复合结构高可靠性低烟无卤阻燃防水中压电缆及制备方法与流程

本发明涉及电线电缆，具体涉及一种复合结构高可靠性低烟无卤阻燃防水中压电缆及制备方法。

背景技术：

1、中压电缆通常用于6kv-35kv电压等级的输配电系统，广泛应用于城市电网、工业设施、轨道交通、隧道、地下管廊及沿海潮湿环境等场合。上述场合中，电缆长期受到水分、腐蚀性气体、温湿度循环、油污或化学介质以及机械外力的共同作用，对电缆结构和材料的长期稳定性提出了较高要求。

2、现有低烟无卤阻燃中压电缆通常通过金属护套、铝塑复合带、皱纹金属护套、阻水纱或阻水带等结构改善防水性能。但当金属护套受损，或搭接、焊接、端部密封处存在缺陷时，水分仍可能沿缆芯纵向迁移或向绝缘系统渗透，进而诱发水树或电树现象，导致绝缘老化加速。

3、低烟无卤阻燃护套材料多以聚烯烃为基体并填充大量无机阻燃剂。在温差变化、化学介质接触、局部外力损伤或弯曲应力持续作用下，护套容易发生环境应力开裂。护套开裂后不仅削弱机械保护和径向阻隔能力，还可能加速内部金属层腐蚀和阻水结构失效。

4、铜带金属屏蔽层是中压电缆屏蔽和接地的重要部件。在潮湿、含硫化氢、二氧化硫或盐雾的环境中，铜带容易发生电化学腐蚀或化学腐蚀，造成接触电阻增大、局部发热或屏蔽功能下降。现有技术中虽存在单独改善金属层防腐、单独改善护套阻燃或单独设置阻水层的方案，但对铜带屏蔽防腐、纵向阻水、机械铠装和低烟无卤护套抗开裂的整体协同仍有改进空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合结构高可靠性低烟无卤阻燃防水中压电缆及制备方法，以解决潮湿及腐蚀环境下中压电缆可能出现的金属屏蔽层腐蚀、纵向水迁移、护套环境应力开裂和机械损伤相互诱发的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种复合结构高可靠性低烟无卤阻燃防水中压电缆。电缆由内至外依次包括导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、填充绕包层、半导电阻水缓冲带、金属铠装层和外护套层；

3、导体、导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层构成电缆线芯，其中导体为铜导体或铝导体，优选为紧压圆形铜导体；导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层通过三层共挤方式形成，其中绝缘层优选为交联聚乙烯绝缘层，导体屏蔽层和绝缘屏蔽层为半导电屏蔽材料。

4、金属屏蔽层包括绕包于绝缘屏蔽层外侧的铜带，铜带的上表面和下表面均涂覆有机-无机复合防腐涂层，其中，有机-无机复合防腐涂层的成膜厚度为3-8 μm，以改性丙烯酸树脂为基体，掺杂纳米二氧化硅和铜缓蚀剂，铜缓蚀剂可选苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物；纳米二氧化硅和铜缓蚀剂的质量分数分别为1-5 wt% 和0.3-2 wt%。

5、双面涂覆有机-无机复合防腐涂层的铜带的制备方法为：

6、对铜带双面进行清洁和表面活化处理；将含改性丙烯酸树脂、纳米二氧化硅和铜缓蚀剂的涂料辊涂于所述铜带基材的两个表面；经烘烤固化后获得干膜厚度为3-8 μm的有机-无机复合防腐涂层；

7、所铜带的厚度为0.05-0.20 mm，以重叠绕包方式形成所述金属屏蔽层，使铜带搭接区域仍具有涂层覆盖，从而降低潮气、盐雾或含硫腐蚀性气体与铜带直接接触的可能性。铜带绕包搭盖率不小于10%，经gb/t 2423.17中性盐雾试验96 h后，接触电阻变化率小于5%。

8、半导电阻水缓冲带设置于金属屏蔽层外侧。该半导电阻水缓冲带可由无纺布基带浸渍含高吸水性树脂和导电炭黑的胶液或者pe材料形成，其厚度为1.0-3.0 mm，密度为0.926-0.940 g/cm3，体积电阻率>1014 ω·cm，介电强度>20 kv/mm，搭盖率不小于10%，吸水膨胀体积率不低于4倍。

9、该半导电阻水缓冲带具有半导电性和吸水膨胀能力。水分沿电缆纵向进入时，半导电阻水缓冲带能够吸水膨胀并填充层间间隙，减少纵向水迁移；同时，半导电特性有利于屏蔽外侧电场过渡。

10、金属铠装层设置于半导电阻水缓冲带外侧并位于外护套层内侧，可由镀锌钢带或不锈钢带形成，优选为双层金属钢带。每层钢带厚度可为0.15-0.30 mm，优选为0.2 mm。双层钢带可采用间隙绕包方式形成，且两层钢带间隙在周向上错位，以提高机械防护连续性。

11、金属铠装层为内部金属屏蔽层和阻水缓冲带提供外部机械保护，降低外力损伤导致护套破裂、水分侵入和内部金属腐蚀的概率。

12、外护套层由抗环境应力开裂型低烟无卤阻燃复合材料挤包形成。该复合材料按重量份计包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40-60份、聚烯烃弹性体15-25份、改性氢氧化铝和/或改性氢氧化镁100-130份、硅烷接枝纳米陶土5-10份和助剂3-8份；

13、其中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量可为18-33 wt%；聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚物弹性体或乙烯-丁烯共聚物弹性体，用于提高护套柔韧性和抗应力开裂能力；改性氢氧化铝和/或改性氢氧化镁可经硅烷偶联剂或硬脂酸盐进行表面处理，以改善其在聚烯烃基体中的分散和界面相容性；硅烷接枝纳米陶土在树脂基体中形成片层阻隔结构，从而延长水分和腐蚀性气体的扩散路径；

14、助剂可包括阻燃剂、填充剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和相容剂中的一种或多种；抗氧剂可用于改善加工和长期热氧稳定性；光稳定剂可用于户外或光照环境；润滑剂用于改善挤出加工流动性；相容剂用于改善树脂基体和无机填料之间的界面相容性。硅烷接枝纳米陶土在树脂相中分散后形成片层阻隔路径，与无机阻燃剂共同改善阻燃和水汽/腐蚀性气体阻隔性能。

15、在金属屏蔽层与半导电阻水缓冲带之间还可以通过设置填充绕包层来保证电缆内部线芯的结构稳定完整，并且同步起到固定和保护的作用。填充绕包层通过填充间隙保证电缆线芯圆整，并缓冲外部的挤压和冲击力以保护内部电缆线芯。

16、本发明还提供上述电缆的制备方法，该方法包括：

17、步骤s1：对导体进行绞合和紧压的预处理操作，通过预处理使导体具备较好的机械柔韧性；

18、步骤s2：通过三层共挤方式在导体的外侧依次形成导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，构成电缆线芯；

19、步骤s3：通过在铜带的双面涂覆有机-无机复合防腐涂层，并且以重叠绕包的方式在绝缘屏蔽层的外侧构成金属屏蔽层；

20、步骤s4：在金属屏蔽层的外侧形成填充绕包层来保证电缆内部线芯的结构稳定完整，并且同步起到固定和保护的作用；

21、步骤s5：以重叠绕包的方式在填充绕包层的外侧形成半导电阻水缓冲带以实现防水效果；

22、步骤s6：基于双层金属钢带在半导电阻水缓冲带的外侧形成金属铠装层，双层金属钢带采用间隙绕包方式并且两层钢带间隙在周向上错位；

23、步骤s7：在挤出机机身温度控制为140-160℃，机头温度控制为170℃的条件下，由抗环境应力开裂型低烟无卤阻燃复合材料挤包在金属铠装层的外侧形成外护套层；

24、步骤s8：对得到的电缆进行冷却牵引以及标准测试，筛选出符合标准要求的电缆成品。

25、与现有技术相比，本发明至少具有以下技术效果：

26、本发明提供了一种复合结构高可靠性低烟无卤阻燃防水中压电缆及制备方法，该方法通过在铜带的上下表面设置有机-无机复合防腐涂层，并通过重叠绕包的方式形成金属屏蔽层，降低铜带在潮湿、盐雾或含硫环境中的腐蚀风险；通过在金属屏蔽层的外侧形成半导电阻水缓冲带，以构成纵向阻水和层间缓冲结构，限制水分沿电缆长度方向的扩散；通过金属铠装层提供机械防护，降低外护套破损后内部结构直接暴露的概率；最后抗环境应力开裂型低烟无卤阻燃外护套通过eva/poe基体、改性无机阻燃剂和硅烷接枝纳米陶土的组合得到，兼顾低烟无卤阻燃、柔韧性和径向阻隔；该方法的多层结构构成“防腐铜带-阻水缓冲带-金属铠装层-抗开裂外护套”的连续防护路径，有利于提升中压电缆在潮湿及腐蚀环境中的运行可靠性。