CN100347792C - 轨道交通用阻燃电力电缆及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通用电力电缆及制备方法，其特征是聚乙烯绝缘层为抗水树辐照交联聚乙烯，外护层为辐照低烟无卤聚乙烯与乙烯－醋酸乙烯酯共聚物混合聚烯烃。并且电缆采用非吸湿必玻璃纤维绕包和铜带纵包5层复合隔离层结构，使电缆的电性能、阻燃性能、阻水、抗水树、物理机械性能大为改善，完全能达到公安部标准GA306.1-2001规定的IA级阻燃电缆试验要求，满足轨道交通电力电缆使用要求。

Description

轨道交通用阻燃电力电缆及制备方法

技术领域

本发明涉及一种改进的轨道交通用电力电缆及制备方法。

背景技术

由于轨道交通的特殊性，对电力***的安全性、可靠性要求极高。要求电缆不仅不易燃烧，而且燃烧过程极少释放烟雾、毒气和腐蚀性气体，因此要求电缆具有低烟无卤高阻燃性能。其次，要求电缆(尤其是地铁用电缆)绝缘层具有较强的抗水分侵入和“抗水树”能力。因为水分浸入电缆，会造成导体的氧化、腐蚀，不仅影响电缆的电性能，而且严重时会发生异常断线事故。绝缘层中产生“水树枝”，会加速电缆的电老化，甚至导致电缆击穿事故，降低电缆使用寿命。

通常低烟无卤高阻燃电缆，导体外绝缘层为采用化学方式交联的交联聚乙烯，外护层为添加无机阻燃剂(例如氢氧化镁和氢氧化铝)的聚烯烃。化学方式交联的交联聚乙烯绝缘层，耐温等级不高(一般不超过90℃)，并且在强电场的作用下，交联聚乙烯绝缘层中会产生“水树枝”；其次，混合的过氧化二异丙苯(DCP)等化学交联剂，会产生枯基醇和苯乙酮等有毒化学物质，生产过程中有严重异味，并污染环境；再就是，化学交联需在高温高压环境中进行，不仅会使材料老化影响寿命，而且还会破坏电缆内部结构稳定，输配线路的安全性和可靠性降低。混合的大量无机阻燃剂构成的低烟无卤聚烯烃外护层，不仅在生产和使用过程中混合的阻燃剂极易发生分解，进而影响电缆的阻燃性及机械性能；而且直接混合大量无机阻燃剂，还会造成护层电性能和物理机械性能较大幅度下降(例如导致材料环境应力开裂和抗拉强度、断裂伸长率下降)。这些都会降低电缆使用寿命和使用等级。

中国专利02116893.8虽然公开了一种辐照交联低烟无卤阻燃电缆，不仅绝缘层材料同样不抗水树，在强电场的作用下仍然会产生“水树枝”；而且绝缘层中直接添加较大量的无机阻燃剂，还导致绝缘层电性能下降，因此作为绝缘材料使用，只能用于低压(0.6/1kV及以下)线芯。护层基料采用单一的聚乙烯，基料与其他添加填料的相容性较差，会导致加工性能下降；氢氧化镁和氢氧化铝阻燃剂与基料的和亲合性差，会造成共混物体系内聚能密度下降，对材料性能带来不利影响。因此仍有值得改进的地方。因此，尽管人们早已知道辐照可使聚合物交联，但仅停留在普通电缆配方料基础上，并没有能克服一些常见问题，仍然存在这样那样的不足。

再就是，电缆采用普通结构，仍然难以达到高标准要求，因此导致现有轨道交通用阻燃电力电缆，难以达到公安部GA306.1-2001标准规定的IA级阻燃电缆试验要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的种种不足，提供一种绝缘层耐温等级高，抗水树枝性能好，低烟无卤高阻燃，又能确保电缆机械物理性能，安全性能好，环保，使用寿命长的轨道交通用阻燃电力电缆。

本发明的另一目的在于提供一种上述电缆的制备方法。

本发明目的实现，主要改进是将化学交联聚乙烯绝缘层改为抗水树辐照型交联聚乙烯绝缘层，外护层采用辐照低烟无卤复合聚烯烃，从而克服了上述已有技术带来的不足。具体说，本发明轨道交通用阻燃电力电缆，包括导体，交联聚乙烯绝缘层，低烟无卤聚烯烃外护层，其特征在于所说交联聚乙烯绝缘层为加有抗水树剂和敏化剂辐照交联聚乙烯，所说低烟无卤聚烯烃外护层为聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合聚烯烃加有敏化剂、及由5-10wt％脂肪酸盐、0.3-1.5wt％钛酸酯偶联剂、余量为氢氧化镁和氢氧化铝无机复合阻燃剂辐照交联，绝缘层与外护层间有隔热隔氧层。

为进一步提高电缆阻燃、阻水效果，本发明所说隔热隔氧层，一种较好是采用绕包非吸湿性玻璃纤维带，挤包隔氧阻燃层，绕包非吸湿性玻璃纤维带，纵包铜带后轧纹，绕包非吸湿性玻璃纤维带复合隔热隔氧层。

本发明绝缘层材料，由低密度聚乙烯100份，碳黑2-3份，抗水树添加剂2-3份，抗氧剂0.2-0.4份，金属抑制剂0.2-0.5份，敏化剂1-2份混合组成。其中抗水树添加剂，较好采用乙烯-丙烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物，抗氧剂较好采用酚类和/或胺类抗氧剂，金属抑制剂优选采用双水杨叉替酰膣，敏化剂优选采用三烯丙基异腈脲酸脂。

本发明护层材料，由40-60份低密度聚乙烯与60-40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的混合聚烯烃100份，碳黑2-5份，抗氧剂0.2-0.4份，无机复合阻燃剂100-160份，敏化剂1-2份混合组成。其中抗氧剂同样可优选采用酚类、胺类抗氧剂，无机复合阻燃剂为由脂肪酸盐(例如选硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸钙)5-10％、钛酸酯偶联剂(例如二异硬脂酸酰基钛酸异丙酯、异丙基三油酰氧基钛酸酯、异丙基三(12烷基苯磺酰基)钛酸酯)0.3-1.5％、余量为氢氧化镁和氢氧化铝混合组成，敏化剂同样可优选采用为三烯丙基异腈脲酸脂。

本发明电缆制造方法，其特征是在导体上挤包加有抗水树剂和敏化剂的聚乙烯绝缘层，辐照交联；成缆；包制隔热隔氧层；挤包加有敏化剂、及由5-10wt％脂肪酸盐、0.3-1.5wt％钛酸酯偶联剂、余量为氢氧化镁和氢氧化铝无机复合阻燃剂的聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合聚烯烃外护层，辐照交联。

如果采用复合隔热隔氧层，则在包制隔热隔氧层时依次先绕包非吸湿性玻璃纤维带，后挤包隔氧阻燃层，再绕包非吸湿性玻璃纤维带，纵包铜带并压纹，绕包非吸湿性玻璃纤维带。

本发明所说辐照交联，其方法与参数与通常辐照基本相同，无特别要求。

本发明所得电缆，其绝缘层聚乙烯由于加入抗水树添加剂并采用辐照交联，克服了普通化学交联和添加阻燃剂辐照交联绝缘层的不足，不仅显著提高了电缆的耐温等级，耐温由化学交联的90℃可提高到120℃以上，而且具有较强的抗水树枝性能，即使在潮湿环境下，也难以产生“水树枝”，并且绝缘层物理机械性能不下降，可以确保电缆使用在较高电压等级，长期使用不老化。

外护层采用复合聚烯烃基料添加复合改性阻燃剂后辐照交联，不仅阻燃剂氢氧化铝和氢氧化镁不易发生分解，可以确保优良的阻燃性能，不会损害护套机械性能；而且与其他添加填料的相容性好，可确保优良的加工性能，容易挤出，产品柔软，屈服模量比可降低20-40％；铝、镁阻燃剂加入脂肪酸盐、钛酸酯偶联剂处理，使得其表面性能得到改善，大大提高了与基料的亲合性，防水性能较未处理有较大提高，抗拉强度可提高15-25％。

多重非吸湿性玻璃纤维带绕包，及铜带纵包，阻隔氧气和火焰热量向内部传递及阻止水分侵入性能好，不仅不易燃烧，而且燃烧环境中也极少释放烟雾、毒气和腐蚀性气体，使电缆具有阻水、抗水树、阻燃、低烟、无卤综合优良性能，能够达到公安部标准GA306.1-2001规定的IA级阻燃电缆试验要求。在规定的试验条件下，透光率由40-60％提高到80％以上，卤酸气体逸出量由12mg/g降低为5mg/g，而且在同等使用条件下，使用寿命可延长20-30％.

本发明电缆显著改善了高聚物的耐热性，从而使电缆材料耐溶、耐熔融、耐焊接性能显著提高，以及电性能、阻燃性能、阻水、抗水树、物理机械性能大为改善，这是本发明区别于其他电缆关键之处，完全满足轨道交通电力电缆用。

以下结合一个具体实施方式，进一步说明本发明。

附图说明

附图为本发明实施例电缆结构示意图。

具体实施方式

实施例：参见附图，本发明轨道交通用阻燃电力电缆，其结构为导体1外为辐照型交联聚乙烯绝缘材料2，组成缆芯后，绕包非吸湿性玻璃纤维带3，挤包有隔氧阻燃层4，再依次绕包非吸湿性玻璃纤维带3，纵包铜带5并轧纹，绕包非吸湿性玻璃纤维带3，最外层为辐照型低烟无卤聚烯烃外护层6。

绝缘层由低密度聚乙烯100份，碳黑2-3份，乙烯-丙烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物抗水树添加剂2-3份，四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]和/或1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷抗氧剂0.2-0.4份，双水杨叉替酰膣金属抑制剂0.2-0.5份，三烯丙基异腈脲酸脂敏化剂1-2份混合，经塑化造粒，挤包于导体外表，放入辐照房内经电子束辐射交联(辐照工艺参数与同等直径电缆聚烯烃辐照相仿)。分别绕包非吸湿性玻璃纤维带3，挤包隔氧阻燃层4，绕包非吸湿性玻璃纤维带3，纵包铜带5后压纹，绕包非吸湿性玻璃纤维带3。挤包外护层由低密度聚乙烯50份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)50份，碳黑2-5份，四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]和/或1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷抗氧剂0.2-0.4份，复合阻燃剂(硬脂酸锌5-10％、二异硬脂酸酰基钛酸异丙酯0.3-1.5％、余量为氢氧化镁和氢氧化铝)100-160份，三烯丙基异腈脲酸脂敏化剂1-2份混合，经塑化造粒，挤包后放入辐照房内经电子束辐射交联(辐照工艺参数与同等直径电缆聚烯烃辐照相仿)。

实施例中各功能添加剂，还可以采用公知的其他同类添加剂替代，同样可达到本发明基本性能。

电缆芯线，根据使用要求可以是单芯，也可以是多芯。

Claims (6)

1、轨道交通用阻燃电力电缆，包括导体，交联聚乙烯绝缘层，低烟无卤聚烯烃外护层，其特征在于所说交联聚乙烯绝缘层为加有抗水树剂和敏化剂辐照交联聚乙烯，所说低烟无卤聚烯烃外护层为聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合聚烯烃加有敏化剂、及由5-10wt％脂肪酸盐、0.3-1.5wt％钛酸酯偶联剂、余量为氢氧化镁和氢氧化铝组成的无机复合阻燃剂辐照交联，绝缘层与外护层间有隔热隔氧层。

2、根据权利要求1所述轨道交通用阻燃电力电缆，其特征在于所说隔热隔氧层为绕包非吸湿性玻璃纤维带，挤包隔氧阻燃层，绕包非吸湿性玻璃纤维带，纵包铜带并轧纹，绕包非吸湿性玻璃纤维带组成的复合隔热隔氧层。

3、根据权利要求1或2所述轨道交通用阻燃电力电缆，其特征在于所说交联聚乙烯绝缘层由低密度聚乙烯100份，碳黑2-3份，抗水树添加剂2-3份，抗氧剂0.2-0.4份，金属抑制剂0.2-0.5份，敏化剂1-2份组成。

4、根据权利要求1或2所述轨道交通用阻燃电力电缆，其特征在于所说外护层由40-60份低密度聚乙烯与60-40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合聚烯烃100份，碳黑2-5份，抗氧剂0.2-0.4份，无机复合阻燃剂100-160份，敏化剂1-2份混合组成。

5、一种如权利要求1-4所述任一轨道交通用阻燃电力电缆制备方法，其特征是在导体上挤包加有抗水树剂和敏化剂的聚乙烯绝缘层，辐照交联；成缆；包制隔热隔氧层；挤包加有敏化剂、及由5-10wt％脂肪酸盐、0.3-1.5wt％钛酸酯偶联剂、余量为氢氧化镁和氢氧化铝组成的无机复合阻燃剂的聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合聚烯烃外护层，辐照交联。

6、根据权利要求5所述轨道交通用阻燃电力电缆制备方法，其特征是包制隔热隔氧层为先绕包非吸湿性玻璃纤维带，后挤包隔氧阻燃层，再绕包非吸湿性玻璃纤维带，纵包铜带并压纹，绕包非吸湿性玻璃纤维带。