一种高性能轨道交通用直流牵引电缆的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高性能轨道交通用直流牵引电缆，包括导体、橡胶绝缘层、阻水阻燃复合带以及外护套，橡胶绝缘层包覆在导体外侧，阻水阻燃复合带包覆在橡胶绝缘层外侧，外护套包覆在阻水阻燃复合带外侧，导体内部、以及导体与橡胶绝缘层之间均设有纵向阻水结构，阻水阻燃复合带包括玻璃纤维层以及分别设置在玻璃纤维层两侧的阻水层和阻燃层。本发明的橡胶绝缘层采用改性三元乙丙橡胶制成，具有优越的电气性能，能够保证绝缘层不被击穿；阻水阻燃复合带能够有效地起到阻水、阻燃效果；外护套由乙烯?醋酸乙烯和聚烯烃弹性体混合物制成，具有优异的柔韧性、耐候性、耐老化性、无卤低烟阻燃特性以及防鼠、防白蚁性能。
【专利说明】
一种高性能轨道交通用直流牵引电缆
技术领域
[0001]本发明涉及轨道交通电缆技术领域，特别涉及一种高性能轨道交通用直流牵引电缆。
【背景技术】
[0002]近年来，随着轨道交通技术的进步以及直流牵引设备的广泛应用，国内已有少数企业进行了直流电缆的开发并投入了使用。但在实际使用过程中，部分国产直流电缆存在一些不足，通过地铁公司反馈的信息，总结得到以下几个主要问题:
[0003]1、电缆外护套开裂:有的是材料选用不当，有的是弯曲时产生的应力消除不了，从而导致电缆运行一段时间后外护套开裂；
[0004]2、电缆绝缘击穿:轨道交通直流电缆大多采用交联聚乙烯和三元乙丙橡胶作为绝缘材料，众所周知，交联聚乙烯或三元乙丙橡胶均属于聚合物，聚合物绝缘材料以其优良的加工、介电、热性能而应用广泛。但是它们在加工、制造和使用过程中的电荷残留、电极注入或因材料不纯净而引起的偏振或极化问题，都会造成空间电荷在绝缘材料中的积累，从而降低其介电性能，甚至击穿。
[0005]3、电缆柔软性不够好:较硬的电缆材质敷设施工不便，无法满足柔软、弯曲半径小的使用要求；
[0006]4、电缆性能不足:电缆的防水、防气候老化、防紫外线、防鼠蚁、耐油、耐热、耐寒和无卤低烟阻燃等等特性还不够完善，不能完全满足地铁严酷的使用环境条件。
【发明内容】
[0007]为解决上述技术问题，本发明公开了一种高性能轨道交通用直流牵引电缆，包括导体、橡胶绝缘层、阻水阻燃复合带以及外护套，所述橡胶绝缘层包覆在导体外侧，所述阻水阻燃复合带包覆在橡胶绝缘层外侧，所述外护套包覆在阻水阻燃复合带外侧，所述导体内部、以及导体与橡胶绝缘层之间均设有纵向阻水结构，所述阻水阻燃复合带包括玻璃纤维层以及分别设置在玻璃纤维层两侧的阻水层和阻燃层。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述橡胶绝缘层为由以下重量份数的配方制成的改性三元乙丙橡胶绝缘层:三元乙丙橡胶K2470L 100?120份，硬脂酸I?2份，氧化锌5.0?7.0份，防老剂RD 1.0?1.5份，防老剂MB 1.5?2.0份，白石蜡5.0?8.0份，高温煅烧陶土80?100份，超细滑石粉40?60份，偶联剂A-172 0.5?1.0份，过氧化二异丙苯2.8?3.2份。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述导体为由多股镀锡软圆铜单线束绞合而成的股线。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述纵向阻水结构为沿股线纵向连续包覆的阻水带，所述阻水带由以下重量份数的配方制成:丙烯酸钠60?80份，单体丙烯酰胺20?40份，交联剂0.1?0.8份，引发剂0.1?0.6份，去离子水200份。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述阻水层为由丙烯酸钠、单体丙烯酰胺、交联剂、弓丨发剂和去离子水配置而成的阻水层。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述阻燃层为无机氢氧化物组成的阻燃层。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述橡胶绝缘层外侧设有2层厚度共为0.2-0.25mm的阻水阻燃复合带，并搭盖覆盖率不小于30%的绕包层。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述外护套由以下重量份数的配方制成:乙烯-醋酸乙烯、聚烯烃弹性体、杜邦7256共计40?50份，Al (OH)3、Mg(0H)2共计40?55份，抗氧剂10100.2?0.4份，过氧化二异丙苯1.5?2份，三烯丙基异氰脲酸脂异2.5?3.0份，氧化锌5?10份，防老剂MB 2?3份，防老剂RD 1.0?2.0份，炭黑15?25份，超细滑石粉80?90份，相容剂MS519 8?12份，防鼠剂、防蚁剂共计20?30份。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]本发明的橡胶绝缘层采用改性三元乙丙橡胶制成，具有优越的电气性能，能够克服直流电场的空间电荷，保证绝缘层不被击穿；阻水阻燃复合带的三层结构能够有效地起到阻水、阻燃效果;外护套由乙烯-醋酸乙烯和聚烯烃弹性体混合物制成，具有优异的柔韧性、耐候性、耐老化性、无卤低烟阻燃特性以及防鼠、防白蚁性能。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本发明的截面结构示意图；
[0019]图2为阻水阻燃复合带的截面结构示意图。
[0020]图中标记:1_导体；2-橡胶绝缘层；3-阻水阻燃复合带；31-玻璃纤维层;32-阻水层;33-阻燃层;4-外护套;5-阻水带。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]如图1所示，一种高性能轨道交通用直流牵引电缆，包括导体1、橡胶绝缘层2、阻水阻燃复合带3以及外护套4，橡胶绝缘层2包覆在导体I外侧，阻水阻燃复合带3包覆在橡胶绝缘层2外侧，外护套4包覆在阻水阻燃复合带3外侧，导体I内部、以及导体I与橡胶绝缘层2之间均设有纵向阻水结构。
[0023]如图2所示，阻水阻燃复合带3包括玻璃纤维层31以及分别设置在玻璃纤维层31两侧的阻水层32和阻燃层33;阻水层32为由丙烯酸钠、单体丙烯酰胺、交联剂、引发剂和去离子水配置而成的阻水层;阻燃层33为无机氢氧化物组成的阻燃层。
[0024]在地铁工程中，电缆通常采用直埋、电缆沟、隧道等敷设方式，在电缆施工安装过程中端头极易进水;同时电缆在使用中难免与水直接接触，甚至会短期或长期浸泡在水中，而水是影响电缆长寿命的一个关键因素，因为水进入缆芯可以导致电缆过早发生故障，甚至击穿。
[0025]本发明的导体I为由多股镀锡软圆铜单线束绞合而成的股线，股线各绞层之间以及导体I与橡胶绝缘层2之间纵向连续包覆阻水带5，这样可以防止纵向水分迀移，起到纵向阻水的作用;橡胶绝缘层2外侧设有2层厚度共为0.2-0.25mm的阻水阻燃复合带3，并搭盖覆盖率不小于30%的绕包层，起到径向阻水作用；上述两道防水结构为防止水分进入缆芯提供了可靠的屏障。
[0026]阻水带5由以下重量份数的配方制成:丙烯酸钠60?80份，单体丙烯酰胺20?40份，交联剂0.1?0.8份，引发剂0.1?0.6份，去离子水200份;其特点是遇水膨胀，能够很好地起到阻水效果，并且工艺简单。
[0027]为了使电缆具有柔软性能、物理机械性能、抗大气老化性能、耐油、阻水阻燃性能以及防鼠、防白蚁等特性，本发明的外护套4由以下重量份数的配方制成:乙烯-醋酸乙烯、聚烯烃弹性体、杜邦7256共计40?50份，Al(OH)3、Mg(OH)2共计40?55份，抗氧剂1010 0.2?
0.4份，过氧化二异丙苯1.5?2份，三烯丙基异氰脲酸脂异2.5?3.0份，氧化锌5?10份，防老剂MB 2?3份，防老剂RD 1.0?2.0份，炭黑15?25份，超细滑石粉80?90份，相容剂MS5198?12份，防鼠剂、防蚁剂共计20?30份。
[0028]其中，防鼠剂为类萜类化合物微粒缓释胶囊，防蚁剂为二乙基甲本酰胺微粒缓释胶囊。
[0029]三元乙丙橡胶在加工、制造过程中的电荷残留、电极注入或因材料不纯偏振或极化问题，还是会产生一定的空间电荷。因此，为获得更高质量的挤包直流电缆绝缘层，必须对三元乙丙橡胶进行改性来抑制空间电荷在绝缘层中的累积。
[0030]本发明中的橡胶绝缘层2为由以下重量份数的配方制成的改性三元乙丙橡胶绝缘层:三元乙丙橡胶K2470L 100?120份，硬脂酸I?2份，氧化锌5.0?7.0份，防老剂RD 1.0?1.5份，防老剂MB 1.5?2.0份，白石蜡5.0?8.0份，高温煅烧陶土80?100份，超细滑石粉40?60份，偶联剂A-172 0.5?1.0份，过氧化二异丙苯2.8?3.2份。
[0031]其中，三元乙丙橡胶K2470L为德国朗盛集团生产的橡胶材料，其主要技术指标为:门尼粘度ML( 1+4)在125°C为22，乙烯含量65%，第三单体含量4.2%。
[0032]三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，其最主要的特性就是优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀能力，同时还具有优良的耐热性和耐气候性以及化学结构稳定性，特别是在电气性能方面更以其优异的高绝缘电阻率而适用于电线电缆。
[0033]直流牵引电缆的绝缘目前一般采用交联聚乙烯和乙丙橡胶两种绝缘材料。交联聚乙烯绝缘是整体型交联结构，属于非极性高聚物。电缆本身相当于一个较大的电容器，直流传输停电后，相当于已将一个电容器充电完成，虽然导体线芯已进行接地处理，但是没有能够有效地进行放电，大量的直流电能仍然存在于电缆中，也就是所谓的“空间电荷”，这些空间电荷不会像交流电力电缆那样由于介质损耗而消耗掉，而是在绝缘缺陷处造成大量正、负电荷的聚集。空间电荷随着时间的延长而成倍增加，当其电场强度大于电缆的额定直流电压和绝缘的耐受脉冲电压时，交联聚乙烯绝缘直流电缆则被击穿。
[0034]三元乙丙橡胶(ETOM)虽然没有交联聚乙烯那样较高的电性能，但是在其绝缘机理上能够克服直流电场的空间电荷。乙丙橡胶是乙烯和丙烯的共聚物，是弱极性耐电的介质，因为分子极性的存在，加上填充剂和交联剂等物质的加入，构成了均匀混合极性介质的绝缘体。从固体电介质物理的角度看，能够将空间电荷通过极性介质的正、负空隙吸收，达到局部电量平衡，不会致使绝缘介质形成电荷通道而击穿。
[0035]外护套4为由乙烯-醋酸乙烯和聚烯烃弹性体混合物制成的护套。
[0036]乙烯-醋酸乙烯(EVA)是无卤的极性聚合物，能与多种材料相容，有良好的机械物理性能、电气性能和极佳的混炼与挤出工艺。EVA是制造电缆绝缘、护套料、低烟无卤阻燃料和隔氧层料不可或缺的基料。
[0037]聚烯烃弹性体(POE)是采用茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体，其耐热性、耐寒性、耐候性、耐老化性优异，还具有热塑性弹性体的一般物性，如成型性、废料再利用和硫化胶性能等，并且相对密度小，因而体积价格低廉。
[0038]EVA和POE两种材料的配合，既突出了EVA良好的物理机械性能、突出了与无卤低烟阻燃、防鼠防白蚁等多种材料的相容性;又延续了 POE优异的耐热性、耐寒性、耐候性、耐老化性能，填充性好，价格低;也克服了 EVA耐热、耐寒和柔韧性不太好的缺陷，又规避了 POE耐油、耐压缩永久变形和耐磨耗差等不利因素。
[0039]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高性能轨道交通用直流牵引电缆，包括导体、橡胶绝缘层、阻水阻燃复合带以及外护套，其特征在于，所述橡胶绝缘层包覆在导体外侧，所述阻水阻燃复合带包覆在橡胶绝缘层外侧，所述外护套包覆在阻水阻燃复合带外侧，所述导体内部、以及导体与橡胶绝缘层之间均设有纵向阻水结构，所述阻水阻燃复合带包括玻璃纤维层以及分别设置在玻璃纤维层两侧的阻水层和阻燃层。2.根据权利要求1所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述橡胶绝缘层为由以下重量份数的配方制成的改性三元乙丙橡胶绝缘层:三元乙丙橡胶K2470L 100?120份，硬脂酸I?2份，氧化锌5.0?7.0份，防老剂RD 1.0?1.5份，防老剂MB 1.5?2.0份，白石蜡5.0?8.0份，高温煅烧陶土80?100份，超细滑石粉40?60份，偶联剂A-172 0.5?1.0份，过氧化二异丙苯2.8?3.2份。3.根据权利要求1所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述导体为由多股镀锡软圆铜单线束绞合而成的股线。4.根据权利要求3所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述纵向阻水结构为沿股线纵向连续包覆的阻水带，所述阻水带由以下重量份数的配方制成:丙烯酸钠60?80份，单体丙烯酰胺20?40份，交联剂0.1?0.8份，引发剂0.1?0.6份，去离子水200份。5.根据权利要求1所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述阻水层为由丙烯酸钠、单体丙烯酰胺、交联剂、引发剂和去离子水配置而成的阻水层。6.根据权利要求5所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述阻燃层为无机氢氧化物组成的阻燃层。7.根据权利要求1所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述橡胶绝缘层外侧设有2层厚度共为0.2-0.25mm的阻水阻燃复合带，并搭盖覆盖率不小于30 %的绕包层。8.根据权利要求1所述的高性能轨道交通用直流牵引电缆，其特征在于，所述外护套由以下重量份数的配方制成:乙烯-醋酸乙烯、聚烯烃弹性体、杜邦7256共计40?50份，Al(OH)3、Mg(OH)2共计40?55份，抗氧剂1010 0.2?0.4份，过氧化二异丙苯1.5?2份，三烯丙基异氰脲酸脂异2.5?3.0份，氧化锌5?10份，防老剂MB 2?3份，防老剂RD 1.0?2.0份，炭黑15?25份，超细滑石粉80?90份，相容剂MS519 8?12份，防鼠剂、防蚁剂共计20?30份。
【文档编号】H01B7/04GK105869731SQ201610368359
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】郭松川, 蒋彭春, 张培基, 郭锦斌
【申请人】昆明三川电线电缆有限公司