一种双层塑料组合绝缘的B1级电缆及其制作方法与流程

一种双层塑料组合绝缘的b1级电缆及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种双层塑料组合绝缘的b1级电缆及其制作方法。


背景技术：

2.我国在2014年实施与国际先进技术接轨的gb31247-2014《电缆和光缆燃烧性能分级》标准以来，在重要的人口密集公共和住宅建筑(如地铁、高层住宅和商务楼、商场、剧场、体育场馆、高速公路隧道工程等)中，阻燃b1级低压多芯电缆已成为强制性使用的产品。
3.我国现行建筑供配电低压线路用25mm2及以下交联聚乙烯阻燃b1级电力电缆、控制电缆和有护套电线电缆(以下简称“电缆”)，大都采用交联聚乙烯(xlpe)绝缘。交联聚乙烯具有优异的机械物理性能、绝缘介电性能和防水性，使其完全满足产品标准要求，但由于交联聚乙烯具有易燃特性，该类电缆(特别是在25mm2及以下)在gb31247标准规定的阻燃b1级燃烧试验中，电缆燃烧性能指标(如：火焰蔓延、热释放速率峰值、热释放总量、燃烧增长速率指数、产烟速率峰值、产烟总量和附加信息)很难完全达到gb31247标准要求，导致产品b1燃烧性能不合格。
4.到目前为止，我国电缆行业为保证25mm2及以下交联聚乙烯绝缘电缆达到gb31247标准规定的b1级燃烧性能要求，不惜付出高昂的成本代价，加强电缆缆芯耐火层的构筑，并不断提升外护套材料的阻燃等级，该类电缆结构(见图3)组成如下：绝缘为交联聚乙烯，绝缘线芯成缆缆芯空隙采用玻纤绳(或类似材料)填充，成缆缆芯外绕包2—4层(每层厚度0.2
㎜
)玻纤带(或类似材料)，玻纤带绕包层外再挤包一层无卤低烟阻燃隔氧层(厚度为1.5～2.0)，隔氧层外挤包一层(厚度由产品标准规定)无卤低烟阻燃b1级专用聚烯烃护套料。
5.虽然图3所示的25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆燃烧性能虽然达到了gb31247标准规定的燃烧性能要求，但由于电缆结构复杂，缆芯内衬层不仅绕包了多层防火玻纤带(或类似材料)，还增加了挤包隔氧层，并采用价格昂贵的b1级专用聚烯烃护套料，其结果是：电缆制造工艺复杂，耗用非金属材料多，与常规电缆相比较，产品材料成本增加10～25％，生产工费增加2～5％，电缆外径增大30％以上。
6.造成现行25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆上述结构成本高的主要原因是：我国现有阻燃电缆用非金属材料技术限制了阻燃b1级电缆结构设计的优化选项，另一方面我国在开发应用gb31247标准规定的阻燃b1级电缆技术还处于初级阶段，因此，通过创新性的结构设计和材料技术的进一步突破，是促进b1级阻燃电缆结构优化、成本降低最佳途径，也是电缆行业的当务之急。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种双层塑料组合绝缘的b1级电缆及其制作方法，以解决现有的25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆存在结构复杂、外径大、耗材多和材料成本高的技术问题。
8.本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种双层塑料组合绝缘的b1级电缆，包括绝缘线芯，所述绝缘线芯包括双层共挤的绝缘层，所述绝缘层包括内绝缘层和外绝缘层，所述内绝缘层为交联聚乙烯绝缘层，所述外绝缘层为交联聚烯烃绝缘层，且所述外绝缘层的厚度大于内绝缘层的厚度。
9.进一步的，所述外绝缘层的厚度与内绝缘层的厚度之比为3:7～27。
10.进一步的，所述绝缘线芯还包括导体，所述导体设置于内绝缘层的内层。
11.进一步的，所述绝缘线芯包括一根或多根。
12.进一步的，还包括绕包层，所述绝缘线芯设置于绕包层的内层。
13.进一步的，所述绝缘线芯之间以及绝缘线芯与绕包层之间还设置有填充层。
14.进一步的，所述绕包层的外层还设置有外护层。
15.进一步的，所述绕包层为单层或多层结构。
16.进一步的，所述填充层的填充材料包括玻纤绳。
17.一种双层塑料组合绝缘的b1级电缆的制作方法，采用可调试挤出配模方法制作双层共挤的绝缘线芯。
18.本发明的有益效果在于：本发明将交联聚乙烯与交联聚烯烃双层塑料绝缘线芯替代原有的交联聚乙烯线芯，用于25mm2及以下阻燃b1级电缆绝缘结构中，在满足产品全部性能指标要求的同时，还极大优化了电缆结构，减少了缆芯内衬层(绕包玻纤带层数和挤包隔氧层)材料耗用，降低了外护套和电缆整体的材料成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明结构示意图；
21.图2为绝缘线芯结构示意图；
22.图3为现有的25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆结构示意图；
23.图4为挤压式挤出配模图；
24.图5为半挤管式挤出配模图；
25.图6为挤管式挤出配模图；
26.图7为可调式挤出配模图；
27.图中，1-外护层，2-玻纤带绕包层，3-玻纤绳填充层，4-外绝缘层，5-内绝缘层，6-导体。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1：
31.参阅图1、图2，一种双层塑料组合绝缘的b1级电缆，包括绝缘线芯，所述绝缘线芯包括双层共挤的绝缘层，所述绝缘层包括内绝缘层5和外绝缘层4，所述内绝缘层5为交联聚乙烯绝缘层，所述外绝缘层4为交联聚烯烃绝缘层，且所述外绝缘层4的厚度大于内绝缘层5的厚度。
32.由于现有25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆存在结构复杂、外径大、耗材多和材料成本高的缺陷，是为了使交联聚乙烯绝缘电缆能通过gb31247标准规定的阻燃b1级燃烧性能试验，从而加强其缆芯内衬层(绕包玻纤带和挤包隔氧层)防火保护，进一步提升外护套材料燃烧时的阻燃性能和完整保护性，使电缆在燃烧试验时不发生交联聚乙烯绝缘线穿透性燃烧的现象。介于以上原因，如果仅考虑电缆通过gb31247标准规定的阻燃b1级燃烧性能试验，可以采用交联聚烯烃绝缘线芯替代交联聚乙烯绝缘线芯利用交联聚烯烃良好的阻燃性能，使电缆即能通过燃烧性能试验，又达到优化电缆结构、减少耗材、降低材料成本的目的。但是，交联聚烯烃受材料特性所限，无能是其机械物理性能、绝缘介电性和防水性(远低于交联聚乙烯)，达不到产品标准要求，所以，此方案不能采用。
33.为了使25mm2及以下阻燃b1级电缆既满足gb31247标准规定的燃烧性能，又能保证电缆绝缘层机械物理性能、介电性能和防水性达到产品标准要求，我们将电缆原有的交联聚乙烯绝缘线芯，用交联聚乙烯(为内绝缘层)与交联聚烯烃(为外绝缘层)的双层塑料组合绝缘线芯替代，这样充分既利用交联聚乙烯优异的机械物理性能，绝缘介电性能和防水性，使双层塑料组合绝缘层上述性能达到产品标准要求，另一方面双层塑料组合绝缘外层为具有良好阻燃性能的交联聚烯烃，从而改变了原有25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆绝缘线芯易燃的缺陷，使电缆所有非金属材料都具有阻燃或防火性能，进而既使电缆能满足gb31247标准规定的b1级燃烧性能，达到简化电缆结构、减少耗材和降低材料成本的目的。
34.在本实施例当中，所述绝缘线芯的工艺实施方案为：采用双层共挤方式挤出双层塑料组合绝缘层(包括交联聚烯烃绝缘层和交联聚乙烯绝缘层)，其中，交联聚烯烃绝缘层为外绝缘层4，交联聚乙烯绝缘层为内绝缘层5，并且，外绝缘层4的厚度与内绝缘层5的厚度之比为3:7，绝缘线芯总的厚度可由产品实际的标准进行调整。可以想到的，在实际应用当中，外绝缘层4的厚度与内绝缘层5的厚度可在3:7～27的范围当中进行适当调整。
35.在双层塑料组合绝缘共挤过程中，由于受交联聚烯烃材料本身机械性能较差、抗张强度和伸长率小的影响，如果采用电缆行业中的挤压式挤出方法、半挤管式挤出方法以及挤管式挤出方法(各配模图可参阅图4、5、6)，均不能使双层塑料组合绝缘层的抗张强度和伸长率同时达到产品标准要求，其结果是，如抗张强度合格，伸长率则不合格；反之伸长率合格，抗张强度则不合格。对此，本发明采用可调试挤出方法，该挤出方法对挤出过程中塑料的抗张强度和伸长率进行均衡调节，最大限度呈现塑料本身自然松弛的物理状态，使其抗张强度和伸长率全部等机械物理性能均全部达到产品标准要求。双层共挤的交联聚乙
烯与交联聚烯烃双层塑料组合绝缘层，因内层为交联聚乙烯，使其绝缘介电性能和防水性均达到产品标准要求，解决了单一的外绝缘层的介电性能和防水性能达不到产品标准要求的质量缺陷。
36.进一步的，可调试挤出方法所采用的挤出模具可参阅图7，所述挤出模具包括模盖和模芯，所述模芯外承线的长度l为1-4mm，所述模芯外承线管外端面与模盖定径区内端面之间的距离e为0.4～2.5mm，所述模盖的孔径由下式(1)表示：d＝d 2δ (1.2～4.5)t；式中，d为模盖的孔径，mm；d为模芯的孔径，mm；δ为模芯外承管的壁厚，mm；t为挤出线芯的塑料套厚度，mm。且所述模芯的孔径d比挤出线芯的外径大0.5～1.5mm，所述模芯的外锥角α为23.5
°
～35
°
，且所述模盖的内锥角β比模芯的外锥角α大6
°
～15
°
，所述模盖的内锥角β为30
°
～45
°
，所述模盖的定径长度l为2～6.0mm，所述模芯外承线管外端面与模盖定径区内端面之间的距离e为0.4～0.8m，模芯外承管的壁厚δ为0.5-0.7mm。
37.在本实施例当中，所述双层共挤的绝缘线芯共有五根，每根绝缘线芯由内至外，分为导体6、内绝缘层5和外绝缘层4。进一步的，双层塑料组合绝缘的b1级电缆还包括绕包层2，五根绝缘线芯均设置于绕包层2的内层，五根绝缘线芯之间以及绝缘线芯与绕包层2之间还设置有填充层3，所述绕包层2的外层还设置有外护层1，所述绕包层2具有两层，每层厚度0.2mm。更进一步的，所述填充层3的材料为玻纤绳(或类似材料)，玻纤绳用以填充绝缘线芯之间的空气间隙。所述绕包层2的材料为玻纤带(或类似材料)。所述外护层1为无卤低烟阻燃聚烯烃外护套。
38.本发明的测试数据如下：
39.表1本发明机械物理性能、绝缘介电性能和防水性能实测数据
[0040][0041]
如表2所示，与原有25mm2及以下交联聚乙烯绝缘阻燃b1级电缆相比，本发明具有产品结构优化、电缆外径小、非金属材料耗用少和材料成本低的极大优势。同时，本发明的燃烧性能主要指标的实测值，平均优于gb31247标准水平50％左右(见表3)，产品性能优势突出。
[0042]
表2两种不同结构阻燃b1级电缆结构成本比较
[0043][0044]
[0045]
表3本发明燃烧性能实测值
[0046]
[0047]
[0048]
[0049][0050]
本发明具有以下技术效果：本发明将交联聚乙烯与交联聚烯烃双层塑料绝缘线芯替代原有的交联聚乙烯线芯，用于25mm2及以下阻燃b1级电缆绝缘结构中，在满足产品全部性能指标要求的同时，还极大优化了电缆结构，减少了缆芯内衬层(绕包玻纤带层数和挤包隔氧层)材料耗用，降低了外护套和电缆整体的材料成本。
[0051]
需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本技术所必须的。
[0052]
此外，术语“连接”、“设置”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“连接”、“设置”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“连接”、“设置”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0053]
上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。