一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆及加工方法与流程

本发明涉及电缆制造，尤其是涉及一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆及加工方法。

背景技术：

1、当前智慧能源系统广泛采用以铜芯交联聚乙烯或乙丙橡胶为绝缘层，并搭配聚氯乙烯或低烟无卤阻燃聚烯烃护套的常规电缆，其内部导体多采用紧压圆形结构。在分布式光伏、海上风电及沿海储能站等实际应用场景中，电缆需要长期承受盐雾、酸雨、硫化氢及微生物的侵蚀，并因敷设和动态运行的需要，面临频繁的弯曲工况。然而，现有的相关行业标准对常规电缆的耐腐蚀性能通常侧重于铜导体表面氧化层厚度及护套材料耐化学试剂单项浸泡性能的测试，尚未建立针对动态工况下腐蚀、弯曲与热循环耦合失效的综合评价体系。

2、在复杂工况下，常规电缆在高湿高盐环境中服役一段时间后，容易出现护套开裂、铜导体晶间腐蚀以及绝缘层水树老化加速等劣化现象。同时，传统的紧压导体结构导致电缆在反复弯折后内部单丝断裂率较高，整体柔性不足。为了应对腐蚀问题，部分现有技术采用镀锡铜线作为导体，但锡层在电缆弯曲受力过程中容易剥落，从而丧失对内层的保护作用。另有一些方案通过在护套中添加五氯酚钠等防霉剂来提升抗微生物腐蚀能力，但存在环保风险；而采用不锈钢丝铠装的方式虽然增强了外部机械防护，却增加了电缆的重量与成本，并破坏了电缆原有的柔韧性。

3、此外，部分技术方案采用镍包铜导体兼顾导电与防腐，但受限于现有加工工艺，镍层与铜芯的结合力较差且厚度不均。这种导体在经历多次弯曲后，外层剥落现象明显，无法满足智慧能源系统对电缆长期弯曲寿命的要求。随着现代智慧能源系统向小型化、模块化和快速部署的方向发展，以及相关能源装备关键部件国产化需求的提升，行业内需要一种兼具耐蚀性、弯曲性能、轻量化及环保特性的电缆加工工艺，以解决现有电缆在恶劣环境与动态工况下发生耦合失效的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆及加工方法，解决了现有电缆在动态弯曲与腐蚀介质共存工况下容易出现层间脱层及介质渗透，导致导体腐蚀失效及电缆使用寿命缩短的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆，采用如下的技术方案：

3、一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆，包括电缆主体，所述电缆主体包括绝缘缆芯、包覆于所述绝缘缆芯外的缓冲层，和包覆于所述缓冲层外的护套层；所述缓冲层包括下列重量份的原料：

4、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物96-98份，苯并三氮唑锌配合物2-4份；

5、所述护套层包括下列重量份的原料：

6、氟改性丙烯酸酯共聚物86.5-91.5份，端氨基硅油0.5-1.5份，氨基化空心玻璃微珠8-12份。

7、通过采用上述技术方案，本发明构建了物理阻隔、界面交联与内部响应的多级防护体系，具体机理如下：

8、外部物理阻隔与疏水屏蔽：护套层采用氟改性丙烯酸酯共聚物为主体树脂。在热熔挤出过程中，低表面能的氟碳链段向护套层外侧表面发生相迁移，固化形成富氟疏水屏障。该屏障降低了表面润湿张力，限制水分、氧气以及氯离子等腐蚀介质在电缆表面的附着与渗透通量。

9、界面共价键合与抗剪切机理：护套层配方中添加的端氨基硅油与氨基化空心玻璃微珠携带活性氨基基团，缓冲层中的马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物携带酸酐基团。在双层物料共挤相遇的界面处，氨基与酸酐基团在热驱动下发生开环缩合反应，生成酰亚胺共价键。层间的化学键合作用建立跨层交联网络，提高界面剥离强度，使电缆在承受动态往复弯折时，抵抗聚合物层间的剪切应力，抑制物理开裂与脱层。

10、内部微环境响应与缓蚀机理：缓冲层内部分散的苯并三氮唑锌配合物作为刺激响应型缓蚀剂。微量酸性介质穿透至缓冲层时，局部降低的酸碱度促使该配合物发生解离，释放苯并三氮唑分子及锌离子。苯并三氮唑分子迁移并凭借配位键在退火软铜丝导体表面产生化学吸附，生成致密钝化膜，阻断原电池腐蚀过程，保持导体的有效截面积与电气导通性能。

11、优选的，所述缓冲层的厚度为0.3-0.5mm；所述护套层的厚度为1.0-1.5mm；所述绝缘缆芯的厚度为0.8-1.2mm。

12、通过采用上述技术方案，限定电缆各结构层的尺寸比例，平衡电缆柔韧性与物理防护能力。设定的厚度范围保证了护套层的表面迁移量及抗机械磨损能力，同时确保缓冲层内部缓蚀剂的负载量与释放空间，维持基础电气绝缘性能。

13、优选的，所述苯并三氮唑锌配合物由下列方法制得：将28.5-30.0重量份的苯并三氮唑溶解于500体积份由无水乙醇与去离子水组成的混合溶剂中，加入10重量份的纳米级氧化锌粉末，控制体系ph值为6.5-7.5，在55-65℃的温度条件下机械搅拌反应3-4h，洗涤干燥后制得。

14、通过采用上述技术方案，控制反应体系酸碱度与反应温度，促使纳米级氧化锌表面羟基与苯并三氮唑发生配位反应，形成化学结构稳定的配合物粉末。该物质在常规环境中保持惰性状态，接触侵入的酸性介质时发生解离，实现缓蚀剂的被动按需释放。

15、优选的，所述氨基化空心玻璃微珠由下列方法预处理制得：将0.5-1.0重量份的氨基硅烷偶联剂溶于无水乙醇与去离子水的混合液中，调节ph至4.0-5.0进行室温水解，随后将水解液均匀喷洒至100重量份的空心玻璃微珠表面，升温至100-120℃脱水混合30-60min制得。

16、通过采用上述技术方案，利用氨基硅烷偶联剂水解生成的硅醇基与空心玻璃微珠表面的羟基发生脱水缩合，将伯氨基接枝固定于微珠表面。改性微珠降低了护套层比重，并携带反应性氨基参与界面交联反应，提高无机微珠填料与高分子基体间的结合力。

17、优选的，所述绝缘缆芯包括内部的退火软铜丝导体和包覆于所述退火软铜丝导体外部的硅烷交联聚乙烯绝缘层。

18、通过采用上述技术方案，退火软铜丝兼具低屈服强度和高导电率，适应柔性电缆的弯曲形变。外侧的交联聚乙烯提供三维网络结构，赋予线芯绝缘层耐热变形性能。

19、第二方面，本发明提供一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆的加工方法，采用如下的技术方案：

20、一种智慧能源用耐腐蚀柔性电缆的加工方法，包括以下步骤：将退火软铜丝进行复绞，随后将添加了硅烷交联剂的聚乙烯基料包覆于所述退火软铜丝外部并进行交联处理，制得绝缘缆芯；

21、将马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物与苯并三氮唑锌配合物预混后进行熔融共混、挤出造粒，制得缓冲层专用料；

22、将氟改性丙烯酸酯共聚物与端氨基硅油塑化形成均相共混熔体，再注入氨基化空心玻璃微珠，经挤出造粒制得护套层专用料；

23、采用带有双层共挤机头的挤塑生产线，将所述缓冲层专用料和所述护套层专用料在双层共挤模头处进行温度突跃挤出，形成双层同步包覆于所述绝缘缆芯外侧，得到挤压出的电缆；

24、所述挤压出的电缆经气隙停留后，依次经过第一段高温水、第二段中温水和第三段低温水进行阶梯降温冷却，制得耐腐蚀柔性电缆主体。

25、通过采用上述技术方案，依靠工艺步骤调控材料界面的物理化学演变：

26、侧向注入工艺保护填料结构：在护套层专用料制备中，将氨基化空心玻璃微珠注入塑化成型的熔体中，减少微珠在挤出机内的长程摩擦，降低机械破碎率，维持其空心形态及应力分散作用。

27、温度突跃驱动交联与相迁移：在共挤模头处设定高于机筒的温度形成突跃。瞬时高温为缓冲层酸酐与护套层氨基间的界面酰亚胺化反应提供活化能，增加共价键生成密度；同时强化聚合物分子热运动，促进氟碳链段向表面快速迁移与富集。

28、气隙松弛与阶梯降温控制残余应力：挤压出的电缆在空气中保持气隙停留，提供高分子链段排布松弛的时间窗口，缓解挤出方向拉伸应力，并延长界面交联反应时间。随后的三段阶梯水冷逐级带走热量，平缓基体结晶速率，避免温降过快引起的体积收缩差异及收缩内应力集中，防止护套开裂。

29、优选的，在制得所述缓冲层专用料的过程中，熔融共混、挤出造粒的温度为130-150℃；在制得所述护套层专用料的过程中，塑化形成均相共混熔体的温度为140-160℃，所述氨基化空心玻璃微珠从进入熔体到经模头挤出的停留时间为35-50s。

30、通过采用上述技术方案，设定专用料加工温度限制，防止高分子基体热降解或端氨基硅油早期挥发。限定微珠的停留时间窗口，在保证无机颗粒于基体中分散均匀性的同时，避免长时间剪切引起微珠破裂或表面氨基高温失活。

31、优选的，在形成双层同步包覆于所述绝缘缆芯外侧的过程中，辅助挤出机筒各段设定温度为140-160℃；所述双层共挤模头的突跃温度设定为190-200℃。

32、通过采用上述技术方案，机筒区段维持基础加工温度以平稳输送熔体。在模头处施加至190-200℃的突跃温差，降低界面区域熔体黏度，扩大分子链段间的相互扩散深度，增加相界面活性基团接触概率，提升最终形成的界面共价交联密度。

33、优选的，在所述阶梯降温冷却的过程中，模头至冷却水槽液面的气隙停留时间控制为1.8-2.5s；

34、所述第一段高温水温度为85℃，牵引停留时间为3-5s；

35、所述第二段中温水温度为50℃，牵引停留时间为10-15s；

36、所述第三段低温水温度控制为20℃。

37、通过采用上述技术方案，匹配气隙时间与挤出线速度，防止停留过短导致交联不充分或停留过长引起垂伸变形。多段水温参数配合对应的牵引时间，实现由表及里的均衡收缩冷却，锁定界面网络并保证电缆外径尺寸稳定性。

38、优选的，在制得所述绝缘缆芯的过程中，所述复绞为按照10-15的绞合节距比进行同向复绞；所述交联处理为在85-95℃的蒸汽交联室中交联2-4h。

39、通过采用上述技术方案，特定节距比保证退火软铜丝导体的结构紧密度及抗疲劳性能。在温控水汽环境中引发硅烷水解反应，构建硅氧烷三维网络，提高聚乙烯绝缘层的热机械抗力。

40、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

41、1.本发明通过在护套挤塑工序中引入特定的防腐改性材料并采用阶梯式温控挤出工艺，使成型后的护套层分子结构更加致密，阻断了外部酸碱、盐雾等腐蚀性介质向电缆内部的渗透路径，从而切实提升了电缆在智慧能源户外复杂环境下的耐腐蚀性能，延长了产品的使用寿命并降低了设备维护成本。

42、2.本发明在导体绞合与成缆加工阶段，采用了优化的微小节距复绞技术，并在芯线间同步挤入柔性隔离材料，降低了电缆在频繁弯折状态下内部各结构层之间的摩擦应力，提升了电缆整体的柔韧性和抗机械疲劳能力，使其能够完美适配风力发电偏航系统、光伏追踪支架等智慧能源设备在动态运行过程中的频繁移动需求。

43、3.本发明采用多层共挤及同步交联固化技术进行电缆绝缘层与护套层的加工，保证了内外结构层之间的紧密贴合，不仅消除了传统分步挤出加工中容易产生的界面气隙缺陷，增强了电缆的整体抗压强度，还进一步保障了电缆在长期高压负荷传输过程中的电气绝缘稳定性，确保了智慧能源电力传输系统的安全可靠运行。