纳米石墨烯中压电力电缆及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了纳米石墨烯中压电力电缆及其制造方法，包括导体、内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层、铜带屏蔽层、绕包层和外护套层；所述导体的外壁上由内向外依次包覆有纳米石墨烯层、内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层，成为一组绝缘线芯；绝缘线芯外缠绕铜带屏蔽层形成屏蔽线芯；三组屏蔽线芯的外侧包覆有绕包层，绕包层外侧包覆有外护套层。它包括以下步骤制成：拉丝；绞制导体；静电涂覆纳米石墨烯层；采用全干法交联设备进行三层共挤；制作铜带屏蔽层；制作绕包层成缆；挤出外护套层。本发明利用电缆的集肤效应，在电缆导体外采用静电涂覆纳米石墨烯层，采用全干法交联技术生产，提高了电缆的载流量，降低了水树的产生率，提高了产品质量。
【专利说明】
纳米石墨烯中压电力电缆及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种中压电力电缆的改进，具体地说是一种纳米石墨烯中压电力电缆及其制造方法。
【背景技术】
[0002]导电性能是权衡电线电缆质量的一大关键，目前现有的中压电力电缆，如图2所示，它由导体1、内屏蔽层2、绝缘层3、外屏蔽层4、铜带屏蔽层5、绕包层6和外护套层7构成；导体I和由内向外依次包覆在导体I外的内屏蔽层2、绝缘层3、外屏蔽层4组成一组绝缘线芯，绝缘线芯外缠绕铜带屏蔽层5形成屏蔽线芯，由绕包层6将三组屏蔽线芯包住，在绕包层6外再挤出外护套层7。由于上述的电缆结构不利于导体材料充分发挥作用，靠成材料的浪费。石墨烯具有导电性极强的优秀特性，是能隙为零的半导体，电子的运动速度能到达光速的1/300，远超其他金属导体或半导体的运动速度。常温下其载流子迀移率最高，它的电阻率约10—6Ω.cm，比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。正是由于石墨烯具有导电性优良等特性，故若被应用于电缆导体中可以增加相同导体的导电量。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种利用电缆的集肤效应，在电缆导体外采用静电涂覆纳米石墨烯层，从而降低电缆的制造成本，提高电缆的载流量，同时采用三层共挤全干法交联生产技术，以降低水树的产生率，提高产品质量的纳米石墨烯中压电力电缆及其制造方法。
[0004]为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是:该纳米石墨烯中压电力电缆，包括导体、内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层、铜带屏蔽层、绕包层和外护套层;其特征在于:所述导体的外壁上设有纳米石墨烯层，在纳米石墨烯层的外侧由内向外依次包覆有内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层，成为一组绝缘线芯;绝缘线芯外缠绕铜带屏蔽层形成屏蔽线芯;三组屏蔽线芯的外侧包覆有绕包层，绕包层外侧包覆有外护套层。
[0005]所述的纳米石墨烯层采用静电粉末喷涂在导体外壁上，纳米石墨烯层的厚度为5?30ym。
[0006]该上述纳米石墨烯中压电力电缆的制造方法，包括拉丝、绞制导体、三层共挤、铜带屏蔽、成缆和挤出外护套层的步骤，其特征在于:它包括以下步骤制成:
一、拉丝:采用符合GB/T3952或GB/T3954标准的铜/铝杆按现有技术拉制成直径Φ1.5?Φ 4mm的单丝；
二、绞制导体，将多根单丝在框绞机上紧压绞制，得到绞合的导体，导体最外层节距为导体直径的13?15倍，次外层节距为导体直径的17?19倍，内层节距为导体直径的19?22倍；
三、静电涂覆纳米石墨烯层:采用高压静电发生器将石墨烯粉末在压缩空气作用下雾化得细而均匀，凭借高压电场的作用均匀地吸附于导体表面;高压发生器工作时，将喷枪高压调整到4?50KV即可使石墨烯良好吸附；生产前，供粉桶内装入石墨烯粉末，达供粉桶容积的三分之二，调整沸腾气压在0.05?0.08Mpa，调整供粉气压0.08?0.12Mpa，使供粉量在80?150g/min之间；生产时，导体穿过喷室，喷粉枪喷头与导体的距离应保持在100?180mm之间；
四、采用全干法交联设备进行三层共挤:
(A)、起车及生产步骤:
(a)、挤出机和机头加热，温度控制如下:内屏蔽层挤出机的一区温度为85°C ± 1 °C，二区温度为110 °C ± 1 °C，三区温度为116 °C ± 1 °C，四区温度为118 °C ± 1 °C，法兰温度为1180C 土 10°C，导胶管温度为112°C 土 10°C，模具温度为118°C 土 10°C ;绝缘层挤出机的一区温度为105°C±10°C，二区温度为112°C±10°C，三区温度为116°C±10°C，四区温度为116°C±10°C，五区温度为118°C ±10°C，六区温度为118°C 土 10°C，法兰温度为118°C 土 10°C，导胶管温度为118 °C ± 1 °C，模具温度为118 °C ± 1 °C ;外屏蔽层挤出机的一区温度为78 °C ± 1 °C，二区温度为88°C ± 10°C，三区温度为96°C ± 10°C，四区温度为96°C 土 10°C，五区温度为95°C 土10C，法兰温度为96°C ±10°C，导胶管温度为95°C ±10°C，模具温度为118°C ± 10°C ；
启动挤出机开始工作，先调节内屏蔽层挤出机速度，使内屏蔽层先挤出在导体外侧的纳米石墨烯层上，待内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层均匀挤出后，校正机头中心；
(b)、张力调节:通过下牵引调节；
(c)、关闭下密封及上密封、收缩管，启动硫化管加热至280?450°C;
(d)、待到硫化管温度达到硫化初始温度后，开始供气，供气压力在0.7?1.0Mpa;
(e)、长度计数复位，进入正常生产状态，灯亮时开始计米；当合格电缆从下密封出来后，立即取样，检测电缆结构尺寸和热延伸，待检验合格后，进入正常生产状态；
(B)、停车步骤:
(a)、当生产快到结束时，将线速度从生产状态变化到停车速度，硫化管温度进入硫化管结束加热温度，同时硫化管开始冷却，当温度到达240?270 °C，硫化管冷却进入停止状态;在这期间，电缆在硫化管中继续硫化，根据情况确定合格电缆位置并做好标记；
(b)、当硫化管温度小于70V后，硫化管自动排气；
(C)、打开伸缩管和连锁装置；
(d)、将带有引导线的电缆走出管路，并在做有标记的合格电缆末端取样检验；
(e)、停止供料，关闭挤出机，将机头和挤出机分离，并及时将机头和螺杆螺膛清理干净；
(f)、全线停车后，停气；
五、制作铜带屏蔽层，铜带缠绕方向为左向，铜带宽度为20mm?50mm，铜带平均搭盖率不小于15%，最小搭盖率不小于5% ；
六、制作绕包层成缆:成缆模具大于成缆外径0.5mm?2mm，成缆节距为成缆外径的30?50倍;绝缘线芯应按顺时针方向排列;包带重叠宽度应控制在包带宽度的15?30%之间；
七、挤出外护套层，外护套层在挤塑机上进行，挤塑机机身加热段分为六段，第一段至第六段的工作温度分别为 145 cC ± 1 cC、155 cC ± 1 cC、155 cC ± 1 cC、165 cC ± 1 cC、165 cC 土1 °C、175 °C ± 10 °C，机头法兰温度为175 °C ± 10 °C，机头温度为165 °C ± 1 °C ;挤出前将外护套层料直接在70?80°C温度下干燥不小于4小时，熔融态经I?2层40目过滤网过滤，挤出量260kg/h，得到外护套层，最终得到纳米石墨烯中压电力电缆。
[0007]本发明的有益效果在于:利用电缆的集肤效应，在电缆导体外采用静电涂覆纳米石墨烯层，从而降低电缆的制造成本，提高电缆的载流量，同时采用全干法交联技术生产，降低了水树的产生率，提高了产品质量。
【附图说明】
[0008]图1是本发明实施例的电缆截面示意图。
[0009]图2是现有技术的电缆截面示意图。
[0010]图中:1、导体;2、内屏蔽层;3、绝缘层;4、外屏蔽层;5、铜带屏蔽层;6、绕包层;7、夕卜护套层;8、纳米石墨烯层。
【具体实施方式】
[0011]参照图1制作本发明。该纳米石墨烯中压电力电缆，包括导体1、内屏蔽层2、绝缘层
3、外屏蔽层4、铜带屏蔽层5、绕包层6和外护套层7;其特征在于:所述导体I的外壁上设有纳米石墨稀层8，在纳米石墨稀层8的外侧由内向外依次包覆有内屏蔽层2、绝缘层3和外屏蔽层4，成为一组绝缘线芯;绝缘线芯外缠绕铜带屏蔽层5形成屏蔽线芯;三组屏蔽线芯的外侧包覆有绕包层6，绕包层6外侧包覆有外护套层7。
[0012]所述的纳米石墨烯层8采用静电粉末喷涂在导体I外壁上，纳米石墨烯层2的厚度为5?30μπι;导体I的截面面积是电阻值相同的传统电缆中的导体截面面积的70%—85%。
[0013]上述纳米石墨烯中压电力电缆的制造方法，包括拉丝、绞制导体、三层共挤、铜带屏蔽、成缆和挤出外护套层的步骤，其特征在于:它包括以下步骤制成:
一、拉丝:采用符合GB/T3952或GB/T3954标准的铜/铝杆按现有技术拉制成直径Φ 1.5?Φ 4mm的单丝，模具的内径按现有技术机械工业出版社1987年出版，1994年再版的《拉丝工艺学》中，第七章拉丝工艺，第六节拉丝配模，第81页中给出的公式进行确定，单丝出线速度为3?18m/s，双盘自动收线，从满盘至空盘测定长，自动切换，外围控制装置包括西门子直流调整速装置、排线控制及润滑和冷却系统。
[0014]二、绞制导体1，将多根单丝在框绞机上紧压绞制，得到绞合的导体1，绞制时导体I出线速度为4.5?60m/min，气动碟式控制放线张力，大小可调，张力范围250?3000N，导体I最外层节距为导体I直径的13?15倍，次外层节距为导体I直径的17?19倍，内层节距为导体I直径的19?22倍，导体I外径偏差为+0.2mm?0mm。
[0015]三、静电涂覆纳米石墨烯层8，将石墨烯粉末在压缩空气作用下雾化得细而均匀，凭借高压电场的作用均匀地吸附于导体I表面。采用高压静电发生器产生高压电荷，与零电位的工件产生电位差，形成粉末涂料微粒吸附的主要动力。高压发生器输入电压为220V，经过多次高频振荡，倍压放大，输出电压可高达50?100KV，工作时，将喷枪高压调整到4?50KV即可使石墨烯良好吸附(工件悬挂装置应接地良好，R彡4欧姆)。生产前，供粉桶内装入石墨烯粉末，达供粉桶容积的三分之二，调整沸腾气压在0.05?0.0SMpa，调整供粉气压
0.08?0.12Mpa，使供粉量一般在80?150g/min之间，生产时，导体I穿过喷室，喷粉枪喷头与导体I的距离应保持在100?180mm之间为易，根据不同导体I要选择不同的喷粉扩散体固定于枪头上，以达到雾化均匀，生产速度为I?15米/秒，涂覆纳米石墨烯层8的厚度一般为5?30μπι。纳米石墨烯回收时，喷室内应形成0.05?0.09Mpa左右的负压，喷室开口处空气流速应控制在0.5?0.6m/秒。停产时要将供粉桶中石墨烯清理干净，防止微孔板堵塞。
[0016]四、采用全干法交联设备进行三层共挤:
(A)、起车及生产步骤:
(a)、挤出机和机头加热，温度控制如下:内屏蔽层挤出机的一区温度为85 °C ± 1 °C，二区温度为110 °C ± 1 °C，三区温度为116 °C ± 1 °C，四区温度为118 °C ± 1 °C，法兰温度为1180C 土 10°C，导胶管温度为112°C 土 10°C，模具温度为118°C 土 10°C ;绝缘层挤出机的一区温度为105°C±10°C，二区温度为112°C±10°C，三区温度为116°C±10°C，四区温度为116°C±10°C，五区温度为118°C ±10°C，六区温度为118°C 土 10°C，法兰温度为118°C 土 10°C，导胶管温度为118 °C ± 1 °C，模具温度为118 °C ± 1 °C ;外屏蔽层挤出机的一区温度为78 °C ± 1 °C，二区温度为88°C ± 10°C，三区温度为96°C ± 10°C，四区温度为96°C 土 10°C，五区温度为95°C 土10C，法兰温度为96°C ±10°C，导胶管温度为95°C ±10°C，模具温度为118°C ± 10°C ；
启动按钮，挤出机开始工作，先调节内屏蔽层挤出机速度，使内屏蔽层2先挤出在导体I外侧的纳米石墨烯层8上，待内屏蔽层2、绝缘层3和外屏蔽层4均匀挤出后，然后调节挤出机转速，并校正机头中心。
[0017](b)、张力调节:通过下牵引调节，当悬控器指针位于零位或摆动不大时，说明张力调好。
[0018](C)、关闭下密封及上密封、收缩管，(如果不用起车电缆，待生产的电缆走出下密封后，再关闭下密封)，启动硫化管加热至280?450°C。
[0019](d)、待到硫化管温度达到硫化初始温度后，开始供气，供气压力在0.7?1.0Mpa。
[0020](e)、启动按钮，长度计数复位，进入正常生产状态，灯亮时开始计米。当合格电缆从下密封出来后，立即取样，检测电缆结构尺寸和热延伸，待检验合格后，进入正常生产状
??τ O
[0021](B)、停车步骤:
(a)、当生产快到结束时，将线速度从生产状态变化到停车速度，硫化管温度进入硫化管结束加热温度，同时硫化管开始冷却，当温度到达240?270 °C，硫化管冷却进入停止状态。在这期间，电缆在硫化管中继续硫化，根据情况确定合格电缆位置并做好标记。
[0022](b)、当硫化管温度小于70°C后，硫化管自动排气，管内压力降为“O”。
[0023](c)、打开伸缩管和连锁装置。
[0024](d)、将带有引导线的电缆走出管路，并在做有标记的合格电缆末端取样检验。
[0025](e)、停止供料，关闭挤出机，将机头和挤出机分离，并及时将机头和螺杆螺膛清理干净。
[0026](f)、全线停车后，停气。
[0027]五、制作铜带屏蔽层5，铜带缠绕方向为左向，铜带宽度为20mm?50mm，铜带平均搭盖率不小于15%，最小搭盖率不小于5%。
[0028]六、制作绕包层6成缆:成缆模具大于成缆外径0.5mm?2mm，成缆节距为30?50倍的成缆外径;绝缘线芯应按顺时针方向排列;包带重叠(间隙)宽度应控制在包带宽度的15?30%之间。
[0029]七、挤出外护套层7，外护套层7在挤塑机上进行，挤塑机机身加热段分为六段，第一段至第六段的工作温度分别为145 °C、155 °C、155 °C、165 °C、165 °C、175 °C，机头法兰温度为175°C，机头温度为165°C，上述各温度偏差10°C。挤出前将外护套层料直接在70?80°C温度下干燥不小于4小时，熔融态经I?2层40目过滤网过滤，驱动电机转速100rpm，挤出量260kg/h，得到外护套层7，外护套层7的平均厚度不小于GB/T12706标准规定的标称值，最薄点厚度不小于标称值的80%。
[0030]本发明通过利用集肤效应及纳米石墨烯的高导电率，在导体外静电涂覆纳米石墨烯层，电缆导体截面可减少15?30%，载流量可提高5%，大大降低了生产成本，提高了传导性能，并且电缆重量减轻，易于安装，同时采用全干法交联技术生产，降低了水树的产生率，提高了产品质量。
【主权项】
1.纳米石墨烯中压电力电缆，包括导体(1)、内屏蔽层(2)、绝缘层(3)、外屏蔽层(4)、铜带屏蔽层(5)、绕包层(6)和外护套层(7);其特征在于:所述导体(I)的外壁上设有纳米石墨稀层(8)，在纳米石墨稀层(8)的外侧由内向外依次包覆有内屏蔽层(2)、绝缘层(3)和外屏蔽层(4)，成为一组绝缘线芯;绝缘线芯外缠绕铜带屏蔽层(5)形成屏蔽线芯;三组屏蔽线芯的外侧包覆有绕包层(6)，绕包层(6)外侧包覆有外护套层(7)。2.根据权利要求1所述的纳米石墨烯中压电力电缆，其特征在于:所述的纳米石墨烯层(8)采用静电粉末喷涂在导体(I)外壁上，纳米石墨稀层(2)的厚度为5?30μηι。3.纳米石墨烯中压电力电缆的制造方法，包括拉丝、绞制导体、三层共挤、铜带屏蔽、成缆和挤出外护套层的步骤，其特征在于:它包括以下步骤制成: 一、拉丝:采用符合GB/T3952或GB/T3954标准的铜/铝杆按现有技术拉制成直径Φ1.5?Φ 4mm的单丝； 二、绞制导体(1)，将多根单丝在框绞机上紧压绞制，得到绞合的导体(I)，导体(I)最外层节距为导体(I)直径的13?15倍，次外层节距为导体(I)直径的17?19倍，内层节距为导体(I)直径的19?22倍； 三、静电涂覆纳米石墨烯层(8):采用高压静电发生器将石墨烯粉末在压缩空气作用下雾化得细而均匀，凭借高压电场的作用均匀地吸附于导体(I)表面;高压发生器工作时，将喷枪高压调整到4?50KV即可使石墨烯良好吸附；生产前，供粉桶内装入石墨烯粉末，达供粉桶容积的三分之二，调整沸腾气压在0.05?0.08Mpa，调整供粉气压0.08?0.12Mpa，使供粉量在80?150g/min之间；生产时，导体(I)穿过喷室，喷粉枪喷头与导体(I)的距离应保持在100?180mm之间； 四、采用全干法交联设备进行三层共挤: (A)、起车及生产步骤: (a)、挤出机和机头加热，温度控制如下:内屏蔽层挤出机的一区温度为85°C±10°C，二区温度为110 °C ± 1 °C，三区温度为116 °C ± 1 °C，四区温度为118 °C ± 1 °C，法兰温度为.118°C 土 10°C，导胶管温度为112°C 土 10°C，模具温度为118°C 土 10°C ;绝缘层挤出机的一区温度为105°C±10°C，二区温度为112°C±10°C，三区温度为116°C±10°C，四区温度为116°C±10°C，五区温度为118°C ±10°C，六区温度为118°C 土 10°C，法兰温度为118°C 土 10°C，导胶管温度为118 °C ± 1 °C，模具温度为118 °C ± 1 °C ;外屏蔽层挤出机的一区温度为78 °C ± 1 °C，二区温度为88°C ± 10°C，三区温度为96°C ± 10°C，四区温度为96°C 土 10°C，五区温度为95°C 土.10°C，法兰温度为96°C ±10°C，导胶管温度为95°C ±10°C，模具温度为118°C ± 10°C ；. 启动挤出机开始工作，先调节内屏蔽层挤出机速度，使内屏蔽层(2)先挤出在导体(I)外侧的纳米石墨烯层(8)上，待内屏蔽层(2)、绝缘层(3)和外屏蔽层(4)均匀挤出后，校正机头中七、； (b)、张力调节:通过下牵引调节； (c)、关闭下密封及上密封、收缩管，启动硫化管加热至280?450°C; (d)、待到硫化管温度达到硫化初始温度后，开始供气，供气压力在0.7?1.0Mpa; (e)、长度计数复位，进入正常生产状态，灯亮时开始计米；当合格电缆从下密封出来后，立即取样，检测电缆结构尺寸和热延伸，待检验合格后，进入正常生产状态； (B)、停车步骤: (a)、当生产快到结束时，将线速度从生产状态变化到停车速度，硫化管温度进入硫化管结束加热温度，同时硫化管开始冷却，当温度到达240?270 °C，硫化管冷却进入停止状态;在这期间，电缆在硫化管中继续硫化，根据情况确定合格电缆位置并做好标记； (b)、当硫化管温度小于70V后，硫化管自动排气； (C)、打开伸缩管和连锁装置； (d)、将带有引导线的电缆走出管路，并在做有标记的合格电缆末端取样检验； (e)、停止供料，关闭挤出机，将机头和挤出机分离，并及时将机头和螺杆螺膛清理干净； (f)、全线停车后，停气； 五、制作铜带屏蔽层(5)，铜带缠绕方向为左向，铜带宽度为20mm?50mm，铜带平均搭盖率不小于15%，最小搭盖率不小于5% ； 六、制作绕包层(6)成缆:成缆模具大于成缆外径0.5mm?2mm，成缆节距为成缆外径的.30?50倍；绝缘线芯应按顺时针方向排列；包带重叠宽度应控制在包带宽度的15?30%之间； 七、挤出外护套层(7)，外护套层(7)在挤塑机上进行，挤塑机机身加热段分为六段，第一段至第六段的工作温度分别为 145 °C ± 1 °C、155 °C ± 1 °C、155 °C ± 1 °C、165 °C ± 1 °C、.165 °C ± 10 °C、175 °C ± 10 °C，机头法兰温度为175 °C ± 10 °C，机头温度为 165 °C ± 10 °C ;挤出前将外护套层料直接在70?80°C温度下干燥不小于4小时，熔融态经I?2层40目过滤网过滤，挤出量260kg/h，得到外护套层(7)，最终得到纳米石墨烯中压电力电缆。
【文档编号】H01B7/18GK105957629SQ201610547987
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】商传红, 王柏松, 臧化文, 许彬, 崔东元, 郇文刚, 王伟
【申请人】山东科虹线缆科技股份有限公司