一种碳纤维复合电缆及加工方法与流程

1.本发明涉及的是电力电缆技术领域，具体地说是一种碳纤维复合电缆及加工方法。


背景技术：

2.随着电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对电线电缆的需求量呈现出迅速增长趋势。而随着信息化产业水平的不断提高，对电线电缆的需求量也越来越大。由于电缆使用的环境越来越多样化，高温、低温、恶劣的气候及恶劣的环境等等，从而对常规电缆的性能及使用也提出了更高的要求。传统的电缆导线多是采用钢芯铝绞线或钢芯铝合金导线，铝导体输送电，钢芯承载传递的负荷，但是这些导线重量大、电阻大，从而导致输电费用高，且运行温度低，不能适应在高温条件下的运行。随着材料技术的不断进步，20 世纪末人们尝试用有机复合材料代替金属材料制作导线的芯材，开发出了新型复合材料合成芯导线。由于该种导线具有耐高温、大容量、低能耗和寿命长等特点，因而得到了广泛的应用。
3.经检索，中国专利(授权公告号cn 106205833b)公开了一种碳纤维复合材料电缆芯，其公开的内容是，从外至内依次包覆有保护层、包带层、金属屏蔽层和透明纸层；所述透明纸层内含设有导体芯和碳纤维复合芯，所述导体芯和碳纤维复合芯共同形成电缆芯。另外，如中国专利(授权公告号cn102810346b)公开了一种碳纤维复合材料电缆及其电缆芯的制备方法，其公开的内容是，包括碳纤维复合材料电缆芯和绞制在碳纤维复合材料电缆芯外周的梯形截面铝线，所述的碳纤维复合材料电缆芯包括碳纤维中心层和包覆在碳纤维中心层外的玻璃纤维层，所述的梯形截面铝线包括内层的梯形截面铝线和外层的梯形截面铝线。
4.从上述两份专利文献所公开的内容可知，分别从不同的角度提供了一种满足使用要求的碳纤维复合电缆。为了增强企业的竞争力，提高市场占有率，从而提供一种不同于现有技术公开的碳纤维复合电缆，该电缆具有优良的耐高温、低能耗以及抗拉伸强度和断裂延伸率高等优点，从而提高其安全性能及使用寿命，以便满足环境多样化的使用需求。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，提供一种具有优良的耐高温、低能耗以及抗拉伸强度和断裂延伸率高的复合电缆，利用该电缆，可以提高电缆的安全性能及使用寿命，以便满足环境多样化的使用需求，具体地说是一种碳纤维复合电缆及加工方法。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种碳纤维复合电缆，包括有骨架、缆芯、绝缘层、隔氧层、内护套、屏蔽层、耐火层和外护套，在所述骨架上设有多根缆芯，每根缆芯均由碳纤维线芯、内绝缘层、隔离层和内耐火层组成，所述内绝缘层、隔离层和内耐火层从内至外依次包裹于碳纤维线芯上；所述缆芯与骨架绞合成缆后，在其外部挤包
有绝缘层，在所述绝缘层外依次包裹有隔氧层、内护套、屏蔽层、耐火层和外护套。
7.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合软电缆，其中所述骨架采用硅橡胶材料制作为具有四个容纳腔体的十字形结构，在所述骨架中的四个容纳腔体内分别设有一根缆芯。
8.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述碳纤维线芯包括有碳纤维中心层和玻璃纤维层，所述玻璃纤维层包覆在碳纤维中心层外部；其中所述内绝缘层采用合成云母材料挤包而成，所述隔离层采用中低密度聚乙烯或辐照交联聚乙烯材料制成，所述内耐火层和耐火层采用编织的玻璃丝制成。
9.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述绝缘层采用特氟龙材料制成。
10.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述隔氧层采用氧指数不低于40的无卤低烟阻燃b1级聚烯烃隔氧材料制成。
11.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述内护套和外护套均采用陶瓷化硅橡胶材料制成。
12.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述屏蔽层采用铜丝编织而成。
13.本发明还公开了上述碳纤维复合电缆的加工方法，所述加工方法为：先制备骨架及缆芯，将制备的缆芯与隔离骨架绞合成缆后，在其外部挤包一层绝缘层，然后在所述绝缘层外依次包裹隔氧层、内护套、屏蔽层、耐火层和外护套；其中所述缆芯基于如下方法制备得到：s1.将碳纤维置入浸胶槽内，采用环氧树脂胶液进行浸胶处理，使环氧树脂胶液能完全包裹碳纤维线，所述浸胶槽的温度控制在55～60℃之间，浸胶时间为40～60min，经浸胶处理后的碳纤维导入押出机组，同时，将玻璃纤维导入押出机组，使玻璃纤维包覆在碳纤维的四周，经固化成形，得到碳纤维线芯；s2.将碳纤维线芯导入内绝缘层的押出机组；s3.包覆有内绝缘层之后，导入隔离层的押出机组；s4.包覆有隔离层之后，导入内耐火层的绕包机组，即制备得到直线度和圆整度好的缆芯。
14.进一步地，采用本发明所述的加工方法，其中所述骨架采用硅橡胶材料制作为具有四个容纳腔体的十字形结构，在所述骨架中的四个容纳腔体内分别放置一根缆芯，采用现有常规工艺方法，使骨架和缆芯绞合成缆后，在其外部通过挤包机组挤包一层绝缘层，然后通过挤包机组在绝缘层外部分别挤包一层隔氧层和内护套，之后采用绕包机组将铜丝编织于内护套外部，形成屏蔽层，最后采用挤包机组在屏蔽层外依次挤包一层耐火层和外护套，即得所述碳纤维复合电缆，之后采用打码机在外护套的外表面打码，采用收卷机将加工好的碳纤维复合电缆收卷，即得成品。
15.采用本发明所述的一种碳纤维复合电缆及加工方法，与现有技术相比，其有益效果在于：由于所述缆芯由碳纤维线芯、内绝缘层、隔离层和内耐火层组成，而碳纤维线芯由碳纤维中心层和包覆在碳纤维中心层外部的玻璃纤维层组成，采用碳纤维线芯作为电缆的缆芯，从而使得电缆具备优异的耐高温性能；多根缆芯与骨架绞合成缆后，在其外部挤包绝
缘层，并在所缘层外依次包裹有隔氧层、内护套、屏蔽层、耐火层和外护套，从而使得制备的电缆具有耐高温、低能耗以及抗拉伸强度和断裂延伸率高等优点，可克服现有技术重量及电阻大的缺点。
16.由此可见，采用本发明所述方法加工的复合电缆，其应用范围广泛，安全性能高，使用寿命长，其结构简单，安全可靠，性能稳定，实用性强，能够满足在特殊环境中使用需求。
附图说明
17.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
18.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中所述缆芯的结构示意图。
19.图中所示：1-骨架、2-、21-碳纤维线芯、211-碳纤维中心层、212-玻璃纤维层、22-内绝缘层、23-隔离层、24-内耐火层、3-绝缘层、4-隔氧层、5-内护套、6-屏蔽层、7-耐火层、8-外护套。
具体实施方式
20.如图1和图2所示，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，包括有骨架1、缆芯2、绝缘层3、隔氧层4、内护套5、屏蔽层6、耐火层7和外护套8，所述骨架1采用硅橡胶材料制作为具有四个容纳腔体的十字形结构，在所述骨架1中的四个容纳腔体内分别设有一根缆芯2，每根缆芯2均由碳纤维线芯21、内绝缘层22、隔离层23和内耐火层24组成，所述内绝缘层22、隔离层23和内耐火层24从内至外依次包裹于碳纤维线芯21上；所述缆芯2与骨架1绞合成缆后，在其外部挤包有绝缘层3，在所述绝缘层3外依次包裹有隔氧层4、内护套5、屏蔽层6、耐火层7和外护套8。
21.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述碳纤维线芯21包括有碳纤维中心层211和玻璃纤维层212，所述玻璃纤维层212包覆在碳纤维中心层211外部；其中所述内绝缘层22采用合成云母材料挤包而成，所述隔离层23采用中低密度聚乙烯或辐照交联聚乙烯材料制成，所述内耐火层24和耐火层7采用编织的玻璃丝制成。
22.进一步地，本发明所述的一种碳纤维复合电缆，其中所述绝缘层3采用特氟龙材料制成，所述隔氧层4采用氧指数不低于40的无卤低烟阻燃b1级聚烯烃隔氧材料制成，所述内护套5和外护套8均采用陶瓷化硅橡胶材料制成，所述屏蔽层6采用铜丝编织而成。
23.本发明还公开了上述碳纤维复合电缆的加工方法，所述加工方法为：先制备骨架1及缆芯2，所述骨架1采用硅橡胶材料制作为具有四个容纳腔体的十字形结构，在所述骨架1中的四个容纳腔体内分别放置一根缆芯2，采用现有常规工艺方法，将制备的缆芯2与隔离骨架1绞合成缆后，在其外部通过挤包机组挤包一层绝缘层3，然后通过挤包机组在绝缘层3外部分别挤包一层隔氧层4和内护套5，之后采用绕包机组将铜丝编织于内护套5外部，形成屏蔽层6，最后采用挤包机组在屏蔽层6外依次挤包一层耐火层7和外护套8，即得所述碳纤维复合电缆，之后采用打码机在外护套的外表面打码，采用收卷机将加工好的碳纤维复合电缆收卷，即得成品。
24.其中所述缆芯2基于如下方法制备得到：
s1.将碳纤维置入浸胶槽内，采用环氧树脂胶液进行浸胶处理，使环氧树脂胶液能完全包裹碳纤维线，所述浸胶槽的温度控制在55～60℃之间，浸胶时间为40～60min，经浸胶处理后的碳纤维导入押出机组，同时，将玻璃纤维导入押出机组，使玻璃纤维包覆在碳纤维的四周，经固化成形，得到碳纤维线芯；s2.将碳纤维线芯导入内绝缘层的押出机组；s3.包覆有内绝缘层之后，导入隔离层的押出机组；s4.包覆有隔离层之后，导入内耐火层的绕包机组，即制备得到直线度和圆整度好的缆芯。
25.采用本发明所述方法加工的碳纤维复合电缆，其中所采用的原料均为现有技术中电缆行业比较通用的材料，因而对其原料组成没有作详细说明。与现有的常规电缆相比，由于骨架1采用硅橡胶材料制作，保证电缆在使用时的强度以及稳定性，利用硅橡胶材料制作骨架1使得电缆在收卷时沿径向具有一定的回缩，从而使得电缆具有一定的柔软性，更易收卷。而碳纤维线芯21由碳纤维中心层211和包覆在碳纤维中心层211外部的玻璃纤维层212组成，采用碳纤维线芯21作为电缆的缆芯2，从而使得电缆具备优异的耐高温性能。所述内绝缘层22采用合成云母材料挤包而成，由于合成云母材料为非金属绝缘材料，其熔点高达1200～1300℃，具有电绝缘性好、高温下真空放气极低、以及耐酸碱、透明、可分剥和富有弹性等特点，用火难以引燃，保证了电缆有较高的耐高温性能，从而能更好地隔绝外部明火对碳纤维线芯21的损伤。所述隔离层23采用中低密度聚乙烯或辐照交联聚乙烯材料制成，采用中低密度聚乙烯或辐照交联聚乙烯材料作为隔离材料，在耐热性、防水性及抗压性方面能得到极大提高。所述内耐火层24和耐火层7采用编织的玻璃丝制成，采用编织的玻璃丝作为耐火层，不仅具有很好的防火效果，还能降低加工成本。所述绝缘层3采用特氟龙材料制成，所述特氟龙材料为聚四氟乙烯材料，具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，不仅能提高其绝缘性能，还能降低加工成本。所述隔氧层4采用氧指数不低于40的无卤低烟阻燃b1级聚烯烃隔氧材料制成，可以起到良好的阻燃吸热效果，能够有效抑制缆芯2的温度升高速率，进一步降低缆芯的温度，并且具有热释放速率低和热释放总量小的性能，符合gb 31247-2014标准要求。所述屏蔽层6采用铜丝编织而成，能够起到非常好的屏蔽效果。所述内护套5和外护套8均采用陶瓷化硅橡胶材料制成，陶瓷化硅橡胶是一种低烟无卤阻燃耐火材料，可以保证电缆具备优良的耐火、低烟、无卤、阻燃及柔软等性能。
26.综上所述，采用本发明所述方法加工的碳纤维复合电缆，具有耐高温、低能耗以及抗拉伸强度和断裂延伸率高等优点，可克服现有技术重量及电阻大的缺点，其应用范围广泛，安全性能高，使用寿命长，其结构简单，安全可靠，性能稳定，实用性强，能够满足在特殊环境中使用需求。
27.本发明的保护范围不仅限于具体实施方式所公开的技术方案，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不限制本发明，凡是依据本发明的技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。