一种抗老化防腐电缆及其制备方法与流程

本发明涉及电力电缆，具体涉及一种抗老化防腐电缆及其制备方法。

背景技术：

1、化工装置、电镀生产线、海边及盐雾区域、污水处理设施和户外能源设备中的电缆，长期受到酸雾、碱液飞溅、盐雾、湿热、紫外辐射、臭氧及反复温度变化的共同作用。腐蚀介质能够使普通橡胶或聚烯烃护套发生增塑剂抽出、溶胀、失重、硬化和龟裂；紫外与热氧作用又会引起聚合物链断裂或过度交联，使护套伸长率下降。护套一旦形成裂纹，腐蚀介质可沿裂纹、绕包接缝和层间空隙进入绝缘层，进一步造成绝缘电阻下降、导体表面腐蚀以及电缆早期失效。

2、常规工程中广泛使用交联聚乙烯（xlpe）绝缘电力电缆，该类电缆依靠交联聚乙烯作为主绝缘、聚氯乙烯（pvc）或聚乙烯（pe）作为外护套，成本低廉、加工便捷，适用于常规室内、中性户外配电场景。但交联聚乙烯材料本身耐酸碱、耐盐雾性能有限，分子结构缺少耐介质稳定基团；同时 xlpe 绝缘无耐火云母缓冲层，在化工装置酸雾、海边高盐雾、电镀酸碱飞溅环境长期服役时，腐蚀介质易快速渗透 pe/pvc 护套，进而侵蚀 xlpe 绝缘层：一方面酸、盐离子会破坏聚乙烯交联网络，造成绝缘体积电阻率持续下降；另一方面高温、紫外耦合作用下 xlpe 易发生热氧裂解，护套提前硬化开裂，介质沿裂纹直达导体引发单点漏电、短路故障。

3、目前针对腐蚀工况改良的 xlpe 绝缘电缆多采用加厚护套、单层氟塑绕包方式优化，但加厚聚烯烃护套会大幅降低电缆弯曲柔顺性；单层氟塑料薄膜绕包仍存在搭接缝渗透通道，且氟塑层与 xlpe 绝缘、外层橡胶护套界面结合力弱，温度循环、反复弯曲下易分层脱开，无法满足化工、滨海腐蚀区域长周期（20 年以上）稳定运行需求。

4、现有防腐蚀电缆常采用氟塑料挤出层、氟塑料薄膜绕包层或耐腐蚀橡胶护套。氟塑料本体具有较低的介质渗透性，但单层螺旋绕包薄膜存在沿搭接接缝延伸的短扩散通道；两层薄膜若采用同向绕包或接缝重合，仍可能在毛细作用和冷热循环泵吸作用下形成贯通路径。通过胶黏剂将氟聚合物层与外护套连接时，胶黏剂易在高温、湿热和酸碱环境中水解或脆化；通过穿孔、铆接孔或贯穿粗化提高机械结合，则会直接破坏连续阻隔层。

5、另一方面，现有抗老化外护套通常依赖单一橡胶或单一防老剂，难以同时应对热氧、紫外、臭氧和腐蚀介质。提高耐腐蚀性时常会牺牲低温柔韧性和耐臭氧性能，提高柔韧性时又可能增大介质吸收和热变形；部分含氯橡胶在长期热老化中释放微量酸性产物，若缺少酸捕获和多级稳定措施，会加速材料自催化降解。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种抗老化防腐电缆，沿径向由内向外依次包括导体、耐火云母绕包层、耐热硅橡胶绝缘层、第一fep薄膜层、第二fep薄膜层、非贯穿热定型fep锚固格栅和抗老化防腐蚀外护套。

3、进一步地，所述第一fep薄膜层沿第一螺旋方向绕包于所述耐热硅橡胶绝缘层外，所述第二fep薄膜层沿与第一螺旋方向相反的第二螺旋方向绕包于第一fep薄膜层外，第一fep薄膜层与第二fep薄膜层的搭接接缝沿电缆圆周方向错开，且第一fep薄膜层和第二fep薄膜层各自的搭接部位经表面热熔压合，使第一fep薄膜层与第二fep薄膜层共同形成无贯穿孔的连续氟聚合物阻隔套。

4、进一步地，所述非贯穿热定型fep锚固格栅包括沿左旋方向绕设的第一fep单丝组和沿右旋方向绕设的第二fep单丝组，第一fep单丝组和第二fep单丝组与第二fep薄膜层表面在接触区局部熔接，且未穿透所述连续氟聚合物阻隔套；所述抗老化防腐蚀外护套包覆第一fep单丝组和第二fep单丝组，并填充相邻fep单丝之间的网格空隙形成连续胶体桥，以构成对抗老化防腐蚀外护套的非贯穿几何锚固。

5、进一步地，所述第一fep薄膜层和第二fep薄膜层的单层厚度分别为0.05-0.15mm，薄膜宽度分别为10-18mm，绕包搭盖率分别为45%-60%；第一fep薄膜层与第二fep薄膜层的接缝圆周错开量为电缆周长的20%-50%，热熔压合后形成的连续氟聚合物阻隔套总厚度为0.12-0.30mm。

6、进一步地，所述第一fep单丝组和第二fep单丝组各自包括2-6根沿电缆圆周方向均匀布置的fep单丝；所述fep单丝的直径为0.30-0.70mm，第一fep单丝组和第二fep单丝组的螺距均为6-18mm，两组相对于电缆轴线的绕设角绝对值相等，以形成菱形网格，两组fep单丝的交叉角为40°-80°；沿fep单丝长度方向设置间隔式点状或短条状熔接区，相邻熔接区的轴向间距为3-12mm，单个熔接区的轴向长度为1-5mm。

7、进一步地，所述fep单丝熔入第二fep薄膜层表面的深度为第二fep薄膜层厚度的15%-40%，熔接区域处连续氟聚合物阻隔套的最小剩余厚度不低于总厚度的75%；所述抗老化防腐蚀外护套的标称厚度为1.5-2.8mm，抗老化防腐蚀外护套在fep单丝顶部外侧的最小覆盖厚度不低于0.8mm。

8、进一步地，所述抗老化防腐蚀外护套按重量份数计包括：氯化聚乙烯橡胶50-60份、氢化丁腈橡胶20-30份、三元乙丙橡胶15-25份、炭黑n550 18-26份、煅烧高岭土12-20份、沉淀硫酸钡8-14份、活性氧化镁3-5份、防老剂445 1.0-1.8份、防老剂rd 0.4-0.8份、紫外线吸收剂uv-531 0.3-0.7份、受阻胺光稳定剂944 0.3-0.8份、微晶蜡1.0-2.0份、偏苯三酸三辛酯5-9份、硬脂酸0.5-1.0份、过氧化二异丙苯1.0-1.6份和三烯丙基异氰脲酸酯0.5-1.0份。

9、进一步地，所述耐热硅橡胶绝缘层按重量份数计包括：甲基乙烯基苯基硅橡胶100份、沉淀法二氧化硅24-32份、球形氧化铝10-18份、煅烧高岭土8-15份、氧化铁红1.0-2.0份、苯基硅油2-5份及2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷0.8-1.2份。

10、进一步地，所述导体由镀镍软铜单丝按1+6+12+18结构分层绞合形成，镀镍软铜单丝的直径为0.18-0.30mm、镍层厚度为1-4μm、导体紧压系数为0.87-0.91；最内绞层、中间绞层和最外绞层的节径比分别为9-11、8-10和7-9；所述耐火云母绕包层采用厚度为0.06-0.14mm的金云母带，绕包搭盖率为20%-45%；所述耐热硅橡胶绝缘层的标称厚度为1.0-1.8mm。

11、第二方面，本发明提供上述抗老化防腐电缆的制备方法，包括以下步骤：

12、s1：将镀镍软铜单丝分层绞合形成导体，在导体外绕包金云母带，并挤包耐热硅橡胶绝缘料，经热风硫化和冷却定型，得到绝缘线芯：

13、s2：在绝缘线芯外沿第一螺旋方向绕包第一fep薄膜层，对第一fep薄膜层的搭接部位进行短时表面加热和压合并冷却；再沿与第一螺旋方向相反的第二螺旋方向绕包第二fep薄膜层，使第一fep薄膜层和第二fep薄膜层的搭接接缝沿圆周方向错开，对第二fep薄膜层的搭接部位进行短时表面加热和压合，形成连续氟聚合物阻隔套：

14、s3：将fep树脂挤出、牵引定径和退火定型制成fep单丝，将两组fep单丝分别沿左旋方向和右旋方向绕设于第二fep薄膜层外，并使fep单丝与第二fep薄膜层表面局部熔接，形成非贯穿热定型fep锚固格栅：

15、s4：制备抗老化防腐蚀外护套料，并将抗老化防腐蚀外护套料挤包于非贯穿热定型fep锚固格栅外，经连续热风硫化形成抗老化防腐蚀外护套；

16、s5：将硫化后的电缆进行后热处理和分级冷却，得到抗老化防腐电缆。

17、进一步地，所述s1中镀镍软铜单丝的绞合线速度为15-35m/min，各绞层单丝放线张力为2-6n；金云母带的绕包线速度为10-30m/min，绕包张力为3-8n。

18、进一步地，所述s1中耐热硅橡胶绝缘料采用橡胶挤出机挤包，橡胶挤出机的喂料段温度为45-55℃、塑化段温度为55-65℃、均化段温度为60-75℃、机头温度为70-85℃，螺杆转速为20-35rpm；热风硫化温度为180-205℃、硫化时间为6-10min，硫化后以室温空气冷却至绝缘线芯表面温度不高于50℃。

19、进一步地，所述s2中第一fep薄膜层和第二fep薄膜层的绕包线速度分别为4-12m/min，绕包张力分别为3-8n。

20、进一步地，所述s2第一fep薄膜层绕包完成后，采用环形热风加热器对其搭接区域进行表面加热和压合，冷却后再绕包第二fep薄膜层，并以相同方式对第二fep薄膜层的搭接区域进行表面加热和压合；两次热熔压合时相应fep薄膜层外表面温度均为300-330℃，压合压力为0.08-0.24mpa，并在两次热熔压合过程中均使耐热硅橡胶绝缘层外表面最高温度不超过180℃；每次热熔压合后采用室温空气冷却，使相应fep薄膜层表面温度降至80℃以下。

21、进一步地，所述s3中fep树脂在110-130℃下干燥3-5h，经单螺杆挤出机熔融挤出；所述单螺杆挤出机的喂料段温度为300-320℃、压缩段温度为320-340℃、计量段温度为335-360℃、机头温度为330-355℃，螺杆转速为20-45rpm；根据目标单丝直径选用孔径0.35-1.15mm的圆形口模，并配合调节熔体挤出量；熔体经空气冷却并以1.2-2.5倍牵引比牵引定径后，在220-245℃下连续退火定型30-90s，再冷却至60℃以下，得到直径偏差不大于±0.03mm的fep单丝。

22、进一步地，所述s3中第一fep单丝组和第二fep单丝组采用相同螺距，并使两组相对于电缆轴线的绕设角绝对值相等，以形成菱形网格；两组的绕设线速度为3-12m/min，单丝张力为2-6n；fep单丝与第二fep薄膜层采用带槽限位压轮进行间隔式局部熔接，局部熔接温度为260-280℃、单点受热时间为0.5-2.5s、压轮压力为0.03-0.15mpa，并通过带槽限位压轮控制fep单丝的熔入深度；熔接完成后采用3-8kv高压火花进行在线检验，以确认连续氟聚合物阻隔套无贯穿缺陷。

23、进一步地，所述耐热硅橡胶绝缘料的制备方法为：

24、a1：将甲基乙烯基苯基硅橡胶和苯基硅油加入密炼机，在50-65℃、30-50rpm下混炼3-5min；将沉淀法二氧化硅分两次加入，每次加料后混炼3-5min，再加入球形氧化铝、煅烧高岭土和氧化铁红，在55-75℃、40-60rpm下继续混炼8-12min，控制排胶温度为90-100℃，得到绝缘基胶；

25、a2：将绝缘基胶冷却至50℃以下，加入2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷，在辊温30-45℃、前后辊速比为1:1.1-1:1.3、辊距0.5-1.0mm的开炼机上薄通3-5次；将薄通后的胶料在20-30℃下停放4-12h，得到耐热硅橡胶绝缘料；

26、进一步地，所述抗老化防腐蚀外护套料的制备方法为：

27、b1：将氯化聚乙烯橡胶和三元乙丙橡胶加入密炼机，在70-85℃、30-45rpm下混炼2-4min，再加入氢化丁腈橡胶继续混炼2-4min；加入活性氧化镁和硬脂酸混炼2-3min；加入炭黑n550、煅烧高岭土、沉淀硫酸钡和偏苯三酸三辛酯；全部加完后在75-95℃、40-55rpm下继续混炼8-12min；

28、b2：加入防老剂445 、防老剂rd 、紫外线吸收剂uv-531、受阻胺光稳定剂944 和微晶蜡，在70-85℃下继续混炼3-5min后排胶，控制排胶温度为95-105℃；

29、b3：将胶料冷却至50℃以下，在辊温30-45℃、前后辊速比为1:1.1-1:1.3、辊距0.6-1.2mm的开炼机上加入过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯，薄通3-5次；将薄通后的胶料在20-30℃下停放6-12h，得到抗老化防腐蚀外护套料。

30、进一步地，所述s4中抗老化防腐蚀外护套料采用橡胶挤出机挤包，橡胶挤出机的喂料段温度为45-55℃、塑化段温度为55-65℃、均化段温度为60-70℃、机头温度为65-80℃，螺杆转速为15-30rpm；挤包后形成的抗老化防腐蚀外护套标称厚度为1.5-2.8mm；针对过氧化二异丙苯/三烯丙基异氰脲酸酯交联体系，连续热风硫化温度为165-175℃、硫化时间为8-12min。

31、进一步地，所述s5中的后热处理温度为140-155℃、后热处理时间为1-3h。

32、本发明的有益效果：

33、本发明采用第一fep薄膜层和第二fep薄膜层构成连续氟聚合物阻隔套，两层fep薄膜沿相反螺旋方向绕包，搭接接缝沿电缆圆周方向错开，并分别对搭接部位进行表面热熔压合。该结构能够避免单层绕包或同向重合接缝形成连续螺旋渗透通道，延长酸液、碱液、盐雾及水汽向电缆内部迁移的路径，降低毛细渗透和温度循环泵吸作用引起的介质侵入，从而提高电缆在化工、电镀、沿海盐雾及湿热环境中的长期防腐蚀能力。

34、本发明在第二fep薄膜层外设置由左旋第一fep单丝组和右旋第二fep单丝组构成的非贯穿热定型fep锚固格栅，fep单丝仅与第二fep薄膜层表面局部熔接，不穿透连续氟聚合物阻隔套；外护套包覆交叉设置的fep单丝，并在相邻单丝之间形成连续胶体桥。由此可在不打孔、不采用易老化胶黏剂且不破坏阻隔完整性的条件下形成分布式几何锚固，提高层间轴向保持力和应力传递均匀性，抑制温度循环、收卷敷设及反复弯曲过程中的外护套窜动、扭转和脱层。

35、本发明的抗老化防腐蚀外护套采用氯化聚乙烯橡胶、氢化丁腈橡胶和三元乙丙橡胶共交联体系，并通过活性氧化镁、防老剂445、防老剂rd、紫外线吸收剂uv-531、受阻胺光稳定剂944和微晶蜡分别实现酸性产物捕获、热氧自由基抑制、紫外吸收及表面迁移保护；耐热硅橡胶绝缘层通过沉淀法二氧化硅补强、球形氧化铝导热、煅烧高岭土填充和氧化铁红耐热稳定的协同作用，降低局部热积累并维持高温电气性能，使电缆兼具抗热氧老化、抗紫外老化、耐臭氧、防酸碱腐蚀、耐盐雾和长期电气稳定性。