阅读说明：本技术 一种高强度电磁屏蔽电缆 (High-strength electromagnetic shielding cable ) 是由 吴士杰 宋志斌 徐勤锋 席娇娜 张波 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高强度电磁屏蔽电缆,包括缆芯以及依次包覆于所述缆芯外侧的耐火层、隔离层、屏蔽层以及阻燃护套层；缆芯包括若干根铜导体,所述铜导体是由多根铜导线绞合形成的；耐火层为包绕于缆芯外侧的防火包带,隔离层为厚度为200～400μm的聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层；屏蔽层包括屏蔽内层和屏蔽外层,屏蔽内层为PVDF/镍粉复合涂层,屏蔽外层为芳纶/碳纤维复合编织层,且芳纶和碳纤维表面镀有金属屏蔽材料；阻燃护套层为低烟无卤外护套。本发明的高强度电磁屏蔽电缆,抗拉和抗压强度高,且具有很强的电磁屏蔽性能,能够在高温环境下、尤其是能在火灾中不受影响且不会成为延燃材料,保障铁路信号稳定传输。(The invention discloses a high-strength electromagnetic shielding cable which comprises a cable core, and a fire-resistant layer, an isolation layer, a shielding layer and a flame-retardant sheath layer which are sequentially coated on the outer side of the cable core; the cable core comprises a plurality of copper conductors, and the copper conductors are formed by twisting a plurality of copper wires; the fire-resistant layer is a fire-resistant wrapping tape wrapped on the outer side of the cable core, and the isolation layer is a polyurethane/glass fiber/expandable graphite ternary composite foaming layer with the thickness of 200-400 mu m; the shielding layer comprises a shielding inner layer and a shielding outer layer, the shielding inner layer is a PVDF/nickel powder composite coating, the shielding outer layer is an aramid fiber/carbon fiber composite woven layer, and the surfaces of the aramid fiber and the carbon fiber are plated with metal shielding materials; the flame-retardant sheath layer is a low-smoke halogen-free sheath. The high-strength electromagnetic shielding cable has high tensile strength and compressive strength and strong electromagnetic shielding performance, can not be influenced in a high-temperature environment, particularly in a fire disaster, cannot become a flame-retardant material, and ensures stable railway signal transmission.)

一种高强度电磁屏蔽电缆

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种高强度电磁屏蔽电缆。

背景技术

轨道交通通信信号电缆作为实现列车指挥和列车运行管理的重要手段，成为保证列车安全、提高运输效率不可缺少的关键装备。在轨道交通列车安全运行中，如何保障轨道交通通信信号安全、稳定传输，一直是行业长期关注的重要工作，在以前行业同类产品的应用中，存在一些电磁场环境恶劣的特殊区段，通信信号信息出现误码与失真的情况，尤其是当列车进入或离开该区段时，这种不利状况更为严重，为有效改善信息的传输质量，开发一种高强度、抗强电磁干扰的电缆，消除可能存在的事故隐患，已成为一项不可回避的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度电磁屏蔽电缆，该电缆抗拉和抗压强度高，且具有很强的电磁屏蔽性能，能够在高温环境下、尤其是能在火灾中不受影响且不会成为延燃材料，保障铁路信号稳定传输。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度电磁屏蔽电缆，包括缆芯以及依次包覆于所述缆芯外侧的耐火层、隔离层、屏蔽层以及阻燃护套层；所述缆芯包括若干根铜导体，所述铜导体是由多根铜导线绞合形成的；所述耐火层为包绕于缆芯外侧的防火包带，所述隔离层为厚度为200～400μm的聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层；所述屏蔽层包括屏蔽内层和屏蔽外层，所述屏蔽内层为PVDF/镍粉复合涂层，所述屏蔽外层为芳纶/碳纤维复合编织层，且芳纶和碳纤维表面镀有金属屏蔽材料；所述阻燃护套层为低烟无卤外护套。

本发明中，在缆芯外设置了耐火层，该耐火层为绕包在缆芯外侧的防火包带，能够将缆芯与外层隔离开来，起到了隔绝火焰，防止火势蔓延进入线芯的作用。隔离层为聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层，其具有以下优点：多孔结构赋予了其良好的隔热性，在高温环境中使用时，能够降低缆芯中的温度，使得电缆能够正常工作；采用聚氨酯作为基材，使得发泡层具有较好的弹性，而玻璃纤维的加入有利于提高发泡层的强度，从而增加了电缆整体的抗拉和抗压性能；另外，在发生火灾时，发泡层中的可膨胀石墨会受热膨胀，堵塞泡孔，隔绝了氧气，同时会形成包裹在耐火层外的炭层，进一步阻隔了氧气和火源，提高了耐火阻燃性能。

本发明中，采用PVDF/镍粉复合涂层作为第一屏蔽层，PVDF具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐候性和介电性，复合镍粉后形成的涂层具有极佳的电磁屏蔽性能，相比于现有的溅射金属膜(厚度仅为几μm)，其制备方法更加简单，成本低，且厚度可控，电磁屏蔽性能更好。采用表面镀有金属屏蔽材料的芳纶和碳纤维混合编制而成的编织层作为第二屏蔽层，不仅具有良好的电磁屏蔽效果，而且能够显著提升电缆的抗拉强度。通过调节编织密度，还可以对电磁屏蔽性和抗拉强度进行调节。

进一步地，所述防火包带为双面合成云母带、聚酰亚胺胶带或陶瓷纤维布，其厚度为100～200μm。

进一步地，所述双面合成云母带包括云母纸基材以及贴合在云母纸基材两侧的聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜的厚度为20～50μm。

进一步地，所述聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层是由按重量份计的以下组分制备而成的：

进一步地，所述改性玻璃纤维的制备方法为：

将偶联剂溶解于溶剂中，加入玻璃纤维，超声分散10～30min，干燥后即得改性玻璃纤维；其中，玻璃纤维的长度为500μm～5mm，偶联剂的用量为玻璃纤维质量的1～3wt％；

所述改性可膨胀石墨的制备方法为：

将偶联剂溶解于溶剂中，加入可膨胀石墨，磁力搅拌10～30min后，再超声分散10～30min，干燥后即得改性可膨胀石墨；其中，可膨胀石墨的粒径为100～300μm，偶联剂的用量为可膨胀石墨质量的3～5wt％。

进一步地，所述物理发泡剂为微球发泡剂，所述微球发泡剂是以热塑性树脂作为外壳，以低沸点烷烃作为核心的微球结构。其中，热塑性树脂可为丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、聚偏氟乙烯等树脂。采用微球发泡剂，不仅发泡温度低，可以得到较为均匀的泡孔结构，而且绿色环保。

进一步地，所述固化剂为多异氰酸酯类固化剂，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

进一步地，所述聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨复合发泡层的制备方法为：

(1)将改性可膨胀石墨和改性玻璃纤维分散于溶剂中，搅拌0.5～1h，形成均一的溶液；

(2)将步骤(1)得到的溶液、物理发泡剂加入到聚酯多元醇中，室温下搅拌30～60min，得到聚合物溶液；

(3)向步骤(2)得到的聚合物溶液中加入固化剂，搅拌均匀后加入到模具中，于70～100℃下发泡1～3h，冷却固化后脱模即得。

进一步地，所述PVDF/镍粉复合涂层的制备方法为：将镍粉和偶联剂加入溶剂中，超声分散得到均一的第一溶液；接着，将PVDF溶于溶剂中得到第二溶液，再与第一溶液混合，搅拌均匀；最后于120～150℃挤出成涂层。其中，所述溶剂可采用常用的有机溶剂，例如NMP、DMAc、DMF等。

进一步地，所述芳纶/碳纤维复合编织层中，芳纶与碳纤维的比例为1:1，且芳纶与碳纤维表面均镀有镍。在其他的实施例中，芳纶与碳纤维表面可镀铜、锡等金属。

进一步地，所述缆芯与耐火层之间还设有阻水层，该阻水层可采用常用的阻水带。

进一步地，在缆芯中还设有填充骨架，该填充骨架的形状可根据铜导体的数目确定。例如，当缆芯中具有四根铜导体时，填充骨架可设置为十字形，从而将铜导体分开并起到固定铜导体的作用，使得电缆的内部结构更加稳定，也有利于通信信号的稳定。

本发明的有益效果：

1.本发明中，通过在缆芯外设置了耐火层，从而将缆芯与外层隔离开来，起到了隔绝火焰，防止火势蔓延进入线芯的作用。在耐火层外设置隔离层，该隔离层为聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层，其具有以下优点：多孔结构赋予了其良好的隔热性，在高温环境中使用时，能够降低缆芯中的温度，使得电缆能够正常工作；采用聚氨酯作为基材，使得发泡层具有较好的弹性，而玻璃纤维的加入有利于提高发泡层的强度，从而增加了电缆整体的抗拉和抗压性能；另外，在发生火灾时，发泡层中的可膨胀石墨会受热膨胀，堵塞泡孔，隔绝了氧气，同时会形成包裹在耐火层外的炭层，进一步阻隔了氧气和火源，提高了耐火阻燃性能。

2.本发明中，采用PVDF/镍粉复合涂层作为第一屏蔽层，PVDF具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐候性和介电性，复合镍粉后形成的涂层具有极佳的电磁屏蔽性能，相比于现有的溅射金属膜(厚度仅为几μm)，其制备方法更加简单，成本低，且厚度可控，电磁屏蔽性能更好。采用表面镀有金属屏蔽材料的芳纶和碳纤维混合编制而成的编织层作为第二屏蔽层，不仅具有良好的电磁屏蔽效果，而且能够显著提升电缆的抗拉强度。通过调节编织密度，还可以对电磁屏蔽性和抗拉强度进行调节。

3.本发明的高强度电磁屏蔽电缆，具有优异的电磁屏蔽性能和阻燃性能，能够适用于电磁场环境恶劣的区域或高温环境，保证正常通信且信号稳定，避免事故的发生，且抗拉抗压性能好。

附图说明

图1是本发明实施例1的高强度电磁屏蔽电缆的截面示意图；

图2是本发明实施例2的高强度电磁屏蔽电缆的截面示意图；

其中：1、铜导体；2、耐火层；3、隔离层；4、屏蔽内层；5、屏蔽外层；6、阻燃护套层；7、填充骨架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

参见图1，本实施例公开了一种高强度电磁屏蔽电缆，包括缆芯以及依次包覆于所述缆芯外侧的耐火层、隔离层、屏蔽层以及阻燃护套层；所述缆芯包括1根铜导体，该铜导体是由多根铜导线绞合形成的。所述耐火层为防火包带，该防火包带为绕包于线芯外侧的陶瓷纤维布，厚度为100～200μm。

隔离层为聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层，其厚度为200～400μm；制备方法如下：

(1)按照玻璃纤维和可膨胀石墨的2wt％和5wt％称取两份偶联剂KH550，分别溶解于无水乙醇中，得到两份浓度均为80％的偶联剂溶液；接着，分别向偶联剂溶液中加入玻璃纤维和可膨胀石墨，超声分散30min，其中可膨胀石墨溶液超声前需磁力搅拌30min；最后干燥，即得改性玻璃纤维和改性可膨胀石墨。

(2)将8份改性可膨胀石墨和3份改性玻璃纤维分散于10份去离子水中，搅拌0.5h，形成均一的溶液；

(3)接着，将步骤(2)得到的溶液、3份微球发泡剂加入到100份聚酯多元醇中，室温下搅拌1h，得到聚合物溶液；

(4)向步骤(3)得到的聚合物溶液中加入140份多异腈酸酯类固化剂(六亚甲基二异氰酸酯衍生物)，搅拌均匀后加入到模具中，于90～100℃下发泡12h，冷却固化后脱模即得。

屏蔽层包括屏蔽内层和屏蔽外层，其中，屏蔽内层为PVDF/镍粉复合涂层，其厚度为100～200μm，该复合涂层中镍粉的添加量为4wt％。屏蔽外层为芳纶/碳纤维复合编织层，芳纶与碳纤维的比例为1:1，且芳纶与碳纤维表面均镀有镍。所述阻燃护套层为低烟无卤外护套。

实施例2

参见图2，本实施例公开了一种高强度电磁屏蔽电缆，包括缆芯以及依次包覆于所述缆芯外侧的耐火层、隔离层、屏蔽层以及阻燃护套层；所述缆芯包括4根铜导体以及十字形填充骨架，其中铜导体是由多根铜导线绞合形成的，且被十字形填充骨架分开并相对固定。所述耐火层为防火包带，该防火包带为绕包于缆芯外侧的陶瓷化聚酰亚胺带，厚度为100～200μm。

隔离层为聚氨酯/玻璃纤维/可膨胀石墨三元复合发泡层，其厚度为200～400μm；制备方法如下：

(1)按照玻璃纤维和可膨胀石墨的2wt％和5wt％称取两份偶联剂KH550，分别溶解于无水乙醇中，得到两份浓度均为80％的偶联剂溶液；接着，分别向偶联剂溶液中加入玻璃纤维和可膨胀石墨，超声分散30min，其中可膨胀石墨溶液超声前需磁力搅拌30min；最后干燥，即得改性玻璃纤维和改性可膨胀石墨。

(2)将6份改性可膨胀石墨和4份改性玻璃纤维分散于10份去离子水中，搅拌0.5h，形成均一的溶液；

(3)接着，将步骤(2)得到的溶液、2份微球发泡剂加入到100份聚酯多元醇中，室温下搅拌1h，得到聚合物溶液；

(4)向步骤(3)得到的聚合物溶液中加入150份多异腈酸酯类固化剂(六亚甲基二异氰酸酯衍生物)，搅拌均匀后加入到模具中，于90～100℃下发泡12h，冷却固化后脱模即得。

屏蔽层包括屏蔽内层和屏蔽外层，其中，屏蔽内层为PVDF/镍粉复合涂层，其厚度为100～200μm，该复合涂层中镍粉的添加量为4wt％。屏蔽外层为芳纶/碳纤维复合编织层，芳纶与碳纤维的比例为1:1，且芳纶与碳纤维表面均镀有镍。所述阻燃护套层为低烟无卤外护套。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。