环保型纳米复合高聚物电力电缆的研制

赵泽伟

摘 要：本文主要介绍了环保型纳米复合高聚物电力电缆的结构设计、材料、关键技术，以及产品的制造工艺和性能。

关键词：环保；纳米；电缆；结构；材料；性能

中图分类号：TB33 文献标志码：A

0 引言

工业化带来的环境破坏是当今各国面临的主要难题之一，电线电缆领域同样也存在这样的困境，如何有效解决这一难题是每一个有社会良知的企业正在认真思考的课题。

目前，国内环保型电缆从产品执行标准到产品生产规范都处于初级状态，远远跟不上国民经济的发展速度以及居民用电安全环保性能的要求，市场上销售的电缆有低烟无卤电力电缆、防蚁或防鼠电力电缆、防水电力电缆、阻燃电力电缆、耐火电力电缆及阻燃耐火电力电缆等，这些电缆主要的安全性能单调，不能适应两项及以上的安全性能需要；轻轨地铁、核工业、空港、车站、海上平台、医院、写字楼等人员比较集中的公共场合以及工矿企业的重要区域要求电缆具有高环保性能和高强度性能，同时这些区域也是白蚁或老鼠肆虐的场所，要求电缆有防蚁鼠性能，人员集中的场所还要求当发生火灾时电缆能保证运行一段时间，保证人员有足够时间逃生，上述场所的电缆通道内或多或少有水或水汽存在，要求电缆有良好的阻水性能和高强度性能，所以说应用于上述场所的具有单一安全性能的电缆不能保证安全运行。

1 产品设计

1.1技术资料调研。主要调研客户对环保型纳米复合高聚物电力电缆在性能、可靠性、安装、使用和维护等方面的需求，为产品开发打下基础。全面调研国内外环保型纳米复合高聚物电力电缆在技术方面的最新成果，剖析国内外相关产品的技术水平，掌握最新电缆技术。

1.2产品的结构设计研发。环保型纳米复合高聚物电力电缆，是由多根绝缘线芯绞合形成缆芯，在缆芯间隙设置有填充层，所述绝缘线芯自内而外由导体、云母绕包耐火层及绝缘层构成，所述绝缘层采用聚乙烯蒙脱土纳米复合材料制成，在所述缆芯及填充层外依次包覆有阻水聚酯带、无卤玻纤带及护套层。

绝缘材料采用聚乙烯蒙脱土纳米复合高聚物制成，该材料不但具有聚乙烯优越的电性能，而且与普通聚乙烯相比，其机械性能得到大大的提高，尤其抗拉强度为普通聚乙烯的几倍，另外该材料的耐环境应力性能也有很大的提高，普通的聚乙烯材料耐环境应力性能比较差，在使用过程中容易出现绝缘开裂现象，但该新型材料的耐环境应力性能得到很大的改善，避免了电缆在使用过程中出现绝缘开裂的现象，大大的提高了电缆的使用寿命；填充层和其外层采用阻水聚酯纱和聚酯带，吸水容量超過50mL/g，有效防止水分浸入；护套层采用环保型低烟无卤防蚁鼠聚烯烃材料，该材料采用从多种天然植物中提取的防鼠防蚁驱避剂，经多次复合后添加到电缆护套材料中，使电缆外护套含有一种特殊异味，鼠蚁类动物接触电缆后因其嗅觉受到刺激而厌弃接触，同时还会向群体发出不可接触的信息而产生群体效应，从而达到保护电缆不受鼠蚁破坏的目的。环保型纳米复合高聚物电力电缆结构图如图1所示。

2 试验材料与研究方法

2.1 导体。电缆用铜芯导体，导体应符合GB/T3956-2008标准规定。导体绞合过程中，节距均匀。最外层绞合节距最大不超过18倍，采用紧压导体，通过紧压后，使线芯的填充系数增大，导线占用的面积减小，从而可节约绝缘和护套材料。

2.2耐火层。导体外绕包两层耐火云母带，采用重叠绕包的形式，搭盖率可达到15%，

2.3绝缘。绝缘材料应采用聚乙烯纳米复合高聚物材料；该材料具有优良的无卤低烟性能，低烟性：电缆燃烧时烟气透光率≥60%，无卤性能：电缆燃烧时释出气体的pH值≥4.3，而国内环保电缆的透光率≥30%，pH值≥2.5，该电缆不含有卤素，不产生有害气体及腐蚀性气体，不含铅等重金属，不含环境激素，不污染土壤，对环境又好。绝缘材料加入纳米复合高聚物材料体积电阻率为1.0×1014，抗张强度为14N/mm2。耐寒温度达到-40℃。

3 成缆、绕包

对于两芯以上的电缆采用线芯绞合，绞合方向为右向。为提高电缆的阻燃性能、防水性能，缆芯中央和外围间隙采用阻水聚酯纱填充，吸水容量超过50mL/g。增加电缆的阻水性能，使缆芯保持圆整性。

缆芯外依次绕包阻水聚酯带和无卤玻纤带。重叠搭盖率不小于带宽的20%。

4 外护套

外护套选用环保型无卤低烟阻燃防蚁鼠聚烯烃护套料挤包，该护套材料在其防护体系中加入了环保型防鼠蚁添加剂，该添加剂具有辛辣刺激作用，当该护套被啃咬后能够产生对鼠蚁强烈的刺激作用，从而起到驱鼠作用，能够有效地起到防鼠蚁啃咬。由于鼠、蚁动物自身有较强的信息传递功能，如果有鼠、蚁接触该产品，它会向群体发出传递此物不能接触的信息，使接收到信息的整个群体不去啃咬蛀蚀电缆。同时该添加剂能够永久性的存在于护套料中，能够长久的起到防鼠蚁作用，对周围环境也无有害影响。在无卤低烟性能方面：电缆燃烧时释出气体的pH值≥4.3，而国内环保电缆pH值≥2.5，电缆燃烧时烟气透光率≥60%，而国内环保电缆的透光率≥30%。该电缆不含有卤素，不产生有害气体及腐蚀性气体，不含铅等重金属，不含环境激素，不污染土壤，对环境又好。

5 产品主要技术性能

5.1 延长电缆使用寿命。该电缆绝缘采用聚乙烯纳米复合高聚物材料增加机械强度和绝缘性能。延长电缆使用寿命。

5.2 高效环保。绝缘和护套采用聚烯烃基材燃烧时低烟不含卤酸物质，整个电缆都是采用无卤环保性材料制作，使电缆具有优良的环保性能，电缆燃烧时烟气透光率≥80%，电缆燃烧时释出气体的pH值≥5.0，而国内环保电缆的透光率≥30%，pH值≥2.5。该电缆所有非金属材料均不含卤素，无有害腐蚀性气体，不污染土壤，对人体无毒，对环境无害。

5.3 防水性能好。成缆加入阻水聚酯纱填充，吸水容量超过50mL/g和阻水带。水分子很难向电缆内部渗透，进而形成了一道优良的防水屏障，使电缆具有优良的防水性能，保证电缆的使用安全性。

3.4 绝缘性能。聚乙烯蒙脱土纳米复合高聚物材料最高温度体积电阻率为1.0×1014，而聚氯乙烯材料最高温度体积电阻率为1.0×1010。绝缘性能进一步提升。

5.5机械性能。聚氯乙烯抗张强度为12.5N/mm2， 聚乙烯蒙脱土纳米复合高聚物材料抗张强度为14N/mm2。机械性能进一步加强。

5.6耐低温度性能。在耐低温方聚氯乙烯材料为-15℃，聚乙烯蒙脱土纳米复合高聚物材料为-40℃；提升低温使用范围。

5.7 出色的防蚁鼠性能。电缆护套材料中加入了环保型防鼠蚁添加剂，该添加剂具有辛辣刺激作用，当该护套被啃咬后能够产生对鼠蚁强烈的刺激作用，从而起到驱鼠作用，能够有效地起到防鼠蚁啃咬。由于鼠、蚁动物自身有较强的信息传递功能，如果有鼠、蚁接触该产品，它会向群体发出传递此物不能接触的信息，使接收到信息的整个群体不去啃咬蛀蚀电缆。同时该添加剂能够永久性的存在于护套料中，能够长久的起到防鼠蚁作用，对周围环境也无有害影响。

结语

该产品综合了国内科研方面的最新成果，针对特殊环境要求提供了一种新型环保电缆，新材料的引用，大大提高了电缆各项性能，有效延长电缆的使用寿命。该产品可应用于航天航空、船舰等重要军工装备等，同时也适用于核电站、石油平台、地铁车站、医院等人员较集中的公共设施设备，也在我国温带和亚热带多鼠蚁地区广泛使用。

参考文献

[1]王春江.电线电缆手册（第一册）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] GB/T3956—2008，电缆的导体[S].

[3]柯杨船.聚合物纳米复合材料[M].北京：科学出版社，2010.