本發(fā)明涉及電子元件領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度柔性防火電纜及其制備方法。
背景技術(shù)：
電纜，通常是由幾根或幾組導(dǎo)線（每組至少兩根）絞合而成的類似繩索的電纜，每組導(dǎo)線之間相互絕緣，并常圍繞著一根中心扭成，整個外面包有高度絕緣的覆蓋層。電纜具有內(nèi)通電，外絕緣的特征。
絕緣層即在電纜導(dǎo)線外圍均勻而密封地包裹一層不導(dǎo)電的材料，如：樹脂、塑料、硅橡膠、PVC等，但這些材料受本質(zhì)性能所限，其耐熱性能和絕緣性能相對較弱。
在國內(nèi)已申請的相關(guān)專利中，專利《高強(qiáng)度柔性拖鏈電纜》（申請?zhí)枺?01410261075.5，公開日：2016-02-03），公開了一種高強(qiáng)度柔性拖鏈電纜，但其與常規(guī)技術(shù)比較僅在導(dǎo)體中添加在鋼絲，增加了凱拉夫加強(qiáng)芯，對電纜的機(jī)構(gòu)性能沒有改善，其可彎曲性仍較差，最小彎曲半徑大，綜合機(jī)械性能差，使用范圍小；其采用的絕緣材料均為現(xiàn)有常用材料，這些材料絕緣性能一般，且易受酸堿腐蝕、耐水性差、易燃燒，因此該發(fā)明的絕緣性弱，使用壽命短，阻燃能力差、易老化、不耐高溫；雖然采用凱拉夫加強(qiáng)芯及將鋼絲與銅絲共絞制成導(dǎo)體，但其明顯犧牲了導(dǎo)電性能，而且提升的僅為芯材部分的徑向抗拉強(qiáng)度，沒有提高電纜的整體強(qiáng)度，對其使用范圍也沒有明顯改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種綜合機(jī)械性能好、絕緣性強(qiáng)、強(qiáng)度高、最小彎曲半徑小、耐高溫、抗老化、使用壽命長、使用范圍廣的高強(qiáng)度柔性防火電纜及其制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種高強(qiáng)度柔性防火電纜的制造方法，包括以下步驟：
1）原材料的選用與準(zhǔn)備
①表層護(hù)套原材料選用固化有5～8wt%氫氧化鎂阻燃劑的改性熱硫化型硅橡膠，選用標(biāo)準(zhǔn)為：其體積電阻率不低于2×1015Ω?cm、介電強(qiáng)度不低于200kV/cm、長時工作溫度范圍-55~180℃；
②沉淀硬化不銹鋼絲層原材料選用直徑0.05mm-0.2mm沉淀硬化不銹鋼絲；
③支撐層原材料選用采用特定方法制造的石墨化碳纖維；
④內(nèi)襯原材料選用ENB三元乙丙橡膠；
⑤絕緣層原材料選用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維按重量比9：1的混合材料；
⑥導(dǎo)體原材料選用標(biāo)準(zhǔn)銅材或鋁材；
2）石墨化碳纖維的制備
①通過標(biāo)準(zhǔn)方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；
②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純凈水的混合劑中，該混合劑內(nèi)聚氧化乙烯與純凈水的體積比為2.5-3：7，獲得紡絲原液；
③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm-0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力范圍為1.5bar-2bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm-15mm，獲得聚丙烯腈原絲；
④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行預(yù)氧化，獲得預(yù)氧化纖維；
⑤將步驟④獲得的預(yù)氧化纖維進(jìn)行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和后炭化處理，前炭化處理溫度750℃-800℃，處理時間5min -10min，后炭化處理溫度1500℃-1600℃，處理時間5min -8min獲得炭化纖維；
⑥將步驟⑤獲得的炭化纖維置進(jìn)行石墨化處理，即將之放置于2400℃-2500℃環(huán)境下，保溫8s-12s；
⑦收絲，獲得所需石墨化碳纖維；
3）高強(qiáng)度柔性防火電纜的制造
①將導(dǎo)體按標(biāo)準(zhǔn)方式編織好，獲得待用導(dǎo)體；
②將1）中步驟⑤準(zhǔn)備的環(huán)氧樹脂與玻璃纖維加熱至熔融態(tài)，獲得封裝用流體；
③將步驟①獲得的待用導(dǎo)體放入步驟②獲得的封裝用流體進(jìn)行封裝，獲得待用芯材；
④將1）中步驟④準(zhǔn)備的ENB三元乙丙橡膠按標(biāo)準(zhǔn)方法制成管狀，獲得套管內(nèi)層；
⑤將2）中步驟⑦獲得的石墨化碳纖維編織成致密網(wǎng)管狀，套裝在步驟④獲得的套管內(nèi)層外表面，獲得套管中層；
⑥將沉淀硬化不銹鋼絲編織在步驟⑤獲得的套管中層外表面，獲得帶沉淀硬化不銹鋼絲層的套管中層；
⑦將1）中步驟①準(zhǔn)備的改性熱硫化型硅橡膠按標(biāo)準(zhǔn)方法制成表層護(hù)套，該表層護(hù)套的內(nèi)徑比步驟⑥獲得的帶沉淀硬化不銹鋼絲層的套管中層外徑大1mm~2mm；
⑧將步驟③獲得的待用芯材插入步驟⑥獲得的帶沉淀硬化不銹鋼絲層的套管中層中，再將獲得的組合體整體插入步驟⑦獲得的表層護(hù)套內(nèi)，即獲得所需高強(qiáng)度柔性防火電纜。
一種根據(jù)上述制造方法制造出的高強(qiáng)度柔性防火電纜，包括表層護(hù)套、支撐層、內(nèi)襯、絕緣層、導(dǎo)體；在表層護(hù)套與支撐層之間還設(shè)置有空心層，空心層與支撐層交界處設(shè)置有沉淀硬化不銹鋼絲層；表層護(hù)套采用固化有5～8wt%氫氧化鎂阻燃劑的改性熱硫化型硅橡膠；支撐層采用石墨化碳纖維制成；內(nèi)襯采用ENB三元乙丙橡膠制成；絕緣層采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維按重量比9：1的混合材料制成。
該高強(qiáng)度柔性防火電纜可長時承受-70℃~200℃的工作溫度、最小彎曲半徑不高于直徑的8倍、至少可抗雷電陡坡峰值4000kV/s、屈服強(qiáng)度不低于120N/mm2、延伸率不低于35%、抗拉強(qiáng)度不低于150N/mm2。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：選用的熱硫化型硅橡膠、ENB三元乙丙橡膠、石墨化碳纖維都具有非常好的耐高溫的抗老化性能，加上在支撐層和表層護(hù)套中間設(shè)置了空心層，起著散熱、隔熱的作用，沉淀硬化不銹鋼絲層可以反射部分光線和熱能，并通過空心層和透明的熱硫化型硅橡膠表層傳播，散熱能力遠(yuǎn)強(qiáng)于常規(guī)電纜，使得整個電纜整體抗高溫抗老化性能得到長足的提升，因此本發(fā)明的高強(qiáng)度柔性防火電纜耐高溫、抗老化、使用壽命長；添加的沉淀硬化不銹鋼絲網(wǎng)能顯著提向電纜的綜合強(qiáng)度、延伸率和抗彎性能，還能提供一定的電磁屏蔽能力；由于表層護(hù)套采用熱硫化型硅橡膠，選用標(biāo)準(zhǔn)為：其體積電阻率不低于2×1015Ω?cm、介電強(qiáng)度不低于200kV/cm，絕緣層采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維的混合物，再加上空心層的隔斷，使電纜整體絕緣性很強(qiáng)且不易擊穿損毀，至少可抗雷電陡坡峰值4000kV/s；整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、各層級結(jié)構(gòu)和材料功能互補(bǔ)，有石墨化纖維的高強(qiáng)度高柔韌性、硅橡膠的高延伸率和大范圍工作溫度、環(huán)氧樹脂與玻璃纖維混合物的高韌性及緩沖能力，及空心層提供的退讓和緩沖空間，使本發(fā)明的綜合機(jī)械性能好、可彎曲半徑大、使用范圍廣。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：表層護(hù)套1、空心層2、沉淀硬化不銹鋼絲層3、支撐層4、內(nèi)襯5、絕緣層6、導(dǎo)體7。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
一種高強(qiáng)度柔性防火電纜，由外及內(nèi)設(shè)置有表層護(hù)套1、空心層2、沉淀硬化不銹鋼絲層3、支撐層4、內(nèi)襯5、絕緣層6、導(dǎo)體7；表層護(hù)套1采用固化有5wt%氫氧化鎂阻燃劑的改性熱硫化型硅橡膠；支撐層4采用石墨化碳纖維制成；內(nèi)襯5采用ENB三元乙丙橡膠制成；絕緣層6采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維按重量比9：1的混合材料制成。；
該高強(qiáng)度柔性防火電纜的制造方法包括以下步驟：
1）原材料的選用與準(zhǔn)備
①表層護(hù)套1原材料選用固化有5wt%氫氧化鎂阻燃劑的改性熱硫化型硅橡膠，選用標(biāo)準(zhǔn)為：其體積電阻率不低于2×1015Ω?cm、介電強(qiáng)度不低于200kV/cm、長時工作溫度范圍-55~180℃；
②沉淀硬化不銹鋼絲層3原材料選用直徑0.05mm沉淀硬化不銹鋼絲；
③支撐層4原材料選用采用特定方法制造的石墨化碳纖維；
④內(nèi)襯5原材料選用ENB三元乙丙橡膠；
⑤絕緣層6原材料選用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維按重量比9：1的混合材料；
⑥導(dǎo)體7原材料選用標(biāo)準(zhǔn)銅材或鋁材；
2）石墨化碳纖維的制備
①通過標(biāo)準(zhǔn)方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；
②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純凈水的混合劑中，該混合劑內(nèi)聚氧化乙烯與純凈水的體積比為2.5：7，獲得紡絲原液；
③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力范圍為1.5bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm，獲得聚丙烯腈原絲；
④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行預(yù)氧化，獲得預(yù)氧化纖維；
⑤將步驟④獲得的預(yù)氧化纖維進(jìn)行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和后炭化處理，前炭化處理溫度750℃，處理時間5min，后炭化處理溫度1500℃，處理時間5min獲得炭化纖維；
⑥將步驟⑤獲得的炭化纖維置進(jìn)行石墨化處理，即將之放置于2400℃環(huán)境下，保溫8s；
⑦收絲，獲得所需石墨化碳纖維；
3）高強(qiáng)度柔性防火電纜的制造
①將導(dǎo)體7按標(biāo)準(zhǔn)方式編織好，獲得待用導(dǎo)體7；
②將1）中步驟⑤準(zhǔn)備的環(huán)氧樹脂與玻璃纖維加熱至熔融態(tài)，獲得封裝用流體；
③將步驟①獲得的待用導(dǎo)體7放入步驟②獲得的封裝用流體進(jìn)行封裝，獲得待用芯材；
④將1）中步驟④準(zhǔn)備的ENB三元乙丙橡膠按標(biāo)準(zhǔn)方法制成管狀，獲得套管內(nèi)層；
⑤將2）中步驟⑦獲得的石墨化碳纖維編織成致密網(wǎng)管狀，套裝在步驟④獲得的套管內(nèi)層外表面，獲得套管中層；
⑥將沉淀硬化不銹鋼絲編織在步驟⑤獲得的套管中層外表面，獲得帶沉淀硬化不銹鋼絲層3的套管中層；
⑦將1）中步驟①準(zhǔn)備的改性熱硫化型硅橡膠按標(biāo)準(zhǔn)方法制成表層護(hù)套1，該表層護(hù)套1的內(nèi)徑比步驟⑥獲得的帶沉淀硬化不銹鋼絲層3的套管中層外徑大1mm；
⑧將步驟③獲得的待用芯材插入步驟⑥獲得的帶沉淀硬化不銹鋼絲層3的套管中層中，再將獲得的組合體整體插入步驟⑦獲得的表層護(hù)套1內(nèi)，即獲得所需高強(qiáng)度柔性防火電纜。
根據(jù)本實(shí)施例生產(chǎn)的電纜樣品，可長時承受-70℃~200℃的工作溫度、最小彎曲半徑為直徑的6倍、可抗雷電陡坡峰值4600kV/s、屈服強(qiáng)度140N/mm2、延伸率56%、抗拉強(qiáng)度不低于177N/mm2。
實(shí)施例2：
一種高強(qiáng)度柔性防火電纜，由外及內(nèi)設(shè)置有表層護(hù)套1、空心層2、沉淀硬化不銹鋼絲層3、支撐層4、內(nèi)襯5、絕緣層6、導(dǎo)體7；表層護(hù)套1采用固化有8wt%氫氧化鎂阻燃劑的改性熱硫化型硅橡膠；支撐層4采用石墨化碳纖維制成；內(nèi)襯5采用ENB三元乙丙橡膠制成；絕緣層6采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維按重量比9：1的混合材料制成。；
該高強(qiáng)度柔性防火電纜的制造方法包括以下步驟：
1）原材料的選用與準(zhǔn)備
①表層護(hù)套1原材料選用固化有8wt%氫氧化鎂阻燃劑的改性熱硫化型硅橡膠，選用標(biāo)準(zhǔn)為：其體積電阻率不低于2×1015Ω?cm、介電強(qiáng)度不低于200kV/cm、長時工作溫度范圍-55~180℃；
②沉淀硬化不銹鋼絲層3原材料選用直徑0.2mm沉淀硬化不銹鋼絲；
③支撐層4原材料選用采用特定方法制造的石墨化碳纖維；
④內(nèi)襯5原材料選用ENB三元乙丙橡膠；
⑤絕緣層6原材料選用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維按重量比9：1的混合材料；
⑥導(dǎo)體7原材料選用標(biāo)準(zhǔn)銅材或鋁材；
2）石墨化碳纖維的制備
①通過標(biāo)準(zhǔn)方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；
②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純凈水的混合劑中，該混合劑內(nèi)聚氧化乙烯與純凈水的體積比為3：7，獲得紡絲原液；
③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力范圍為2bar，噴頭與凝固浴液面距離為15mm，獲得聚丙烯腈原絲；
④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行預(yù)氧化，獲得預(yù)氧化纖維；
⑤將步驟④獲得的預(yù)氧化纖維進(jìn)行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和后炭化處理，前炭化處理溫度800℃，處理時間10min，后炭化處理溫度1600℃，處理時間8min獲得炭化纖維；
⑥將步驟⑤獲得的炭化纖維置進(jìn)行石墨化處理，即將之放置于2500℃環(huán)境下，保溫12s；
⑦收絲，獲得所需石墨化碳纖維；
3）高強(qiáng)度柔性防火電纜的制造
①將導(dǎo)體7按標(biāo)準(zhǔn)方式編織好，獲得待用導(dǎo)體7；
②將1）中步驟⑤準(zhǔn)備的環(huán)氧樹脂與玻璃纖維加熱至熔融態(tài)，獲得封裝用流體；
③將步驟①獲得的待用導(dǎo)體7放入步驟②獲得的封裝用流體進(jìn)行封裝，獲得待用芯材；
④將1）中步驟④準(zhǔn)備的ENB三元乙丙橡膠按標(biāo)準(zhǔn)方法制成管狀，獲得套管內(nèi)層；
⑤將2）中步驟⑦獲得的石墨化碳纖維編織成致密網(wǎng)管狀，套裝在步驟④獲得的套管內(nèi)層外表面，獲得套管中層；
⑥將沉淀硬化不銹鋼絲編織在步驟⑤獲得的套管中層外表面，獲得帶沉淀硬化不銹鋼絲層3的套管中層；
⑦將1）中步驟①準(zhǔn)備的改性熱硫化型硅橡膠按標(biāo)準(zhǔn)方法制成表層護(hù)套1，該表層護(hù)套1的內(nèi)徑比步驟⑥獲得的帶沉淀硬化不銹鋼絲層3的套管中層外徑大2mm；
⑧將步驟③獲得的待用芯材插入步驟⑥獲得的帶沉淀硬化不銹鋼絲層3的套管中層中，再將獲得的組合體整體插入步驟⑦獲得的表層護(hù)套1內(nèi)，即獲得所需高強(qiáng)度柔性防火電纜。
根據(jù)本實(shí)施例生產(chǎn)的電纜樣品，可長時承受-70℃~200℃的工作溫度、最小彎曲半徑為直徑的8倍、可抗雷電陡坡峰值5100kV/s、屈服強(qiáng)度185N/mm2、延伸率44%、抗拉強(qiáng)度不低于231N/mm2。
對所公開的實(shí)施例的上述說明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。