本發明涉及電纜材料制備,尤其涉及一種游動電纜及其制備工藝。
背景技術:
1、游動電纜是一種專為在移動或動態應用中使用而設計的電纜,通常應用于起重機、升降機、自動化設備和其他需要頻繁運動的機械設備中。這些電纜需要在提供電力和信號傳輸的同時,承受反復的彎曲、拉伸和扭轉。
2、頻繁的動態應用中,游動電纜會面臨多種嚴苛的物理考驗,特別是當涉及到頻繁的彎曲、扭轉或拖拽操作時,其護套和絕緣層的耐用性將受到極大挑戰,電纜在運動過程中,其外表面會與其他物體接觸或摩擦,如地面、機械部件等。如果護套材質不夠耐磨或外層防護不足,就容易產生劃痕、剝落甚至穿透性損傷,進而暴露內部導體和絕緣層,引發短路、漏電等安全隱患。同時電纜的絕緣層在持續的機械應力作用下可能逐漸劣化,特別是在高溫或化學腐蝕環境下,更容易出現絕緣性能下降,表現為絕緣電阻降低,甚至發生短路。此外,電纜的扭轉還可能引起絕緣層內部產生微裂紋,逐漸擴大最終導致電氣故障。
技術實現思路
1、有鑒于此,本發明的目的是提供一種游動電纜及其制備工藝,具有良好抗卷繞、抗彎曲及耐疲勞性能。
2、本發明通過以下技術手段解決上述技術問題:
3、第一方面,本發明提供了一種游動電纜,從內到外依次包括纜芯和護套層,所述纜芯包括動力線芯、控制線芯和填充層,所述控制線芯位于纜芯中心,所述控制線芯外周設置有若干根動力線芯,所述填充層設置在控制線芯和動力線芯的空隙處,所述動力線芯和所述控制線芯外設置有絕緣層和金屬屏蔽層,所述絕緣層外周設置有金屬屏蔽層,所述護套層分為外護套層、纖維加強層和內護套層,所述內護套層外周設置有纖維加強層,所述纖維加強層外周設置有外護套層,
4、所述外護套層和內護套層均包括以下重量份原料:聚乙烯90-100份,玻璃纖維40-50份,有機硅樹脂30-40份,填料8-12份,抗氧化劑2-6份和潤滑劑2-4份;
5、所述絕緣層包括以下重量份原料:交聯聚乙烯90-150份、抗氧劑0.5-1.5份、潤滑劑0.4-1.2份,所述交聯聚乙烯由改性納米氧化鋁對聚乙烯進行復配交聯。
6、優選的,所述填充層為氯化聚乙烯制備得到。
7、優選的,所述聚乙烯為高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物,高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的質量比是1:(3-4)。
8、優選的,所述填料為功能化的石墨烯與用十六烷基三甲氧基硅烷改性的二氧化硅進行加成反應得到。
9、優選的,所述填料的制備方法為:將改性二氧化硅加入功能化的石墨烯溶解的溶液中,1-3h攪拌,離心,干燥得到所述填料。
10、功能化的石墨烯與改性二氧化硅相互穿插結合,有效的抑制了石墨烯片層之間的堆疊和二氧化硅的團聚,提高了兩者在膠料中的分散性,填料與聚乙烯的相容性得到改善,使得聚乙烯的分子間作用力增強,從而表現出更好的拉伸性能。
11、優選的,所述功能化的石墨烯的制備方法如下:將石墨烯和質量濃度為0.01-0.03g/ml的3,4,5-三羥基苯甲酸共同添加到裝有水溶液的容器中,充分混合,將混合物超聲25-35min,得到的產物為功能化的石墨烯。
12、在超聲處理過程中,強烈的聲波可以提供足夠的能量促使3,4,5-三羥基苯甲酸分子上的酚羥基與石墨烯端基結合形成氫鍵,形成更加穩定的結合,能夠進一步增強3,4,5-三羥基苯甲酸在石墨烯表面的附著,改變石墨烯的表面性質,引入新的官能團酚羥基,改善石墨烯與其他材料的相容性。
13、優選的,用十六烷基三甲氧基硅烷改性的二氧化硅的制備方法如下:
14、將十六烷基三甲氧基硅烷添加到裝有混合溶劑(含1ml去離子水和10ml乙醇)的容器中,在室溫下按4000-6000r/min劇烈攪拌25-35min,然后加入納米二氧化硅劇烈攪拌3h(溫度50-70℃,轉速4000-6000r/min),用乙醇洗滌2-4次,隨后以7000-9000r/min離心4-8min,取出后將得到的白色粉末在50-70℃溫度下干燥46-50h,得到十六烷基三甲氧基硅烷改性的二氧化硅。
15、優選的,所述交聯聚乙烯的制備方法如下:將改性納米氧化鋁與聚乙烯進行混煉,混煉溫度120-130℃,充分混煉15-25min后取出坯料,硫化處理,冷卻得到交聯聚乙烯。
16、優選的,所述改性納米氧化鋁的制備方法如下:取干燥后的納米氧化鋁粉末于乙醇溶液中超聲分散20-30min,逐滴加入氨基硅烷偶聯劑,在60-70℃水浴中加熱磁力攪拌9-11h,多次醇洗、干燥得到改性納米氧化鋁。
17、優選的,所述氨基硅烷偶聯劑包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
18、第二方面,本發明提供了一種游動電纜的制備工藝,包括如下步驟,
19、s1、制備絕緣層膠料;
20、s2、將多股銅絲采用同向正規排列束絞得到控制線芯導體,在控制線芯導體外部將絕緣層膠料擠出形成控制線芯絕緣層,制備得到控制線芯;
21、s3、將19股銅絲按照1+6+12同向分層正規絞合得到動力線芯導體,再在動力線芯導體外將絕緣層膠料擠出形成動力線芯絕緣層,制備得到動力線芯;
22、s4、動力線芯和控制線芯外表面分別采用重疊繞包的繞包工序,繞包一層軟銅帶作為金屬屏蔽層;
23、s5、將填充層一次性擠出成型;將經過步驟s4的動力線芯、控制線芯與填充層緊壓成型得到纜芯;
24、s6、制造內護套層膠料和外護套層膠料;
25、s7、在纜芯表面形成內護套層,在內護套層表面形成纖維加強層,在纖維加強層表面形成外護套層。
26、優選的,所述步驟s1制備絕緣層膠料的制備具體如下:
27、s101、將交聯聚乙烯進行塑煉,薄通3-5次,然后冷卻至室溫20-30℃;
28、s102、再加入抗氧劑、潤滑劑混煉,混煉溫度120-130℃,進一步返煉及冷卻,降溫至60-80℃,壓延成型得到膠片,膠片冷卻得到絕緣層膠料。
29、優選的,所述步驟s6制備內護套層膠料和外護套膠料的制備具體如下:
30、s601、將聚乙烯、玻璃纖維、有機硅樹脂充分混合后熔融、塑化、共混,擠出造粒得到聚合物顆粒,
31、s602、再將聚合物顆粒、填料,抗氧化劑和潤滑劑充分混合后熔融、共混后得到內護套層膠料和外護套層膠料。
32、本發明的有益效果:
33、(1)本發明制備的電纜具有良好抗卷繞、抗彎曲及耐疲勞性能,其中耐扭轉次數高于2500次,常溫或低溫下扭轉均對電纜材質沒有明顯的影響,確保電纜在反復彎折、纏繞過程中,內部導體、絕緣層及護套之間保持良好的協調性,不會因機械應力集中而導致性能下降。
34、(2)本發明的外護套層和內護套層通過添加填料有效提高了護套材料的力學性能和光穩定性,從而使電纜具有良好的抗彎曲和耐疲勞性能。
35、(3)本發明通過交聯聚乙烯對絕緣層進行增韌改性,可以顯著改善電纜的延展性,提高電纜的柔韌性和抗扭曲能力。