一种高柔性中低压绝缘电缆及其制备方法与流程

本发明属于电缆材料，具体涉及一种高柔性中低压绝缘电缆及其制备方法。

背景技术：

1、中低压电力电缆主要应用于工业设备、移动供电设备、建筑施工、轨道交通、船舶等供电场合，与固定敷设电缆相比，此类使用环境中的电缆通常需要承受较大的弯曲变形和局部挤压，因此除了需要满足导电性能和绝缘性能外，还需要具备较好的柔韧性、抗弯曲能力。现有高柔性电缆通常采用增加绝缘材料柔韧性、增加缓冲层或者采用柔性护套的方式改善电缆的弯曲性能。例如，通过在线芯之间设置弹性绳和弹性颗粒，可以在电缆受到外部作用时提供一定的变形空间，部分柔性电缆还在填充层与外护套之间设置缓冲带、发泡橡胶带、缓冲囊等结构，在出现弹性变形或压缩变形时吸收外部的作用力。

2、目前，业内现有耐弯曲中压电力电缆，多通过增设支垫、弹性构件、气囊等结构分散并释放弯曲应力与挤压力，以此均衡电缆内部的受力状态，从而优化电缆整体的弯曲性能。但这类现有技术方案，大多依靠增设柔性材料、缓冲构件或预留弹性空间的方式提升电缆的柔韧度，这类电缆内部线芯的排布空间相对规整，导致在弯曲过程中各线芯的相对位移缺乏有效的导向与限位机制。当电缆发生弯曲变形时，内侧的线芯会承受挤压作用，外侧线芯则受拉伸作用，各线芯的形变程度存在明显差异，这种情况，容易造成线芯间的相互挤压、偏移和牵制，致使局部绝缘层承受较大的集中应变。尤其在反复弯曲的工况下，若内部线芯无法实现有序的位移与协同形变，弯曲变形会持续集中在局部区域，并逐步传递至绝缘层、填充层及外护套。长期循环作用下，电缆绝缘结构易出现疲劳损伤、局部应力集中的问题，导致整体柔韧性能逐步衰减，最终会降低电缆长期运行的稳定性。除此之外，单纯加厚弹性填充材料或缓冲层，虽能在一定程度上提升电缆的形变适配能力，却会导致电缆整体外径增大、内部结构松散、弯曲响应不稳定等弊端，而采用螺旋缠绕式弹性缓冲材料的方案，仅能实现外部缓冲防护，无法主动调控、协调内部多根线芯的空间位移状态，难以从根源改善电缆的耐弯曲性能。

3、因此，为了开发一种兼具高柔韧性和良好电气性能的高柔性中低压绝缘电缆，本发明提出了一种高柔性中低压绝缘电缆及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高柔性中低压绝缘电缆及其制备方法，本发明通过对电缆内部宏观空间结构进行重新配置，使多个线芯在横截面内形成非对称空间排列，并在线芯之间形成具有预定压缩空间的定向可压缩变形区，同时在线芯外侧设置允许沿径向可压缩变形区方向的有限相对位移的低摩擦隔离结构，并在外部设置与所述可压缩变形区形成错位关系的螺旋弹性缓冲结构，使电缆在发生弯曲时，位于弯曲内侧的线芯能够向预定的可压缩变形区移动并压缩该变形区，位于弯曲外侧的线芯能够获得相应的位移空间；线芯与相邻结构之间能够产生受控的相对滑移，从而降低线芯之间的相互牵制，同时，外侧螺旋弹性缓冲结构随电缆弯曲产生径向及周向复合变形，对弯曲过程中产生的外部应力进行进一步分散。由此，将电缆整体的弯曲变形分配至线芯空间位移、可压缩变形区压缩以及螺旋缓冲层变形等多个结构环节，使弯曲应力沿电缆径向和周向逐级传递和释放，降低局部绝缘结构所承受的集中变形，提高电缆在反复弯曲条件下的结构稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高柔性中低压绝缘电缆及其制备方法，包括以下步骤：

4、如无特殊说明，本发明中的份数均指质量份数。

5、一种高柔性中低压绝缘电缆，包括绝缘线芯、设置于所述绝缘线芯外侧的低摩擦隔离层、设置于绝缘线芯外围的螺旋缓冲层、设置于所述螺旋缓冲层外侧的外绝缘保护层以及设置于所述外绝缘保护层外侧的护套层；所述绝缘线芯包括柔性导体以及包覆于所述柔性导体外侧的柔性绝缘层；所述绝缘线芯在电缆横截面内呈非对称空间排列；相邻所述绝缘线芯之间设置有沿电缆长度方向延伸的径向可压缩变形区，所述径向可压缩变形区具有预定的初始变形空间；所述螺旋缓冲层的螺旋路径与所述径向可压缩变形区在装配参考横截面上设置初始周向错位关系。

6、优选地，所述绝缘线芯在电缆横截面内按非等角度、非等间距的方式排列，相邻绝缘线芯的最大净间隙与最小净间隙之比为1.3-2.5；

7、优选地，所述径向可压缩变形区沿电缆轴向延伸且横截面积为绝缘线芯所围成变形区面积占四根绝缘线芯外轮廓共同围成的内部间隙面积的比例为8%-25%；

8、优选地，所述径向可压缩变形区由热塑性聚烯烃弹性体、聚烯烃弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物及聚乙烯中的至少一种组成；

9、优选地，所述低摩擦隔离层包括聚酯薄膜、聚四氟乙烯薄膜和聚乙烯薄带中的至少一种，并以螺旋方式缠绕于绝缘线芯外侧，用于使绝缘线芯与所述缓冲层之间产生沿径向可压缩变形区方向的有限相对位移；

10、优选地，所述螺旋缓冲层由弹性无纺带、聚酯纤维增强弹性带和热塑性弹性体带中的至少一种制成，且螺旋缓冲层的延伸方向与所述径向可压缩变形区的延伸方向形成30°-60°的夹角；

11、优选地，所述绝缘线芯包括柔性导体以及包覆于柔性导体外侧的柔性绝缘层，所述柔性绝缘层包括乙丙橡胶38份、聚烯烃弹性体22份、聚乙烯15份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物8份、马来酸酐接枝聚烯烃3份、氢氧化镁8份、氢氧化铝3份、二氧化硅1.5份、抗氧剂0.8份及交联助剂0.7份。

12、高柔性中低压绝缘电缆的制备方法：

13、s1、将柔性绝缘材料挤包于柔性导体外侧并进行交联，形成绝缘线芯；

14、s2、在所述绝缘线芯外侧形成低摩擦隔离层；

15、s3、按照非对称空间位置排列绝缘线芯，使相邻绝缘线芯之间形成径向可压缩变形区；

16、s4、在所述径向可压缩变形区内设置弹性发泡材料，使其沿电缆方向延伸并保持预定初始变形空间；

17、s5、在多个绝缘线芯外侧螺旋绕包弹性缓冲带，使螺旋缓冲带与径向可压缩变形区形成横截面上的错位关系；

18、s6、在螺旋缓冲层外侧依次形成外绝缘保护层和外护套；

19、s7、对所得电缆进行预定型处理及连续热稳定处理，使非对称线芯排列、径向可压缩变形区及螺旋缓冲层之间保持预定的空间位置关系，并降低外绝缘保护层及护套层在成型冷却过程中的残余收缩应力。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1.本发明通过非对称线芯排列与定向可压缩变形区的配合，使电缆弯曲时内部形成具有方向性的变形空间，弯曲变形不再完全依赖绝缘材料自身弹性，而能由内部空间结构主动分配；同时线芯位移、可压缩变形区压缩以及外部螺旋缓冲层的径向及周向复合变形，三者由内向外共同作用，实现弯曲应力的多级释放。

22、2.本发明通过设置低摩擦隔离结构使线芯在弯曲过程中产生沿径向可压缩变形区方向的有限相对位移，减少相邻线芯之间的挤压和牵拉，降低局部绝缘层附加应变；弯曲变形分散于多个结构区域，避免单一位置反复承受较大压缩、拉伸或剪切变形，有利于降低绝缘层和护套局部疲劳，提高反复弯曲稳定性；并在不单纯降低各层材料刚度的前提下，兼顾柔韧性与线芯间必要的空间约束及电缆整体结构完整性。

23、3.本发明通过调整线芯之间的相对间距、可压缩变形区尺寸、低摩擦隔离结构以及螺旋缓冲层的螺距和缠绕角度，可根据不同使用环境对电缆柔性和弯曲响应进行结构化调整，便于参数化制备和稳定、连续的工业化生产。