納米石墨烯中壓電力電纜的制作方法

本實用新型涉及一種中壓電力電纜的改進，具體地說是一種納米石墨烯中壓電力電纜。

背景技術：

導電性能是權衡電線電纜質量的一大關鍵，目前現有的中壓電力電纜，如圖2所示，它由導體1、內屏蔽層2、絕緣層3、外屏蔽層4、銅帶屏蔽層5、繞包層6和外護套層7構成；導體1和由內向外依次包覆在導體1外的內屏蔽層2、絕緣層3、外屏蔽層4組成一組絕緣線芯，絕緣線芯外纏繞銅帶屏蔽層5形成屏蔽線芯，由繞包層6將三組屏蔽線芯包住，在繞包層6外再擠出外護套層7。由于上述的電纜結構不利于導體材料充分發揮作用，靠成材料的浪費。石墨烯具有導電性極強的優秀特性，是能隙為零的半導體，電子的運動速度能到達光速的1/300，遠超其他金屬導體或半導體的運動速度。常溫下其載流子遷移率最高，它的電阻率約10^-6Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料。正是由于石墨烯具有導電性優良等特性，故若被應用于電纜導體中可以增加相同導體的導電量。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種利用電纜的集膚效應，在電纜導體外采用靜電涂覆納米石墨烯層，從而降低電纜的制造成本，提高電纜的載流量，同時采用三層共擠全干法交聯生產技術，以降低水樹的產生率，提高產品質量的納米石墨烯中壓電力電纜。

為了達到以上目的，本實用新型所采用的技術方案是：該納米石墨烯中壓電力電纜，包括導體、內屏蔽層、絕緣層、外屏蔽層、銅帶屏蔽層、繞包層和外護套層；其特征在于：所述導體的外壁上設有納米石墨烯層，在納米石墨烯層的外側由內向外依次包覆有內屏蔽層、絕緣層和外屏蔽層，成為一組絕緣線芯；絕緣線芯外纏繞銅帶屏蔽層形成屏蔽線芯；三組屏蔽線芯的外側包覆有繞包層，繞包層外側包覆有外護套層。

所述的納米石墨烯層采用靜電粉末噴涂在導體外壁上，納米石墨烯層的厚度為5～30μm。

該上述納米石墨烯中壓電力電纜的制造方法，包括拉絲、絞制導體、三層共擠、銅帶屏蔽、成纜和擠出外護套層的步驟，其特征在于：它包括以下步驟制成：

一、拉絲：采用符合GB/T3952或GB/T3954標準的銅/鋁桿按現有技術拉制成直徑Φ1.5～Φ4mm的單絲；

二、絞制導體，將多根單絲在框絞機上緊壓絞制，得到絞合的導體，導體最外層節距為導體直徑的13～15倍, 次外層節距為導體直徑的17～19倍，內層節距為導體直徑的19～22倍；

三、靜電涂覆納米石墨烯層：采用高壓靜電發生器將石墨烯粉末在壓縮空氣作用下霧化得細而均勻，憑借高壓電場的作用均勻地吸附于導體表面；高壓發生器工作時，將噴槍高壓調整到4～50KV即可使石墨烯良好吸附；生產前，供粉桶內裝入石墨烯粉末，達供粉桶容積的三分之二，調整沸騰氣壓在0.05～0.08Mpa，調整供粉氣壓0.08～0.12Mpa，使供粉量在80～150g/min之間；生產時，導體穿過噴室，噴粉槍噴頭與導體的距離應保持在100～180mm之間；

四、采用全干法交聯設備進行三層共擠：

（A）、起車及生產步驟：

（a）、擠出機和機頭加熱，溫度控制如下：內屏蔽層擠出機的一區溫度為85℃±10℃，二區溫度為110℃±10℃，三區溫度為116℃±10℃，四區溫度為118℃±10℃，法蘭溫度為118℃±10℃，導膠管溫度為112℃±10℃，模具溫度為118℃±10℃；絕緣層擠出機的一區溫度為105℃±10℃，二區溫度為112℃±10℃，三區溫度為116℃±10℃，四區溫度為116℃±10℃，五區溫度為118℃±10℃，六區溫度為118℃±10℃，法蘭溫度為118℃±10℃，導膠管溫度為118℃±10℃，模具溫度為118℃±10℃；外屏蔽層擠出機的一區溫度為78℃±10℃，二區溫度為88℃±10℃，三區溫度為96℃±10℃，四區溫度為96℃±10℃，五區溫度為95℃±10℃，法蘭溫度為96℃±10℃，導膠管溫度為95℃±10℃，模具溫度為118℃±10℃；

啟動擠出機開始工作，先調節內屏蔽層擠出機速度，使內屏蔽層先擠出在導體外側的納米石墨烯層上，待內屏蔽層、絕緣層和外屏蔽層均勻擠出后，校正機頭中心；

（b）、張力調節：通過下牽引調節；

（c）、關閉下密封及上密封、收縮管，啟動硫化管加熱至280～450℃；

（d）、待到硫化管溫度達到硫化初始溫度后，開始供氣，供氣壓力在0.7～1.0Mpa；

（e）、長度計數復位，進入正常生產狀態，燈亮時開始計米；當合格電纜從下密封出來后，立即取樣，檢測電纜結構尺寸和熱延伸，待檢驗合格后，進入正常生產狀態；

（B）、停車步驟：

（a）、當生產快到結束時，將線速度從生產狀態變化到停車速度，硫化管溫度進入硫化管結束加熱溫度，同時硫化管開始冷卻，當溫度到達240～270℃，硫化管冷卻進入停止狀態；在這期間，電纜在硫化管中繼續硫化，根據情況確定合格電纜位置并做好標記；

（b）、當硫化管溫度小于70℃后，硫化管自動排氣；

（c）、 打開伸縮管和連鎖裝置；

（d）、將帶有引導線的電纜走出管路，并在做有標記的合格電纜末端取樣檢驗；

（e）、停止供料，關閉擠出機，將機頭和擠出機分離，并及時將機頭和螺桿螺膛清理干凈；

（f）、全線停車后，停氣；

五、制作銅帶屏蔽層，銅帶纏繞方向為左向，銅帶寬度為20mm～50mm，銅帶平均搭蓋率不小于15%，最小搭蓋率不小于5%；

六、制作繞包層成纜：成纜模具大于成纜外徑0.5mm～2mm，成纜節距為成纜外徑的30～50倍；絕緣線芯應按順時針方向排列；包帶重疊寬度應控制在包帶寬度的15～30%之間；

七、擠出外護套層，外護套層在擠塑機上進行，擠塑機機身加熱段分為六段，第一段至第六段的工作溫度分別為145℃±10℃、155℃±10℃、155℃±10℃、165℃±10℃、165℃±10℃、175℃±10℃，機頭法蘭溫度為175℃±10℃，機頭溫度為165℃±10℃；擠出前將外護套層料直接在70～80℃溫度下干燥不小于4小時，熔融態經1～2層40目過濾網過濾，擠出量260kg/h，得到外護套層，最終得到納米石墨烯中壓電力電纜。

本實用新型的有益效果在于：利用電纜的集膚效應，在電纜導體外采用靜電涂覆納米石墨烯層，從而降低電纜的制造成本，提高電纜的載流量，同時采用全干法交聯技術生產，降低了水樹的產生率，提高了產品質量。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的電纜截面示意圖。

圖2是現有技術的電纜截面示意圖。

圖中：1、導體；2、內屏蔽層；3、絕緣層；4、外屏蔽層；5、銅帶屏蔽層；6、繞包層；7、外護套層；8、納米石墨烯層。

具體實施方式

參照圖1制作本實用新型。該納米石墨烯中壓電力電纜，包括導體1、內屏蔽層2、絕緣層3、外屏蔽層4、銅帶屏蔽層5、繞包層6和外護套層7；其特征在于：所述導體1的外壁上設有納米石墨烯層8，在納米石墨烯層8的外側由內向外依次包覆有內屏蔽層2、絕緣層3和外屏蔽層4，成為一組絕緣線芯；絕緣線芯外纏繞銅帶屏蔽層5形成屏蔽線芯；三組屏蔽線芯的外側包覆有繞包層6，繞包層6外側包覆有外護套層7。

所述的納米石墨烯層8采用靜電粉末噴涂在導體1外壁上，納米石墨烯層2的厚度為5～30μm；導體1的截面面積是電阻值相同的傳統電纜中的導體截面面積的70%—85%。

上述納米石墨烯中壓電力電纜的制造方法，包括拉絲、絞制導體、三層共擠、銅帶屏蔽、成纜和擠出外護套層的步驟，其特征在于：它包括以下步驟制成：

一、拉絲：采用符合GB/T3952或GB/T3954標準的銅/鋁桿按現有技術拉制成直徑Φ1.5～Φ4mm的單絲，模具的內徑按現有技術機械工業出版社1987年出版，1994年再版的《拉絲工藝學》中，第七章拉絲工藝，第六節拉絲配模，第81頁中給出的公式進行確定，單絲出線速度為3～18m/s，雙盤自動收線，從滿盤至空盤測定長，自動切換，外圍控制裝置包括西門子直流調整速裝置、排線控制及潤滑和冷卻系統。

二、絞制導體1，將多根單絲在框絞機上緊壓絞制，得到絞合的導體1，絞制時導體1出線速度為4.5～60m/min，氣動碟式控制放線張力，大小可調，張力范圍250～3000N，導體1最外層節距為導體1直徑的13～15倍, 次外層節距為導體1直徑的17～19倍，內層節距為導體1直徑的19～22倍，導體1外徑偏差為+0.2mm～0mm。

三、靜電涂覆納米石墨烯層8，將石墨烯粉末在壓縮空氣作用下霧化得細而均勻，憑借高壓電場的作用均勻地吸附于導體1表面。采用高壓靜電發生器產生高壓電荷，與零電位的工件產生電位差，形成粉末涂料微粒吸附的主要動力。高壓發生器輸入電壓為220V，經過多次高頻振蕩，倍壓放大，輸出電壓可高達50～100KV，工作時，將噴槍高壓調整到4～50KV即可使石墨烯良好吸附（工件懸掛裝置應接地良好，R≤4歐姆）。生產前，供粉桶內裝入石墨烯粉末，達供粉桶容積的三分之二，調整沸騰氣壓在0.05～0.08Mpa，調整供粉氣壓0.08～0.12Mpa，使供粉量一般在80～150g/min之間，生產時，導體1穿過噴室，噴粉槍噴頭與導體1的距離應保持在100～180mm之間為易，根據不同導體1要選擇不同的噴粉擴散體固定于槍頭上，以達到霧化均勻，生產速度為1～15米/秒，涂覆納米石墨烯層8的厚度一般為5～30μm。納米石墨烯回收時，噴室內應形成0.05～0.09Mpa左右的負壓，噴室開口處空氣流速應控制在0.5～0.6m/秒。停產時要將供粉桶中石墨烯清理干凈，防止微孔板堵塞。

四、采用全干法交聯設備進行三層共擠：

（A）、起車及生產步驟：

（a）、擠出機和機頭加熱，溫度控制如下：內屏蔽層擠出機的一區溫度為85℃±10℃，二區溫度為110℃±10℃，三區溫度為116℃±10℃，四區溫度為118℃±10℃，法蘭溫度為118℃±10℃，導膠管溫度為112℃±10℃，模具溫度為118℃±10℃；絕緣層擠出機的一區溫度為105℃±10℃，二區溫度為112℃±10℃，三區溫度為116℃±10℃，四區溫度為116℃±10℃，五區溫度為118℃±10℃，六區溫度為118℃±10℃，法蘭溫度為118℃±10℃，導膠管溫度為118℃±10℃，模具溫度為118℃±10℃；外屏蔽層擠出機的一區溫度為78℃±10℃，二區溫度為88℃±10℃，三區溫度為96℃±10℃，四區溫度為96℃±10℃，五區溫度為95℃±10℃，法蘭溫度為96℃±10℃，導膠管溫度為95℃±10℃，模具溫度為118℃±10℃；

啟動按鈕，擠出機開始工作，先調節內屏蔽層擠出機速度，使內屏蔽層2先擠出在導體1外側的納米石墨烯層8上，待內屏蔽層2、絕緣層3和外屏蔽層4均勻擠出后，然后調節擠出機轉速，并校正機頭中心。

（b）、張力調節：通過下牽引調節，當懸控器指針位于零位或擺動不大時，說明張力調好。

（c）、關閉下密封及上密封、收縮管，（如果不用起車電纜，待生產的電纜走出下密封后，再關閉下密封），啟動硫化管加熱至280～450℃。

（d）、待到硫化管溫度達到硫化初始溫度后，開始供氣，供氣壓力在0.7～1.0Mpa。

（e）、啟動按鈕，長度計數復位，進入正常生產狀態，燈亮時開始計米。當合格電纜從下密封出來后，立即取樣，檢測電纜結構尺寸和熱延伸，待檢驗合格后，進入正常生產狀態。

（B）、停車步驟：

（a）、當生產快到結束時，將線速度從生產狀態變化到停車速度，硫化管溫度進入硫化管結束加熱溫度，同時硫化管開始冷卻，當溫度到達240～270℃，硫化管冷卻進入停止狀態。在這期間，電纜在硫化管中繼續硫化，根據情況確定合格電纜位置并做好標記。

（b）、當硫化管溫度小于70℃后，硫化管自動排氣，管內壓力降為“0”。

（c）、 打開伸縮管和連鎖裝置。

（d）、將帶有引導線的電纜走出管路，并在做有標記的合格電纜末端取樣檢驗。

（e）、停止供料，關閉擠出機，將機頭和擠出機分離，并及時將機頭和螺桿螺膛清理干凈。

（f）、全線停車后，停氣。

五、制作銅帶屏蔽層5，銅帶纏繞方向為左向，銅帶寬度為20mm～50mm，銅帶平均搭蓋率不小于15%，最小搭蓋率不小于5%。

六、制作繞包層6成纜：成纜模具大于成纜外徑0.5mm～2mm，成纜節距為30～50倍的成纜外徑；絕緣線芯應按順時針方向排列；包帶重疊（間隙）寬度應控制在包帶寬度的15～30%之間。

七、擠出外護套層7，外護套層7在擠塑機上進行，擠塑機機身加熱段分為六段，第一段至第六段的工作溫度分別為145℃、155℃、155℃、165℃、165℃、175℃，機頭法蘭溫度為175℃，機頭溫度為165℃，上述各溫度偏差10℃。擠出前將外護套層料直接在70～80℃溫度下干燥不小于4小時，熔融態經1～2層40目過濾網過濾，驅動電機轉速1000rpm，擠出量260kg/h，得到外護套層7，外護套層7的平均厚度不小于GB/T12706標準規定的標稱值，最薄點厚度不小于標稱值的80%。

本實用新型通過利用集膚效應及納米石墨烯的高導電率，在導體外靜電涂覆納米石墨烯層，電纜導體截面可減少15～30%，載流量可提高5%，大大降低了生產成本，提高了傳導性能，并且電纜重量減輕，易于安裝，同時采用全干法交聯技術生產，降低了水樹的產生率，提高了產品質量。