地铁阻燃级别适用的控制电缆的制造方法与流程

1.本技术方案属于电缆技术领域，具体是地铁阻燃级别适用的控制电缆的制造方法。


背景技术：

2.近年来，随着社会的不断发展和进步，人们的安全意识也在逐步提高。就电缆而言，阻燃电缆得到了广泛的应用，但是仅阻燃电缆已经无法满足当今社会的需要，更稳定更安全是现在电缆的主要发展趋势。就目前现有电缆的稳定性、安全性分析，阻燃b1级是最好的选择。b1级电缆是近几年才兴起的一种新型电缆，许多国家重点项目都明确采用b1级电缆，如近几年的西安地铁、苏州地铁、重庆地铁等项目。
3.较常见的低烟无卤电缆而言，b1级电缆燃烧时释放热量更小、产生烟气更少、烟气毒性更低，在采用b1级电缆后，一旦发生火灾，能更有效的抑制火灾的蔓延，为人们的生命和财产安全更多一份保障。
4.未来几年，b1级阻燃电缆将在高层建筑、地铁站、机场、医院等人口密集型公共场所中广泛应用。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术方案提出一种地铁阻燃级别适用的控制电缆的制造方法，制造b1级阻燃的控制电缆法，步骤包括：
6.1)制造导体
7.选用直径范围为0.52～0.53mm的铜单丝绞合制成导体；
8.2)制造线芯
9.取步骤1)制造的导体，在其外挤包交联聚乙烯绝缘料得到线芯；
10.线芯通过水浴的方式进行交联；
11.3)制造缆芯
12.按需取步骤2)制得的多根线芯与缆芯填充绞合成缆芯；缆芯绞合采用退扭式成缆机；成缆机的成缆并线模采用钨钢模，内孔径等于线芯绞合制得缆芯的外径，成缆方向为右向；成缆绞合节距范围是18～20倍缆芯外径；成缆机的绞笼转速85～90r/min，成缆机的牵引速度6～8m/min；
13.再在缆芯外依次绕包加强型无纺布层和低烟无卤阻燃带层；使用绕包机同步绕包，绕包机的第一、二绕包头分别绕包加强型无纺布和低烟无卤阻燃带，转速均为10～20r/min；绕包搭盖率不小于25％；绕包时，牵引速度为6～8m/min，绕包节距为40
±
5mm，绕包张力为 40～45n；加强型无纺布绕包方向为左向；低烟无卤阻燃带绕包方向为右向；
14.4)制造屏蔽层
15.取步骤3)制得线缆，使用编织机在低烟无卤阻燃带外采用软圆铜线编织一层金属屏蔽层；
±
0℃、五区160
±
5℃；机头、机颈温度：一区160
±
5℃、二区160
±
5℃。
41.上述工艺适合牌号是p204h-b1的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。
42.所述步骤8)挤塑机的工艺要求为：挤压式生产，模芯＝缆芯外径 1.0mm，自进料到出料方向，出料方向，机身温区为：一区130
±
5℃、二区145
±
5℃、三区150
±
5℃、四区150
ꢀ±
0℃、五区150
±
5℃；机头、机颈温度：一区150
±
5℃、二区150
±
5℃。
43.上述工艺适合本场自制的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。从加工能耗来看，是低于市售产品。
44.上述生产方法制得的b1级阻燃控制电缆，其结构是在缆芯外依次包裹加强型无纺布层、低烟无卤阻燃带层、屏蔽层、内隔热层、隔氧层、外隔热层和外护套；
45.所述缆芯是由多根线芯和线芯填充共同绞合构成；
46.所述线芯是由导体外包裹绝缘层构成；
47.所述导体是由铜单丝绞合构成，铜单丝的直径范围为0.52～0.53mm，绞合节径比是22～ 24倍；
48.所述绝缘层是由交联聚乙烯绝缘料构成；绝缘层的厚度是0.6～1.0mm；
49.所述线芯与缆芯填充绞合的节距范围是18～20倍缆芯外径；
50.所述加强型无纺布绕包在缆芯外构成加强型无纺布绕包层；
51.所述低烟无卤阻燃带绕包在缆芯外构成低烟无卤阻燃带绕包层；
52.所述屏蔽层是由软圆铜线编织构成，编织密度不小于80％；
53.所述内隔热层是由绕包的低烟无卤阻燃带构成，绕包搭盖率不小于25％，绕包节距为35
ꢀ±
5mm，绕包方向为左向，低烟无卤阻燃带的厚度为0.2mm；
54.所述隔氧层是由低烟无卤阻燃电缆料构成，隔氧层的厚度是1.0～1.2mm；
55.所述外隔热层是由内、外依次绕包的低烟无卤阻燃带构成；两层低烟无卤阻燃带的绕包搭盖率都不小于25％，绕包节距都为35
±
5mm，低烟无卤阻燃带的厚度都是0.2mm；内层的低烟无卤阻燃带的绕包方向是左向，外层的低烟无卤阻燃带的绕包方向是右向；
56.所述外护套是由低烟无卤阻燃聚烯烃护套料构成；外护套的标称厚度1.2～2.0mm。
57.本方法制得电缆本结构的导体可以符合gb/t 3956-2008第1类实心裸铜导体要求。
58.采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
59.导体是符合gb/t 3956要求的第1类实心裸铜导体，具有较高的韧性，方便施工和操作；
60.绝缘层采用交联聚乙烯绝缘料挤包而成，具有优异的电气性能、机械物理性能和加工性能；
61.屏蔽层采用铜丝编织屏蔽，具有良好的屏蔽性能和柔软度；
62.屏蔽层外分别设置内隔热层、隔氧层、外隔热层，形成的多重防护结构，能有效减少电缆在燃烧时传递至缆芯的热量，能对绝缘形成有效的保护，避免绝缘燃烧，从而减少了热量和烟的产生；
63.外护套不仅具有优异的抗开裂性能、机械物理性能、加工性能，而且具有优异的燃烧结壳性能，进一步保障了电缆燃烧性能的稳定。
64.本电缆满足gb 31247-2014毒性指数t0和腐蚀性等级a1的要求。
65.本电缆具有良好的机械性能、电气性能，以及优越的燃烧性能，其具有低毒、低腐蚀性，烟气毒性低的特点。
66.本制造方法制得电缆，除了能完成特定结构电缆的生产外，还能确保电缆的质量。同时，上述工艺在制定时候注重节能以及生产流畅。
附图说明
67.图1为本发明的径向截面结构示意图。
68.图中：导体1、绝缘层2、线芯3、缆芯填充4、缆芯5、加强型无纺布层6、低烟无卤阻燃带层7、屏蔽层8、内隔热层9、隔氧层10、外隔热层11、外护套12。
具体实施方式
69.下面结合附图和具体实施例，对本技术方案作进一步详细地说明。
70.参考图1，一种b1级阻燃控制电缆，其结构是在缆芯5外依次包裹加强型无纺布层6、低烟无卤阻燃带层7、屏蔽层8、内隔热层9、隔氧层10、外隔热层11和外护套12；
71.所述缆芯5是由多根线芯3和线芯填充4共同绞合构成；
72.所述线芯3是由导体1外包裹绝缘层3构成；
73.所述导体是由铜单丝绞合构成，铜单丝的直径范围为0.52～0.53mm，绞合节径比是22～ 24倍；
74.所述绝缘层是由交联聚乙烯绝缘料构成；绝缘层的厚度是0.6～1.0mm；
75.所述线芯与缆芯填充绞合的节距范围是18～20倍缆芯外径；
76.所述加强型无纺布绕包在缆芯外构成加强型无纺布绕包层；
77.所述低烟无卤阻燃带绕包在缆芯外构成低烟无卤阻燃带绕包层；
78.所述屏蔽层是由软圆铜线编织构成，编织密度不小于80％；
79.所述内隔热层是由绕包的低烟无卤阻燃带构成，绕包搭盖率不小于25％，绕包节距为35
ꢀ±
5mm，绕包方向为左向，低烟无卤阻燃带的厚度为0.2mm；
80.所述隔氧层是由低烟无卤阻燃电缆料构成，隔氧层的厚度是1.0～1.2mm；
81.所述外隔热层是由内、外依次绕包的低烟无卤阻燃带构成；两层低烟无卤阻燃带的绕包搭盖率都不小于25％，绕包节距都为35
±
5mm，低烟无卤阻燃带的厚度都是0.2mm；内层的低烟无卤阻燃带的绕包方向是左向，外层的低烟无卤阻燃带的绕包方向是右向；
82.所述外护套是由低烟无卤阻燃聚烯烃护套料构成；外护套的标称厚度1.2～2.mm。
83.具体到本例中：
84.导体中的铜单丝是经退火处理的裸铜单丝，裸铜单丝中铜的氧含量不大于0.005％，20℃体积电阻率不大于0.017241ω.mm2/m，铜单丝的标称直径范围是0.52～0.53mm。
85.绝缘层的厚度是0.65～0.70mm。
86.缆芯填充是无尘岩棉绳构成，无尘岩棉绳的直径是3.0mm。
87.加强型无纺布的绕包搭盖率不小于25％，绕包方向是左向；加强型无纺布的厚度是 0.16mm。
88.低烟无卤阻燃带的绕包搭盖率不小于25％，绕包方向是右向；低烟无卤阻燃带的厚度是0.2mm。
89.屏蔽层中的软圆铜线的直径为0.180mm～0.185mm，编织节距为66mm，编织密度为80％～ 82％。
90.实施例如图1所示，本例的b1级阻燃控制电缆，其结构为：由包覆交联聚乙烯绝缘的导体构成线芯；由多根线芯和成缆填充绞合构成缆芯，缆芯外以此绕包一层加强型无纺布和一层低烟无卤阻燃带；绕包层外设置铜丝编织屏蔽层；屏蔽层外绕包一层低烟无卤阻燃带构成内隔热层；在内隔热层上挤包低烟无卤阻燃隔氧层料形成隔氧层；在隔氧层上绕包两层低烟无卤阻燃带构成外隔热层；外隔热层上挤包低烟无卤阻燃聚烯烃护套料构成外护套。
91.一种地铁阻燃级别适用的控制电缆的制造方法，用于制造本例电缆。
92.所述导体是符合gb/t 3956的第1种实心铜导体；
93.所述绝缘层是交联聚乙烯绝缘料挤包构成；绝缘标称厚度0.6～1.0mm；
94.绝缘挤包时，导体需要进行同步预热，预热温度70
±
10℃；
95.机身温区分别为：一区135
±
5℃、二区145
±
5℃、三区155
±
5℃、四区160
±
5℃；
96.机头、机颈温度：一区170
±
5℃、二区175
±
5℃；机身和机头加热采用热电偶加热；机身冷却采用鼓风机风冷却；
97.其中：一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区为均化段；
98.线芯冷却采用分段冷却，第一段冷却水温度约50～70℃，第二段为常温水。
99.绝缘层挤出后通过水浴进行交联，水浴温度为80～90℃，时间一般为1.5～2小时；要求为：交联后绝缘应满足，在200
±
3℃条件下、15min，断裂伸长率不大于175％，永久变形率不大于
±
15％。
100.所述缆芯为交联线芯与缆芯填充绞合成缆芯，再绕包加强型无纺布和低烟无卤阻燃带；
101.缆芯绞合采用退扭式成缆机；成缆机的成缆并线模采用钨钢模，内孔径等于线芯绞合外径，成缆方向为右向；缆芯间隙采用缆芯填充进行填充；成缆绞合节距范围是18～20倍线芯外径；成缆机的绞笼转速85～90r/min，成缆机的牵引速度6～8m/min；
102.绕包头1和绕包头2分别绕包加强型无纺布和低烟无卤阻燃带，转速均为10～20r/min；绕包搭盖率不小于25％；绕包时，牵引速度为6～8m/min，绕包节距为40
±
5mm，绕包张力为40～45n；加强型无纺布绕包方向为左向，厚度为0.16mm；低烟无卤阻燃带绕包方向为右向，厚度为0.2mm；
103.所述屏蔽层由铜丝编织构成，编织密度80％～82％；
104.所述内隔热层为在编织层上绕包一层低烟无卤阻燃带，绕包头转速为10～20r/min；绕包搭盖率不小于25％；绕包时，牵引速度为6～8m/min，绕包节距为35
±
5mm，绕包张力为 40～45n；低烟无卤阻燃带绕包方向为左向，厚度为0.2mm；
105.所述隔氧层采用挤塑机挤包低烟无卤阻燃隔氧层料(牌号：p204h-b1)，标称厚度1.0～ 1.2mm。工艺要求为：挤压式生产，模芯＝缆芯外径 1.0mm，自进料到出料方向，出料方向，机身温区为：一区145
±
5℃、二区150
±
5℃、三区155
±
5℃、四区160
±
5℃、五区165
±
5℃；
106.机头、机颈温度：一区165
±
5℃、二区165
±
5℃；
107.机身加热采用热电偶加热；机身冷却采用鼓风机风冷却；
108.其中：一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区、五区为均化段。
109.所述外隔热层由低烟无卤阻燃带绕包构成，绕包两层，方向内左外右，低烟无卤阻燃带厚度0.2mm。
110.如果外护套由挤塑机挤包牌号：p202h-b1的低烟无卤阻燃聚烯烃料构成，标称厚度1.2～ 2.5mm，工艺要求为：挤压式生产，模芯＝缆芯外径 1.0mm，自进料到出料方向，出料方向，机身温区为：一区140
±
5℃、二区155
±
5℃、三区160
±
5℃、四区160
±
0℃、五区160
±
5℃；机头、机颈温度：一区160
±
5℃、二区160
±
5℃。
111.如果护套由挤塑机挤包自制的低烟无卤阻燃聚烯烃料构成，标称厚度1.2～2.5mm，艺要求为：挤压式生产，模芯＝缆芯外径 1.0mm，自进料到出料方向，出料方向，机身温区为：一区130
±
5℃、二区145
±
5℃、三区150
±
5℃、四区150
±
0℃、五区150
±
5℃；机头、机颈温度：一区150
±
5℃、二区150
±
5℃。
112.本实施方式公开了两种护套料制成外护套的工艺，通常来说，采用自制护套料，并配以定制的工艺，生产得到产品更优。同时，为了使本工艺得以推广，特地设计了适用于市售的性能接近的护套料的生产工艺。
113.本例中，其它工艺要求包括：
114.1)选择铜作为导体材质；金属单丝的电阻率不大于0.017241ω.mm2/m：所述金属单丝为实心铜导体，单丝直径0.52～0.53mm；
115.2)采用挤包的方式把绝缘层包覆在导体外，配备的模芯的孔径＝1.40mm，模套＝3.0mm；
116.绝缘厚度控制在0.65～0.70mm；
117.3)缆芯采用36盘笼绞机退扭式成缆，节径比18～20倍，缆芯结构采用4 10结构，间隙采用无尘岩棉绳填充；
118.4)屏蔽层采用铜丝编织屏蔽，铜丝直径0.18～0.185mm，编织张力气压控制在2级～4 级，编织密度80～82％；
119.5)低烟无卤阻燃带的厚度要求为0.2mm，隔热层经双头绕包机均匀重叠绕包在屏蔽缆芯表面，绕包搭盖率不小于25％。绕包无漏包、无起皱。
120.6)隔氧层
121.采用挤压式生产方式把护套料紧密包裹在缆芯外，形成隔氧层，并分段冷却：
122.护套采用挤塑机并在机头上配模芯、模套；模芯的孔径大于缆芯外径，模芯孔径＝挤包前缆芯外径 0.5mm。
123.挤塑机采用交联低烟无卤螺杆。
124.在前述优选工艺条件下，本例制得电缆良品率达到98.3％。
125.7)外护套
126.外护套采用挤压式生产，配备的模芯孔径＝挤包前缆芯外径 0.5mm。
127.在采用自制护套料及其工艺条件下，本例制得电缆良品率达到98.3％。
128.本例中，低烟无卤阻燃电缆料的牌号是p204h-b1；本例的护套料，分别选用牌号是 p202h-b1的护套料，以及自制的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。
129.自制的护套料按按重量份数计，其原料包括：eva30份，lldpe8份，相容剂8份，无卤阻燃填料60份，成碳剂5份，偶联剂1份，抗氧剂0.7份，润滑剂2.5份，交联剂0.1份和纳米协效阻燃剂1份。本例中的无卤阻燃填料为氢氧化铝和氢氧化镁质量比为3：1的混合物，润滑剂是聚乙烯蜡、硬脂酸锌的3：2混合物，纳米协效阻燃剂采用纳米粘土。
130.自制原料组成以及选型为：
[0131][0132][0133]
自制护套料的性能如下：
[0134][0135]
本例的自制的护套料采用的eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)具有优异流动性，eva树脂具有良好的力学性能、加工性能和抗老化性能，其特性与其va含量(乙酸乙烯含量)高度相关。本例的特定的eva树脂为具备一定弹性的塑性材料，并且具有良好的电气绝缘性和抗开裂性能，适用于作为电缆护套料使用。eva树脂单独改性的抗开裂性能难以达到实际应用要求，因此引入线性低密度聚乙烯与eva共混交联改性，线性低密度为乙烯与α-烯烃共聚产物，线性低密度聚乙烯分子量分布窄，聚合度较为均匀，分子结构较为规整，应力松弛时间短，具有优异的耐环境开裂性能，交联过程中，eva树脂与线性低密度聚乙烯在相容剂作用下可以形成较为均匀的立体网状交联结构，内应力较低，抗开裂性能强。本技术采用较少量的交联剂使eva树脂和线性低密度聚乙烯发生交联反应，得到适度交联的高分子交联结构。
[0136]
氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理均为受热分解吸收热量释放水蒸气，但两种物质的分解温度和对成品性能的影响各有不同。优选，氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为3:1，此时与其它组分配合具有非常好的综合性能。
[0137]
聚磷酸酯阻燃剂具有隔热、抑烟、减毒等阻燃特点。在燃烧时能使材料表面生成泡沫碳层，起到隔热、隔氧、抑烟，并能防止合成材料熔滴和终止连锁反应，具有良好的阻燃功能。本配方中通过添加特定量的磷系阻燃剂，显著提高了氧指数、降低了烟密度，增加了产品的阻燃等级。
[0138]
纳米协效阻燃剂具有比氢氧化物更小的尺寸，在聚合物中分散更加均匀，能够提高聚合物的成碳效率，使形成的碳层更为致密；聚磷酸酯阻燃剂与纳米协效阻燃剂的共同作用，在受热时能形成交联程度高、致密、阻隔效果好的阻隔炭层，起到更好的阻燃、隔热、抑烟效果。
[0139]
上述硅烷偶联剂、相容剂能够改善无机阻燃剂和基体树脂的相容性，提高力学性能。
[0140]
为促进成碳剂成碳，加入的纳米协效阻燃剂为纳米粘土。
[0141]
为了提高无机粒子的分散性，硅烷偶联剂为kh550，用于对无机粒子进行表面修饰。
[0142]
为提高材料的抗老化性，抗氧剂为特定比例的抗氧剂1010，在本方案特定的配方中，抗氧剂1010与其它组分的协同促进最为明显。
[0143]
为提高护套料的加工性，润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌的特定比例混合物。
[0144]
为提高护套料的抗开裂性能，需要护套料微交联，交联剂为特定比例的交联剂dcp(氧化二异丙苯)。
[0145]
1)本例的自制护套料采用的eva具有优异流动性，聚乙烯树脂选用线性低密度聚乙烯作为基体树脂，线性低密度为乙烯与α-烯烃共聚产物，聚乙烯分子量分布窄、分子结构较为规整，应力松弛时间短，具有优异的耐环境开裂性能；加入马来酸酐接枝聚合物和硅烷偶联剂，用以改善各树脂和无机填料之间的相容性，进一步加强本结构稳定性；树脂采用eva、 lldpe和相容剂树脂为基体，采用过氧化物进行微交联，形成三维网状结构，从而降低冷却时分子结构内应力，增强抗开裂性能，所得无卤阻燃聚烯烃护套料的力学性能、阻燃性能和抗开裂性能优异。
[0146]
2)本例的自制护套料的阻燃体系采用以氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸酯和纳米协效阻燃剂的复配阻燃体系；氢氧化铝、氢氧化镁和纳米协效阻燃剂使用硅烷偶联剂处理来提高与基体的相容性；聚磷酸酯能够在受热时使聚合物基体成碳，起到物理隔离、阻碍燃烧的作用，纳米协效阻燃剂能够提高聚合物的成碳效率，使形成的碳层更为致密；聚磷酸酯与纳米协效阻燃剂的共同作用，在受热时能形成交联程度高、致密、阻隔效果好的阻隔炭层，起到更好的阻燃、隔热、抑烟效果；通过上述原料的复配增效作用，既能大幅度提高电缆护套料的阻燃性能，使其具有无卤低烟的特点，又使得到的电缆护套料具有优良的力学性能。
[0147]
本采用自制护套料的电缆的检测结果如下：
[0148]
1)良好的电气性能
[0149]
线芯耐压试验：在水与线芯间施加交流电压2kv，5min，电缆不击穿；
[0150]
成品电压试验：在线芯与线芯之间或线芯与屏蔽之间施加交流电压3.0kv，持续5min电缆不击穿；
[0151]
绝缘电阻：在电缆最高工作温度下的绝缘电阻≥3000mω
·
km；
[0152]
2)优异的机械性能
[0153]
绝缘老化前抗张强度不小于12.5mpa，断裂伸长率不小于200％；老化后，抗张强度变化率不超过25％，断裂伸长率变化率不超过25％。护套老化前抗张强度不小于9.0mpa，断裂伸长率不小于125％；老化后，抗张强度不小于9.0mpa，断裂伸长率不小于110％；抗张强度变化率不超过30％，断裂伸长率变化率不超过30％。
[0154]
3)绝缘抗收缩性能
[0155]
绝缘在130
±
2℃，1h，绝缘的收缩率不超过4％；
[0156]
4)护套抗开裂性能
[0157]
护套在150
±
2℃，1h，护套不开裂；
[0158]
5)燃烧性能：
[0159]
在20.5kw的火源下，
[0160]
优异的阻燃性能：成束火焰蔓延高度(fs)≤1.5m，单根垂直火焰蔓延高度≤425mm；
[0161]
燃烧时释放的热量更低，热释放速率更小：热释放速率峰值(hrr)≤30kw；受火1200s 内的热释放总量(thr1200)≤15mj，燃烧增长速率≤150w/s；
[0162]
燃烧时产生的烟气更少：产烟速率峰值(spr)≤0.25m2/s，受火1200s内的产烟总量(tsp) ≤50m2；
[0163]
良好的低烟无卤性能：烟密度(最小透光率it)≥60％；腐蚀性等级电导率≤2.5μs/mm 且ph≥4.3；
[0164]
低毒、低腐蚀性，烟气毒性等级需达到za2级；
[0165]
燃烧时无滴落物/微粒或微量滴落；
[0166]
燃烧时产生的烟气毒性满足t0要求，烟气毒性等级达到za2级，腐蚀性等级达到了a1 级；
[0167]
5)环保性能
[0168]
电缆均采用环保型材料生产，电缆的酸气含量≤0.5％，氟含量≤0.1％。