阅读说明：本技术 60年寿命抗辐射耐火通信电缆及其制备方法 (Anti-radiation fire-resistant communication cable with 60-year service life and preparation method thereof ) 是由 韩志东 顾申杰 魏林强 陆佩芳 王彩生 景弋 何健 陈航 徐成 沈建宇 冯胜 于 2019-03-04 设计创作，主要内容包括：60年寿命抗辐射耐火通信电缆及其制备方法,属于电缆制备技术领域；本发明公开了60年寿命抗辐射耐火通信电缆及其制备方法是由导体、绝缘、星绞、绕包层、定型层、成缆、隔火填充层、外护套构成；成品电缆具有外径小、重量轻,能经受火焰温度850℃,持续供火时间180min的个试验要求。(A60-year-life radiation-resistant and fire-resistant communication cable and a preparation method thereof belong to the technical field of cable preparation; the invention discloses a 60-year-life anti-radiation fire-resistant communication cable and a preparation method thereof, wherein the communication cable is composed of a conductor, insulation, star stranding, a wrapping layer, a shaping layer, a cabling layer, a fire insulation filling layer and an outer sheath; the finished cable has small outer diameter and light weight, and can withstand the test requirements of flame temperature of 850 ℃ and continuous fire supply time of 180 min.)

60年寿命抗辐射耐火通信电缆及其制备方法

技术领域

60年寿命抗辐射耐火通信电缆及其制备方法，属于电缆制备技术领域。

背景技术

60年寿命抗辐射电缆主要应用于核反应堆厂房、核辅助厂房、网控楼、轨道交通机房等，由于电缆使用的特殊环境，要求电缆需具有长寿命、耐辐射性、耐热性、防潮性等特点。60年寿命抗辐射耐火通信电缆不仅对电缆的阻燃性能和耐火性能等安全性能上要有较高的要求，还要求其在电缆燃烧的环境下保持信号的畅通和电气性能传输的稳定。

目前市场上耐火通信电缆通用结构形式：

“绕包型”耐火层+聚烯烃绝缘复合绝缘层。结构形式主要为“导体外绕包一层或多层加强型云母带或合成云母耐火带再挤包交联聚乙烯或中高密度的聚乙烯绝缘”，该类绕包结构绝缘存在以下缺陷：无论是一层或多层耐火带绕包都能致使绕包层有不服帖不均匀的情况发生，一是耐火包带绕包存在绕包带重叠的情况；二是耐火包带绕包存在绕包间隙的情况；三是即使绕包质量完美但绕包线只要有弯曲，包带间即会有间隙。因此绕包层的不均匀将导致绝缘层挤包不均匀，造成绝缘厚度有差异不均衡，导致电缆的阻抗、回波损耗等电气参数不合格。同时为保证电缆通过苛刻的耐火试验，必须绕包更多层的耐火包带，绝缘层因燃烧炭化而消失，致使电缆结构变化，导致电缆的阻抗、回波损耗等电气参数不合格，从而造成传输信号失真。

为了规避上述电缆结构可靠性差的缺陷，国内外厂家主要致力于开发耐火性能更高的云母带，以及优化绕包工艺，来解决电缆外径及绝缘厚度不均衡的问题并规避电缆耐火试验时的传输性能。

发明内容

本发明的目的是开发出新型60年寿命抗辐射耐火通信电缆。绝缘采用具有耐火性能的新型硅橡胶聚烯烃绝缘料，无绕包耐火层直接挤包在导体外，再进行对绞、成缆以及挤包内、外层护套，保持耐火时间期间的传输性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

60年寿命抗辐射耐火通信电缆是由导体、绝缘、星绞、绕包层、定型、成缆、隔火填充层、外护套构成；

其特征是绝缘采用耐火性能极优的新型硅胶聚烯烃进行挤包，最薄处厚度为0.15mm；

其特征是星绞采用不同颜色的四个绝缘单线按不同的节距绞合而成；

其特征是绕包是星绞组后绕包一层阻燃包带，防止挤包时烫伤；

其特征是定型层是绕包或挤包一层无卤低烟阻燃定型层，来保证耐火后星绞组的芯线固定位置；

其特征是成缆是采用适当的绞合节距，多对对绞线共同成缆，以稳定缆芯各线组的结构；

其特征是隔火填充层是采用隔热型低烟无卤阻燃聚烯烃材料，防止电缆燃烧产生的高温对线芯的影响；

其特征是外护套采用结壳型低烟无卤阻燃聚烯烃护套挤包而成。

为实现绝缘材料的挤出工艺采用了长径比为16：1的等距螺纹深度渐变的全螺纹螺杆挤出；模套采用无“承径”设计，模芯采用“超短嘴”设计减少内部“承径”，增加进线前导体定位装置尾，使导体定位更加稳定，挤出绝缘偏芯度好，从而实现耐火绝缘料的稳定挤出。

由于新型硅橡胶聚烯烃绝缘料配方的特点，常规挤塑机螺杆无法满足生产要求，容易产生出胶量不稳定或硫化不完全等问题，因此绝缘层的挤出是工艺实施的难点之一。我们主要从以下几方面进行了工艺验证及改进：

①螺杆设计，绝缘料不能在机身中的时间过长或过短，时间过长绝缘层容易有气泡，时间过短绝缘料硫化不充分。螺杆的三段必须合理，且有利于绝缘料的混合和熔融硫化。通过计算及验证，我们将螺杆的长径比从（20-30）:1降低到16:1。由于绝缘料的流动性略差，通过减少螺杆螺棱的宽度，减少螺杆旋转时产生的摩擦阻力，加快绝缘的挤出速度。通常螺杆的设计为等深不等距或等距不等深突变型的螺杆，而为了达到加快挤出速度并保持挤出压力的稳定的目的，我们采取了端部螺纹较深而根部螺纹较浅的等距而螺纹深度渐变的全螺纹螺杆。

②挤出模具，挤出压力仅仅依靠螺杆的改进是不够的，还要对挤出模具进行改进，以下为改进前后的模具剖面图：a.模芯，耐火绝缘材料对温度极其敏感，我们适当减短了模芯的内部“承径”和外部“承径”，使材料流道顺畅，很好地避免内绝缘层挤出时导体对挤出模具“热平衡”的破坏，从而切实保证了挤出层温控的高精度；增加尾部定位装置，提高电缆调整偏心的稳定性；b.模套，由于耐火绝缘材料材料的流动性较差，其对模具的要求很高，采用常规的挤出方式，如挤管式、挤压式或半挤管式均易出现出料不稳的现象，严重地将导致无法正常挤出，我们补“挤管式”料流在模口处压力不稳的不足、补“挤压式”料流在模套“承径”处易受到阻力的缺陷，取消了“挤管式”的模芯嘴及“挤压式”的模套承径，从而保证内绝缘层挤出时料流更顺畅、塑化更完美。

该电缆结构与现有产品相比具有以下特性：外径小，由于电缆结构设计时减少了单独的耐火层即绕包耐火带工序，用具有耐火特性的新型硅橡胶聚烯烃绝缘直接挤包在导体上，降低了单根绝缘的外径，从而降低了对绞、成缆直至成品电缆的外径，故成品电缆的外径较小；重量轻，由于硅橡胶聚烯烃绝缘比重小（硅橡胶的比重约为1.1g/cm³，其他总体密度为耐火绕包层组合绝缘综合密度85%左右），加之减少绕包工序后外径变小，成品电缆的重量满足电缆敷设的“减重”要求；耐火焰燃烧性能，由于绝缘均为耐火材料，电缆具备在火焰燃烧情况下能够保持一定时间安全运行能力并保持相当的传输性能。（能经受火焰温度850℃，持续供火时间180min，整个试验期间，试样应承受产品规定的额定电压值，不击穿并特性阻抗、衰减保持不低于50%）；长寿命，绝缘和护套能承经受60年电厂寿命期内65℃持续热老化作用下，其物理和电气特性不发生任何明显的改变，能够承受60年正常工况辐照累积剂累(300×10⁵GY) ，其物理和电气特性不发生任何明显的改变；阻燃性，新型硅橡胶聚烯烃绝缘和低烟无卤阻燃隔氧层具有优异的自熄性，不仅阻燃效果良好，并在火焰的直接烘烤下也仅会碳化，但结壳不剥离，对内层结构起到保护作用。

产品制备方法创新点主要表现在：采用特制新型硅橡胶聚烯烃绝缘替代耐火带绕包加挤包绝缘结构，降低了电缆的外径和重量，通信传输性能稳定；采用新型硅橡胶聚烯烃绝缘料能经受火焰温度850℃，持续供火时间180min，整个试验期间，试样应承受产品规定的额定电压值90V，不击穿，且绝缘外形无变化，电气传输性能不降低；采用新型硅橡胶聚烯烃绝缘和低烟无卤阻燃辐照聚烯烃护套提高绝缘和护套的热老化寿命和辐照寿命，将普通核电电缆40年寿命提高到60年；采用特别设计的小长径比螺杆和等距而螺纹深度渐变的全螺纹螺杆来保证绝缘料的挤出良好机械性能；模套采用无“承径”工艺设计，模芯采用“超短嘴”工艺设计减少内部“承径”，增加进线前导体定位装置尾，使导体定位更加稳定，挤出绝缘偏芯度好，从而实现耐火绝缘料的稳定挤出。

附图说明

图1 为60年寿命抗辐射耐火通信电缆

1- 铜导体 2-耐火硅胶聚烯烃绝缘 3-绕包层 4-无卤挤包定型层5-隔火填充层 6-无卤低烟辐照交联聚烯烃护套料。

图2为挤出模具改进前后对比图。

具体实施方式

①导体：根据电缆的耐高温及耐环境性能要求，导体采用镀锡软铜绞线。

②绝缘：采用耐火性能极优的新型硅胶聚烯烃进行挤包，最薄处厚度为0.15mm。

① 星绞：星绞采用不同颜色的四个绝缘单线按不同的节距绞合而成，从而保证不同频率的线组的电气性能，满足电缆的电气传输性能要求。

④绕包：星绞组后绕包一层阻燃包带，防止挤包时烫伤。

⑤定型层：绕包或挤包一层无卤低烟阻燃定型层，来保证耐火后星绞组的芯线固定位置。

⑥成缆：采用适当的绞合节距，多对对绞线共同成缆，以稳定缆芯各线组的结构，有利于提高电缆的串音指标和抗干扰性能。

⑦隔火填充层：采用隔热型低烟无卤阻燃聚烯烃材料，防止电缆燃烧产生的高温对线芯的影响。

⑧外护套：外护套均采用结壳型低烟无卤阻燃聚烯烃护套挤包，该材料具有低烟、低毒的特性，在电缆燃烧时护套结壳不剥离，有效的保护线芯，防止火焰继续燃烧。