阅读说明：本技术 核电站用同轴电缆的制备方法 (Preparation method of coaxial cable for nuclear power station ) 是由 张立刚 顾申杰 张大伟 朱洁 陆佩芳 夏同方 刘成伟 徐冬苓 卢燕芸 王思聪 杨 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种核电站用同轴电缆的制备方法,包括以下步骤：中心导体在牵引机构的牵引下依次穿过第一挤出模具和第二挤出模具,第一挤出模具将绝缘材料挤出后结合在中心导体的表面以形成第一绝缘层,第二挤出模具将绝缘材料挤出并与第一绝缘层结合后共同形成同轴电缆的绝缘层,在第一挤出模具和第二挤出模具之间设置对第一绝缘层进行冷却的冷却装置；将外导体以编织的方式包裹在绝缘层上；将低烟无卤阻燃带以绕包的方式包裹在外导体上；在低烟无卤阻燃带的外表面上通过挤塑方式以形成外护套。本发明的方法具有使绝缘较厚的同轴电缆保持较高同心度的优点。(The invention discloses a preparation method of a coaxial cable for a nuclear power station, which comprises the following steps: the central conductor sequentially passes through a first extrusion die and a second extrusion die under the traction of a traction mechanism, the first extrusion die extrudes an insulating material and then combines the extruded insulating material with the surface of the central conductor to form a first insulating layer, the second extrusion die extrudes the insulating material and combines the extruded insulating material with the first insulating layer to form an insulating layer of the coaxial cable together, and a cooling device for cooling the first insulating layer is arranged between the first extrusion die and the second extrusion die; wrapping the outer conductor on the insulating layer in a weaving mode; wrapping the low-smoke halogen-free flame-retardant belt on the outer conductor in a wrapping manner; and forming an outer sheath on the outer surface of the low-smoke halogen-free flame-retardant belt by an extrusion molding mode. The method of the invention has the advantage of keeping the coaxial cable with thicker insulation at higher concentricity.)

核电站用同轴电缆的制备方法

技术领域

本发明涉及电缆制造技术领域，具体涉及一种核电站用同轴电缆的制备方法。

背景技术

同轴电缆现今常用于传输RF(射频)信号，例如有线电视信号和便携式电话信号，同轴电缆可分为两种基本类型：基带同轴电缆和宽带同轴电缆，这些同轴电缆在不同的场所使用，例如，对有线电视电缆进行模拟信号传输的电缆通常叫有线电视同轴电缆，在核电站中对信号进行传输的电缆通常叫核电站用同轴电缆。对于核电站用同轴电缆而言，基于其使用的环境而言，对其限定的指标要求会更高，这些指标通常有耐温等级、防辐射等级、阻燃等级、90度的长期工作温度下60年使用寿命等均会高于其他场所同轴电缆的要求。

核电站用同轴电缆为圆柱结构，通常的核电站用同轴电缆由外至内依次为外护套、隔离带、内衬层、外导体、绝缘层以及中心导体。核电站用同轴电缆的绝缘材料采用交联聚乙烯绝缘，由于核电站的特殊要求，同轴电缆的绝缘层厚度相对较厚，并且对电缆传输要求和安装要求较高。现有标准和目前市场上通用的同轴电缆都不能满足核电站同轴电缆的要求。

在制备过程中，绝缘层通常是以挤塑的方式包裹在中心导体上，然而，由于绝缘层相对于厚度较大并且同心度要求较高电缆，在挤出时，通过高温挤塑成型的绝缘层由于是软化的状态，在重力的作用下，绝缘层极易形成偏心(即沿挤塑周向，绝缘层挤塑完成并在移动过程的重力作用下导致中心导体上部绝缘层的厚度小于下部绝缘层的厚度)，将导致同轴电缆的工作电容、阻抗、抗衰减等参数无法满足标准要求，尤其在高频状态下，传输性能更差。因此，常规挤塑工艺已无法满足工业飞速发展的今天相关设备和客户要求。

另外，如图1所示，现有绝缘层的挤出模具包括，模套1、模芯2，模套1的内孔由锥孔1a和直孔1b组成，模芯2的至少一部分位于模套2的锥孔1a中，在模套1与模芯2之间形成供绝缘材料A流动的通道3，模芯2位于模套1锥孔1b中的部分的外周面为锥面，锥孔1a的内表面与模芯2外周面之间形成夹角α，现有技术中该夹角α为6°。

对于上述结构的挤出模具，由于锥孔1a的内表面与模芯2外周面之间形成夹角α对于绝缘材料A的压作会产生影响，例如，由于夹角α过大，从螺杆挤出机流出的绝缘材料A进入到通道3中之后，容易造成绝缘材料A堆积在通过模芯2的中心导体B上，这样，压力实际上是作用在中心导体B上，导致在挤出绝缘层时极易出现偏心的问题，从而造成同轴电缆的阻抗、衰减等参数无法满足要求。

因此，如何避免或降低同轴电缆的绝缘层在挤出过程中出现偏心，是当前同轴电缆制备工艺过程中所面临的问题。

发明内容

本发明提供一种绝缘较厚的同轴电缆保持较高同心度的核电站用同轴电缆的制备方法。

核电站用同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：

中心导体在牵引机构的牵引下依次穿过第一挤出模具和第二挤出模具，第一挤出模具将绝缘材料挤出后结合在中心导体的表面以形成第一绝缘层，第二挤出模具将绝缘材料挤出并与第一绝缘层结合后共同形成同轴电缆的绝缘层，在第一挤出模具和第二挤出模具之间设置对第一绝缘层进行冷却的冷却装置；

将外导体以编织的方式包裹在绝缘层上；

将低烟无卤阻燃带以绕包的方式包裹在外导体上；

在低烟无卤阻燃带的外表面上通过挤塑方式以形成外护套。

进一步地，若绝缘层的总的厚度小于或等于2mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的45—65％，牵引机构的牵引线速度小于等于80m/min。

进一步地，若绝缘层的总的厚度大于2mm，则第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的35—50％，牵引机构的牵引线速度小于等于40m/min。

进一步地，第一挤出模具和第二挤出模具均包括：

模套，模套的内孔由锥孔和直孔组成；

模芯，模芯的至少一部分位于模套的内孔中，在模套与模芯之间形成供绝缘材料流动的通道，在模芯的外周面上设有用于降低绝缘材料作用在中心导体上压力的缓冲限流部件，缓冲限流部件的一部分位于模套的锥孔内，缓冲限流部件的另一部分位于模套的直孔内；

该缓冲限流部件包括：

位于模套锥孔内的缓冲部，缓冲部面向模套锥孔的第一外表面为平行于模芯轴向的平面；

位于模套锥孔内的限流部，限流部面向模套锥孔的第二外表面为与模芯轴向形成夹角的锥面，且该第二表面与模套锥孔的内表面不平行；

位于模套直孔中的模芯承径部分，该模芯承径部分呈圆筒状。

更进一步地，所述第二外表面与模套锥孔的内表面之间的夹角为3—4°。

本发明的优点为：本发明提供了一种解决同轴电缆同心度和不圆整问题的技术手段，尤其是绝缘较厚同轴电缆。本发明案将绝缘较厚的绝缘层分两次挤出，由于每一次挤出的绝缘层的重量减小，从而使重力对绝缘层的影响获得了降低，降低了绝缘层的偏心度；并且通过改进模芯，使模芯与模套之间角度减小，使绝缘料压力减小防止压力过大影响偏心；将绝缘分两次挤出，使绝缘由熔融态转化为固态时间缩短，提高了绝缘材料固态程度，大大降低了绝缘层的偏心度。因此，本发明的方法有助于使挤出的绝缘层保持均匀的优点，进而提高了同轴电缆绝缘的同心度，使同轴电缆的工作电容、阻抗、抗衰减等传输参数得到有效提高，部分传输参数指标优异，不但提高产品合格率，降低了成本，而且填补了部分高要求市场，满足部分苛刻要求，使产品提高了一个台阶，传输的图像更清楚，音质更好。

附图说明

图1为现有技术中的挤出模具的剖面图；

图2为中心导体挤出绝缘层时的示意图；

图3为本发明中的第一挤出模具和第二挤出模具的剖面图；

图4为使用网络分析仪对同轴电缆特性阻抗的测量图；

附图中的标记：

1为模套，1a为锥孔，1b为直孔，2为模芯，3为通道，4为缓冲部，4a为第一外表面，5为限流部，5a为第二表面，6为模芯承径部分；

A为绝缘材料；

B为中心导体；

α为夹角。

具体实施方式

实施例1：

核电站用同轴电缆的制备方法，如图2，包括以下步骤：

步骤1，中心导体B在牵引机构的牵引下依次穿过第一挤出模具和第二挤出模具，第一挤出模具将绝缘材料A挤出后结合在中心导体的表面以形成第一绝缘层，第二挤出模具将绝缘材料挤出并与第一绝缘层结合后共同形成同轴电缆的绝缘层，在第一挤出模具和第二挤出模具之间设置对第一绝缘层进行冷却的冷却装置。冷却装置为风冷装置或水冷装置。

本实施例中，绝缘层的总的厚度为2mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的45％，牵引机构的牵引线速度为80m/min。

步骤2，将外导体以编织的方式包裹在绝缘层上；

步骤3，将低烟无卤阻燃带以绕包的方式包裹在外导体上；

步骤4，在低烟无卤阻燃带的外表面上通过挤塑方式以形成外护套。

如图2，第一挤出模具和第二挤出模具均包括模套1、模芯2，模套1的内孔由锥孔1a和直孔1b组成；模芯2的至少一部分位于模套1的内孔中，在模套1与模芯2之间形成供绝缘材料流动的通道3。本实施例中，在模芯2的外周面上设有用于降低绝缘材料作用在中心导体上压力的缓冲限流部件，缓冲限流部件的一部分位于模套的锥孔内，缓冲限流部件的另一部分位于模套的直孔内。

如图3，缓冲限流部件包括：位于模套1锥孔1a内的缓冲部4、位于模套1锥孔1a内的限流部5、位于模套1直孔1b中的模芯承径部分6，缓冲部4面向模套1锥孔1a的第一外表面4a为平行于模芯2轴向的平面，限流部5面向模套1锥孔1a的第二外表面5a为与模芯2轴向形成夹角α的锥面，且该第二表面5a与模套1锥孔1a的内表面不平行，所述模芯承径部分6呈圆筒状。本实施例中，第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.5°。

绝缘材料A进入到通道3中时，一部分绝缘材料A受到缓冲部4的阻碍作用，从而缓冲部4使进入到通道3内的绝缘材料的速度获得降低，同时对绝缘材料形成了缓存的作用，这样就避免了绝缘材料在通道3内因流速过快而堆积到中心导体B上，进而避免了绝缘材料因压力过大而在挤出时导致的偏心问题。在设置限流部5之后，限流部5一方而使得模套1与模芯2之间的空间减小，并使限流部5与模套1之间的夹角减小(比常规的挤出模具中的模套1与模芯2之间的夹角要小)，以在进一步地限制绝缘材料的流速的情况下，使绝缘材料的压力和阻力减，从而使偏心越容易控制。，

绝缘材料采用交联聚乙烯(XLPE)，交联聚乙烯包括：聚合物基材、复合抗氧剂、抗辐照剂、交联敏化剂，重量份数为：

聚合物基材：100份；

复合抗氧剂：1份；

抗辐照剂：3.5份；

交联敏化剂：3份。

所述聚合物基材包括:低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物，重量份数为：

低密度聚乙烯：55份；

超低密度聚乙烯：20份；

乙烯-辛烯共聚物：25份。

所述的超低密度聚乙烯为陶氏化学的VLDPE-DFDB-6005NT(电缆料级)。

所述的复合抗氧剂包括主抗氧剂、辅助抗氧剂和紫外线吸收剂，重量份数为：

主抗氧剂：0.4份；

辅助抗氧剂：0.5份；

紫外线吸收剂：0.1份。

所述的主抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1010、β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯300、N，N’-双[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼1024。所述的辅助抗氧剂包括硫酯类抗氧剂硫代二丙酸双十二烷酯DLTP。所述的紫外线吸收剂包括2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***。

所述的抗辐照剂包括抗辐照剂A和抗辐照剂B，其中抗辐照剂A为高苯基硅橡胶；抗辐照剂B为碳化硼。所述的抗辐照剂A高苯基硅橡胶重量份数为2.5份；所述的抗辐照剂B碳化硼重量份数为1份。

所述交联敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和/或三烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)。

交联聚乙烯(XLPE)原料的制备方法，将聚合物基材、复合抗氧剂、抗辐照剂及交联敏化剂放入高速捏合机中混合，混合好材料放入封闭料仓中真空吸入挤出机料仓中，在140℃加工温度范围内水冷拉条挤出造粒，所造的颗粒用于挤出工艺中形成核电站用同轴的绝缘层。

本发明电缆绝缘采用交联聚乙烯，经过交联改性的聚乙烯可使其性能得到大幅度的改善，不仅显著提高了聚乙烯的耐热性能、机械性能、耐环境应力开裂性能、耐化学药品腐蚀性能、抗蠕变性和电性能等综合性能，而且非常明显地提高了耐温等级，可使聚乙烯的耐热温度从70℃提高到90-125℃以上，从而拓宽了电缆的应用领域，使用寿命。

本实施例的第一挤出模具和第二挤出模具中，在模套1的内表面以上模芯2的外表面设置有特氟龙涂层，特氟龙涂层可增大模具光滑度，减小绝缘材料在挤出时所受的阻力。

在本实施例中，在第一挤出模具的上游安装有第一调偏装置，在第二挤出模具的上游安装有第二调偏装置，通过第一调偏装置和第二调偏装置，

首先将待挤出中心导体B穿过第一调偏装置和第二调偏装置(调偏装置采用本申请人在先申请：CN110797151A中公开的结构)，第一调偏装置和第二调偏装置，第一调偏装置和第二调偏装置由调偏头和多个调偏螺钉组成，调偏头上设有供中心导体B穿过的通孔，调偏头上还设有多个径向的螺孔，调偏螺钉与螺孔螺纹连接，调节时，中心导体B穿过通孔，通过调偏螺钉对中心导体B进行上下左右调节，直到符合要求。

调整中心导体B进入挤出模具的角度和高度，来调整偏心度避免中心导体B偏心，保证了产品的质量，并且提高效率。在中心导体B上正常挤出绝缘，通过测量偏心度观察绝缘层的厚度是否均匀，如绝缘层出现偏心现象，调节调第一调偏装置和第二调偏装置上的调偏螺丝，并且根据导体外径选择合理导体入线口尺寸大小，调整导***置，从而解决绝缘偏心现象，并且调偏螺丝上标注刻度尺，能更精确的确定调整数值，方便工艺定型。

通过上述实验和检测可以看出，本发明采用交联聚乙烯使电缆工作温度提升到90℃-125℃，采用本发明的制备方法获得的同轴电缆在特性阻抗、工作电容、衰减等性能方面均符合国家标准。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为2.5mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的43％，牵引机构的牵引线速度为75m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.4°。

实施例3：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为3mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的41％，牵引机构的牵引线速度为65m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.3°。

实施例4：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为4mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的39％，牵引机构的牵引线速度为40m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.3°。

实施例5：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为5mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的37％，牵引机构的牵引线速度为38m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.2°。

实施例6：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为6mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的36％，牵引机构的牵引线速度为38m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.2°。

实施例7：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为8mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的35％，牵引机构的牵引线速度为37m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3.1°。

实施例8：

本实施例与实施例1不同之处为：

绝缘层的总的厚度为10mm，第一挤出模具挤出的第一层绝缘层的厚度为总厚度的35％，牵引机构的牵引线速度为37m/min。第二外表面5a与模套1锥孔1a的内表面之间的夹角α为3°。

将上述方法制得的同轴电缆进行检测，依照GB/T2951.12-2008试验方法进行绝缘老化试验，常规聚乙烯绝缘工作温度为70℃，其老化试验环境温度也仅为100℃，本发明同轴电缆绝缘采用交联聚乙烯，其老化试验条件为135℃。同轴电缆标准中要求的聚乙烯绝缘无法通过200℃热延伸试验，本发明绝缘可以通过200℃热延伸试验。不仅扩宽了电缆使用范围，并且各项电气传输性能也符合标准要求，具体数据如下表：

电气传输特性检测

另外，通过使用网络分析仪对同轴电缆特性阻抗进行测量，如图4所示，测量频率段由5MHz-200MHz区间，其特性阻抗波动范围在72-78Ω，在200MHz时，特性阻抗测量值为74.571Ω，平均特性阻抗为75.292Ω，传输性能优良，符合同轴电缆标准要求。