一种耐高温耐老化电力电缆的制作方法

本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种耐高温耐老化电力电缆。

背景技术：

国内耐高温设备常用于机电工业、热电厂、冶金、石油、化工等领域的高温作业中，与其配合的耐高温设备电缆同样应满足高温场合的使用要求。为了使电缆能够在高温条件下使用不被击穿且具有合理的使用寿命。急需一种具有良好耐高温耐老化的电力电缆。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，提供一种具有温度感应、能够在高温时释放耐高温材质且温度不高时具有电磁屏蔽功能的电磁屏蔽相变填充绳结构，且具有二甲基丙烯酸锌增强热塑性硫化胶的护套层的耐高温耐老化电力电缆。

本发明提供如下技术方案：一种耐高温耐老化电力电缆，所述电力电缆包括由外至内依次设置的护套层、金属皱纹护套、半导体阻水带层、轴向设置的多根电磁屏蔽相变填充绳、云母带绝缘层、绝缘填充层、若干个缆芯单元；所述半导体阻水带层与云母带绝缘层之间还设置有多根轴向设置的金属加强支撑管，多根所述金属加强支撑管与多根所述电磁屏蔽相变填充绳间隔设置。

进一步地，所述电磁屏蔽相变填充绳均匀分布于所述半导体阻水带层与云母带绝缘层之间，所述多根金属加强支撑管均匀分布于所述半导体阻水带层与云母带绝缘层之间。

进一步地，所述金属加强支撑管与所述电磁屏蔽相变填充绳的数量相同，所述电磁屏蔽相变填充绳的数量为2～5根。

进一步地，所述电磁屏蔽相变填充绳的制作材料为化学结构式为ambcn的陶瓷粉末，其中a元素为cr或ti，b元素为al或si，c元素为碳元素，m为2或3，n为1或2。即电磁屏蔽相变填充绳的材料为cr2alc、cr2sic、ti3sic2、ti2alc和tialc。

进一步地，所述电磁屏蔽相变填充绳的制作方法包括以下步骤：

1)将所述a元素金属粉末在氩气气氛下，采用球磨机以400rpm～500rpm转速球磨3h～3.5h，以避免氧污染，球磨机内添加a元素的合金球，得到球磨后的a元素金属粉末；

2)根据所述制作材料的化学式ambcn中各元素的比例对球磨后的a元素金属元素粉末、b元素金属粉末和碳粉进行称重，保证球磨后的a元素金属粉末：b元素金属粉末：碳粉的重量比为m:1:n，继续添加b元素粉末，b元素粉末的添加量为上述所有元素粉末的总重量的10％～15％，以弥补高温合成中b元素粉末的损失；

3)将所述步骤2)得到的混合物在氩气气氛下，采用球磨机以150rpm～180rpm转速混合20min～30min，然后在200mpa～250mpa压力下对其进行单轴压制，并在氩气气氛下以10℃/min的速率逐步升温至1500℃～1600℃后等温保温3h～3.5h热处理，合成ambcn相化合物；

4)将所述步骤3)得到的ambcn相化合物振动研磨，获得ambcn粉末，将所述ambcn粉末在空气炉中以1～5℃速率加热至80℃～100℃，并维持最终温度3h～5h，得到多孔的ambcn泡沫陶瓷初产品；

5)将所述步骤4)得到的ambcn泡沫陶瓷初产品在氩气气氛下固结4h～5h，得到电磁屏蔽相变填充绳的制作材料。

进一步地，所述护套层的制作材料按重量份包括以下材料：氢化丁腈橡胶30～40份、乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份～30份、丙烯腈15份～20份、二甲基丙烯酸锌10份～20份、过氧化二异丙苯5份～7份(作为硫化剂)、氧化锌纳米颗粒5份～10份、硬脂酸1份～2份、交联剂0.5份～1份、防老剂1份～2份。

进一步地，所述护套层的制作方法采用高温固液反应，包括以下步骤：

1)将30～40份的氢化丁腈橡胶、0.5份～1份交联剂于双辊轧机中、25℃～27℃下轧制3min～5min；

2)向所述步骤1)得到的混合物中加入10份～20份重量份的二甲基丙烯酸锌继续搅拌3min～5min，然后按重量份计加入20份～30份的乙烯—氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、15份～20份的丙烯腈、5份～10份氧化锌纳米颗粒以80rpm～100rpm转速、150℃～200℃温度条件下转动搅拌混合，在搅拌混合过程中不断滴加5份～7份重量份的过氧化二异丙苯和1份～2重量份的硬脂酸硫化；

3)向所述步骤2)得到的混合物中加入1份～2份重量份的防老剂，于15mpa～20mpa、150℃～200℃下高压处理8min～10min，得到二甲基丙烯酸锌增强热塑性硫化胶的护套层。

进一步地，所述云母带绝缘层采用多层云母带交叠绕包，相邻云母带之间的交叉在轴向上的交叉角度为30°～60°。

进一步地，所述金属皱纹护套的金属为铁或铝中的一种或几种。

进一步地，所述缆芯单元由外至内依次包括陶瓷聚烯烃绝缘层、玻纤带层和导体；所缆芯单元数量为1～5个。

本发明的有益效果为：

1)现有技术中使用的交联聚乙烯电缆，在长期暴露于高温环境情况下，易开裂导致电缆内的导体外露，容易造成短路情况发生，本申请所使用的二甲基丙烯酸锌增强热塑性硫化胶的护套层，其制备成分中乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有优异的耐老化性、耐候性、熔体加工性和力学性能，热塑性硫化胶具有传统的硫化橡胶的弹性及绝缘性能，并相对于硫化橡胶具有更良好的热塑性能，可以在高温下加工；丁腈橡胶具有优异的耐油性能，常被用于制造耐油产品，如软管和密封产品；在丁腈橡胶以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的基础上添加二甲基丙烯酸锌作为增强剂，可以提高橡胶的拉伸强度和耐开裂强度。

2)通过在半导体阻水带层与绝缘填充层之间使用化学结构式为ambcn泡沫陶瓷的电磁屏蔽相变填充绳，此泡沫陶瓷材料在电缆温度没有达到一定防御温度的情况下，保持填充绳维持的圆柱绳状态，其所具有的多孔性能使陶瓷泡沫材料具有良好的绝缘性能和电磁屏蔽性能，避免了电缆收到外界的干扰；当电缆所处的环境温度高于其自身的防御温度，会导致其内部电磁屏蔽性能和电缆护套开裂时，电磁屏蔽相变填充绳在高温的影响下，进行相变，填充绳开裂，其中的泡沫陶瓷也逐渐在高温下变为熔融状态进而散漫于半导体阻水层和绝缘填充层之间，保证了绝缘填充层的圆柱体形态，避免受到外界高温的干扰进而保持缆芯单元处于绝缘屏蔽和被保护状态。

3)通过在半导体阻水带层与绝缘填充层之间设置与电磁屏蔽相变填充绳间隔设置的金属加强支撑管可以有效防止在高温情况下，填充绳的泡沫陶瓷材料散漫过程中，半导体阻水层和绝缘填充层之间的连接贴合，保证了在填充绳散漫熔融后继续形成一层绝缘屏蔽层，并对绝缘填充层起到维持圆形截面的圆柱体的技术效果。

4)采用金属皱纹护套，可以在电缆置于高温高湿状况环境下时，其具有的铁元素或铝元素形成致密的氧化物膜，进而防止护套层受外界潮气的侵入，接触水分降低绝缘性能和使用寿命，同时能够承受零序短路电流，热稳定性好，抗强冲击性能。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例1提供的耐高温耐老化电力电缆截面结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的耐高温耐老化电力电缆截面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的一种耐高温耐老化电力电缆，电力电缆包括由外至内依次设置的护套层1、金属皱纹铝护套2、半导体阻水带层3、轴向设置的2根电磁屏蔽相变填充绳4、具有耐火作用的云母带绝缘层5、绝缘填充层6和1个缆芯单元7；半导体阻水带层3与云母带绝缘层4之间还设置有两根轴向设置的金属加强支撑管8，两根金属加强支撑管8与两根电磁屏蔽相变填充绳4间隔设置并均匀分布于半导体阻水带层3与云母带绝缘层5之间。

缆芯单元7由外至内依次包括陶瓷聚烯烃绝缘层71、玻纤带层72和导体73。

电磁屏蔽相变填充绳的制作材料为化学结构式为cr2alc的陶瓷粉末，其制作方法包括以下步骤：

1)将cr元素金属粉末在氩气气氛下，采用球磨机以400rpm转速球磨3h，以避免氧污染，球磨机内添加cr元素的合金球，得到球磨后的cr元素金属粉末；

2)根据制作材料的化学式cr2alc中各元素的比例对球磨后的cr金属粉末、al金属粉末和碳粉进行称重，保证球磨后的cr金属粉末：al金属粉末：碳粉的重量比为2:1:1，继续添加al元素金属粉末，al元素金属粉末的添加量为上述所有元素粉末的总重量的10％，以弥补高温合成中al元素粉末的损失；

3)将步骤2)得到的混合物在氩气气氛下，采用球磨机以150rpm转速混合20min，然后在200mpa压力下对其进行单轴压制，并在氩气气氛下以10℃/min的速率逐步升温至1500℃后等温保温3h热处理，合成cr2alc相化合物；

4)将步骤3)得到的cr2alc相化合物振动研磨，获得cr2alc粉末，将cr2alc粉末在空气炉中以1℃速率加热至80℃，并维持最终温度3h，得到多孔的cr2alc泡沫陶瓷初产品；

5)将步骤4)得到的cr2alc泡沫陶瓷初产品在氩气气氛下固结4h，得到电磁屏蔽相变填充绳的制作材料。

其中，护套层的制作材料按重量份包括以下材料：氢化丁腈橡胶30份、乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份、丙烯腈15份、二甲基丙烯酸锌10份、作为硫化剂的过氧化二异丙苯5份、氧化锌纳米颗粒5份、硬脂酸1份、交联剂0.5份、防老剂1份。其制作方法采用高温固液反应，包括以下步骤：

1)将30份的氢化丁腈橡胶、0.5份交联剂于双辊轧机中、25℃下轧制3min；

2)向步骤1)得到的混合物中加入10份重量份的二甲基丙烯酸锌继续搅拌3min，然后按重量份计加入20份的乙烯—氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、15份的丙烯腈、5份氧化锌纳米颗粒以80rpm转速、150℃温度条件下转动搅拌混合，在搅拌混合过程中不断滴加5份重量份的过氧化二异丙苯和1份的硬脂酸进行动态硫化；

3)向步骤2)得到的混合物中加入1份重量份的防老剂，于15mpa、150℃下高压处理8min，得到二甲基丙烯酸锌增强热塑性硫化胶的护套层。

金属加强支撑管8用于在电磁屏蔽相变填充绳在温度高于防御温度进行相变过程中支撑半导体阻水带层3余云母带绝缘层4之间的间隔，进而保证相变材料cr2alc在相变后进行充分熔融，凝固后形成空心圆柱形填充层，保证了绝缘填充层以及内部电缆导体的绝缘屏蔽和耐高温开裂情况的发生。

实施例2

如图2所示，为本实施例提供的一种耐高温耐老化电力电缆，电力电缆包括由外至内依次设置的护套层1、金属皱纹铁护套2、半导体阻水带层3、轴向设置的三根电磁屏蔽相变填充绳4、具有耐火作用的云母带绝缘层5、绝缘填充层6、2个缆芯单元7；半导体阻水带层3与云母带绝缘层4之间还设置有三根轴向设置的金属加强支撑管8，三根金属加强支撑管8与三根电磁屏蔽相变填充绳4间隔设置并均匀分布于半导体阻水带层3与云母带绝缘层5之间。

缆芯单元7由外至内依次包括陶瓷聚烯烃绝缘层71、玻纤带层72和导体73；云母带绝缘层5采用2层云母带交叠绕包，相邻云母带之间的交叉在轴向上的交叉角度为60°。

其中，电磁屏蔽相变填充绳的制作材料为化学结构式为ti3sic2的陶瓷粉末，其制作方法包括以下步骤：

1)将ti元素金属粉末在氩气气氛下，采用球磨机以450rpm转速球磨3.2h，以避免氧污染，球磨机内添加ti元素的合金球，得到球磨后的ti元素金属粉末；

2)根据制作材料的化学式ti3sic2中各元素的比例对球磨后的ti元素金属元素粉末、ti元素金属粉末和碳粉进行称重，保证球磨后的ti元素金属粉末：ti元素金属粉末：碳粉的重量比为3:1:2，继续添加ti元素粉末，ti元素粉末的添加量为上述所有元素粉末的总重量的12％，以弥补高温合成中ti元素粉末的损失；

3)将步骤2)得到的混合物在氩气气氛下，采用球磨机以170rpm转速混合25min，然后在225mpa压力下对其进行单轴压制，并在氩气气氛下以10℃/min的速率逐步升温至1550℃后等温保温3.2h热处理，合成ti3sic2相化合物；

4)将步骤3)得到的ti3sic2相化合物振动研磨，获得ti3sic2粉末，将ti3sic2粉末在空气炉中以3℃速率加热至90℃，并维持最终温度4h，得到多孔的ti3sic2泡沫陶瓷初产品；

5)将步骤4)得到的ti3sic2泡沫陶瓷初产品在氩气气氛下固结4.5h，得到电磁屏蔽相变填充绳的制作材料。

其中，护套层的制作材料按重量份包括以下材料：氢化丁腈橡胶35份、乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物25份、丙烯腈17.5份、二甲基丙烯酸锌15份、作为硫化剂的过氧化二异丙苯6份、氧化锌纳米颗粒7.5份、硬脂酸1.5份、交联剂0.8份、防老剂1.5份。

护套层的制作方法采用高温固液反应，包括以下步骤：

1)将35份的氢化丁腈橡胶、0.8份交联剂于双辊轧机中、26℃下轧制4min；

2)向步骤1)得到的混合物中加入15份重量份的二甲基丙烯酸锌继续搅拌4min，然后按重量份计加入25份的乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、17.5份的丙烯腈、7.5份氧化锌纳米颗粒以90rpm转速、180℃温度条件下转动搅拌混合，在搅拌混合过程中不断滴加6份重量份的过氧化二异丙苯和1.5份的硬脂酸进行动态硫化；

3)向步骤2)得到的混合物中加入1份～2份重量份的防老剂，于17mpa、180℃下高压处理9min，得到二甲基丙烯酸锌增强热塑性硫化胶的护套层。

实施例3

本实施例与实施例1和实施例2在结构上的区别仅在于，所示云母带绝缘层5采用三层云母带交叠绕包，相邻云母带之间的交叉在轴向上的交叉角度为30°，具有4个缆芯单元7，电磁屏蔽相变填充绳4和金属加强支撑管8均为五根。

电磁屏蔽相变填充绳的制作材料为化学结构式为ti2alc的陶瓷粉末，制作方法包括以下步骤：

1)将ti元素金属粉末在氩气气氛下，采用球磨机以500rpm转速球磨3.5h，以避免氧污染，球磨机内添加ti元素的合金球，得到球磨后的ti元素金属粉末；

2)根据制作材料的化学式ti2alc中各元素的比例对球磨后的ti元素金属元素粉末、al元素金属粉末和碳粉进行称重，保证球磨后的ti元素金属粉末：al元素金属粉末：碳粉的重量比为2:1:1，继续添加al元素粉末，al元素粉末的添加量为上述所有元素粉末的总重量的15％，以弥补高温合成中al元素粉末的损失；

3)将步骤2)得到的混合物在氩气气氛下，采用球磨机以180rpm转速混合30min，然后在250mpa压力下对其进行单轴压制，并在氩气气氛下以10℃/min的速率逐步升温至1600℃后等温保温3.5h热处理，合成ti2alc相化合物；

4)将步骤3)得到的ti2alc相化合物振动研磨，获得ti2alc粉末，将ti2alc粉末在空气炉中以5℃速率加热至100℃，并维持最终温度5h，得到多孔的ti2alc泡沫陶瓷初产品；

5)将步骤4)得到的ti2alc泡沫陶瓷初产品在氩气气氛下固结5h，得到电磁屏蔽相变填充绳的制作材料。

其中，护套层的制作材料按重量份包括以下材料：氢化丁腈橡胶40份、乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份、丙烯腈20份、二甲基丙烯酸锌20份、作为硫化剂的过氧化二异丙苯7份、氧化锌纳米颗粒10份、硬脂酸2份、交联剂1份、防老剂1份～2份。

7、根据权利要求6的一种耐高温耐老化电力电缆，其特征在于，护套层的制作方法采用高温固液反应，包括以下步骤：

1)将30～40份的氢化丁腈橡胶、0.5份～1份交联剂于双辊轧机中、25℃～27℃下轧制3min～5min；

2)向步骤1)得到的混合物中加入10份～20份重量份的二甲基丙烯酸锌继续搅拌3min～5min，然后按重量份计加入20份～30份的乙烯—氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、15份～20份的丙烯腈、5份～10份氧化锌纳米颗粒以80rpm～100rpm转速、150℃～200℃温度条件下转动搅拌混合，在搅拌混合过程中不断滴加5份～7份重量份的过氧化二异丙和2份的硬脂酸苯进行动态硫化；

3)向步骤2)得到的混合物中加入2份重量份的防老剂，于20mpa、200℃下高压处理10min，得到二甲基丙烯酸锌增强热塑性硫化胶的护套层。

实施例4

本实施例与实施例3在结构上的区别仅在于，所示云母带绝缘层5采用三层云母带交叠绕包，相邻云母带之间的交叉在轴向上的交叉角度为45°，具有5个缆芯单元7，电磁屏蔽相变填充绳4和金属加强支撑管8均为八根。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。