生产方式优点节约时间，节约成本；本工序为了防止水分进入电缆内部，原本PVC材料阻水性能差，一旦谁进入导致铠装层锈蚀，导致受到外界作用力而起不到保护电缆的作用，通过双层共挤外护层，可将水分完全隔绝在外，铠装层起到长期的保护电缆的作用。
进一步改进，步骤4）中所述的绝缘层为两步法硅烷可交联聚乙烯材料通过A料为硅烷聚乙烯、B料为催化剂母料进行比例0.3:5均匀混合，加工设备为长径比为90挤塑机各区温度设置第一区175℃，第二区178℃，第三区182℃，第四区为185℃，第五区为188℃，机脖为188℃，机头为185℃的各区温度设定，温度控制范围±5℃；
进一步改进，步骤4）中所述的高分子防水层，包括高分子胶体，该高分子胶体由以下重量份的组分混炼而成：
热熔胶：10-30份；
环烷油：4-8份；
白水泥：30-50份；
石英砂：20-40份；
绿颜料：1.5-1.7份；
所述高分子防水层还包括胎膜和隔离膜，所述高分子胶体均匀浸涂在所述胎膜和隔离膜之间。
进一步改进，所述的高分子防水层的制备方法，包括如下步骤：
1)按重量份称取热熔胶10-30份和环烷油4-8份投入氧化釜中，加热到130～160℃，融化并搅拌均匀；
2)往步骤1)制备的混合物中加入白水泥30-50份、石英砂20-40份和绿颜料1.5-1.7份，加热温度在100～180℃，搅拌均匀，制备得到高分子胶体；
3）将步骤2)制备的高分子胶体均匀浸涂到胎膜和隔离膜上，然后挤压成型为卷
材，经冷却、计量、卷筒并包装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。