環保型納米復合高聚物電力電纜的研制

趙澤偉

摘 要：本文主要介紹了環保型納米復合高聚物電力電纜的結構設計、材料、關鍵技術，以及產品的制造工藝和性能。

關鍵詞：環保；納米；電纜；結構；材料；性能

中圖分類號：TB33 文獻標志碼：A

0 引言

工業化帶來的環境破壞是當今各國面臨的主要難題之一，電線電纜領域同樣也存在這樣的困境，如何有效解決這一難題是每一個有社會良知的企業正在認真思考的課題。

目前，國內環保型電纜從產品執行標準到產品生產規范都處于初級狀態，遠遠跟不上國民經濟的發展速度以及居民用電安全環保性能的要求，市場上銷售的電纜有低煙無鹵電力電纜、防蟻或防鼠電力電纜、防水電力電纜、阻燃電力電纜、耐火電力電纜及阻燃耐火電力電纜等，這些電纜主要的安全性能單調，不能適應兩項及以上的安全性能需要；輕軌地鐵、核工業、空港、車站、海上平臺、醫院、寫字樓等人員比較集中的公共場合以及工礦企業的重要區域要求電纜具有高環保性能和高強度性能，同時這些區域也是白蟻或老鼠肆虐的場所，要求電纜有防蟻鼠性能，人員集中的場所還要求當發生火災時電纜能保證運行一段時間，保證人員有足夠時間逃生，上述場所的電纜通道內或多或少有水或水汽存在，要求電纜有良好的阻水性能和高強度性能，所以說應用于上述場所的具有單一安全性能的電纜不能保證安全運行。

1 產品設計

1.1技術資料調研。主要調研客戶對環保型納米復合高聚物電力電纜在性能、可靠性、安裝、使用和維護等方面的需求，為產品開發打下基礎。全面調研國內外環保型納米復合高聚物電力電纜在技術方面的最新成果，剖析國內外相關產品的技術水平，掌握最新電纜技術。

1.2產品的結構設計研發。環保型納米復合高聚物電力電纜，是由多根絕緣線芯絞合形成纜芯，在纜芯間隙設置有填充層，所述絕緣線芯自內而外由導體、云母繞包耐火層及絕緣層構成，所述絕緣層采用聚乙烯蒙脫土納米復合材料制成，在所述纜芯及填充層外依次包覆有阻水聚酯帶、無鹵玻纖帶及護套層。

絕緣材料采用聚乙烯蒙脫土納米復合高聚物制成，該材料不但具有聚乙烯優越的電性能，而且與普通聚乙烯相比，其機械性能得到大大的提高，尤其抗拉強度為普通聚乙烯的幾倍，另外該材料的耐環境應力性能也有很大的提高，普通的聚乙烯材料耐環境應力性能比較差，在使用過程中容易出現絕緣開裂現象，但該新型材料的耐環境應力性能得到很大的改善，避免了電纜在使用過程中出現絕緣開裂的現象，大大的提高了電纜的使用壽命；填充層和其外層采用阻水聚酯紗和聚酯帶，吸水容量超過50mL/g，有效防止水分浸入；護套層采用環保型低煙無鹵防蟻鼠聚烯烴材料，該材料采用從多種天然植物中提取的防鼠防蟻驅避劑，經多次復合后添加到電纜護套材料中，使電纜外護套含有一種特殊異味，鼠蟻類動物接觸電纜后因其嗅覺受到刺激而厭棄接觸，同時還會向群體發出不可接觸的信息而產生群體效應，從而達到保護電纜不受鼠蟻破壞的目的。環保型納米復合高聚物電力電纜結構圖如圖1所示。

2 試驗材料與研究方法

2.1 導體。電纜用銅芯導體，導體應符合GB/T3956-2008標準規定。導體絞合過程中，節距均勻。最外層絞合節距最大不超過18倍，采用緊壓導體，通過緊壓后，使線芯的填充系數增大，導線占用的面積減小，從而可節約絕緣和護套材料。

2.2耐火層。導體外繞包兩層耐火云母帶，采用重疊繞包的形式，搭蓋率可達到15%，

2.3絕緣。絕緣材料應采用聚乙烯納米復合高聚物材料；該材料具有優良的無鹵低煙性能，低煙性：電纜燃燒時煙氣透光率≥60%，無鹵性能：電纜燃燒時釋出氣體的pH值≥4.3，而國內環保電纜的透光率≥30%，pH值≥2.5，該電纜不含有鹵素，不產生有害氣體及腐蝕性氣體，不含鉛等重金屬，不含環境激素，不污染土壤，對環境又好。絕緣材料加入納米復合高聚物材料體積電阻率為1.0×1014，抗張強度為14N/mm2。耐寒溫度達到-40℃。

3 成纜、繞包

對于兩芯以上的電纜采用線芯絞合，絞合方向為右向。為提高電纜的阻燃性能、防水性能，纜芯中央和外圍間隙采用阻水聚酯紗填充，吸水容量超過50mL/g。增加電纜的阻水性能，使纜芯保持圓整性。

纜芯外依次繞包阻水聚酯帶和無鹵玻纖帶。重疊搭蓋率不小于帶寬的20%。

4 外護套

外護套選用環保型無鹵低煙阻燃防蟻鼠聚烯烴護套料擠包，該護套材料在其防護體系中加入了環保型防鼠蟻添加劑，該添加劑具有辛辣刺激作用，當該護套被啃咬后能夠產生對鼠蟻強烈的刺激作用，從而起到驅鼠作用，能夠有效地起到防鼠蟻啃咬。由于鼠、蟻動物自身有較強的信息傳遞功能，如果有鼠、蟻接觸該產品，它會向群體發出傳遞此物不能接觸的信息，使接收到信息的整個群體不去啃咬蛀蝕電纜。同時該添加劑能夠永久性的存在于護套料中，能夠長久的起到防鼠蟻作用，對周圍環境也無有害影響。在無鹵低煙性能方面：電纜燃燒時釋出氣體的pH值≥4.3，而國內環保電纜pH值≥2.5，電纜燃燒時煙氣透光率≥60%，而國內環保電纜的透光率≥30%。該電纜不含有鹵素，不產生有害氣體及腐蝕性氣體，不含鉛等重金屬，不含環境激素，不污染土壤，對環境又好。

5 產品主要技術性能

5.1 延長電纜使用壽命。該電纜絕緣采用聚乙烯納米復合高聚物材料增加機械強度和絕緣性能。延長電纜使用壽命。

5.2 高效環保。絕緣和護套采用聚烯烴基材燃燒時低煙不含鹵酸物質，整個電纜都是采用無鹵環保性材料制作，使電纜具有優良的環保性能，電纜燃燒時煙氣透光率≥80%，電纜燃燒時釋出氣體的pH值≥5.0，而國內環保電纜的透光率≥30%，pH值≥2.5。該電纜所有非金屬材料均不含鹵素，無有害腐蝕性氣體，不污染土壤，對人體無毒，對環境無害。

5.3 防水性能好。成纜加入阻水聚酯紗填充，吸水容量超過50mL/g和阻水帶。水分子很難向電纜內部滲透，進而形成了一道優良的防水屏障，使電纜具有優良的防水性能，保證電纜的使用安全性。

3.4 絕緣性能。聚乙烯蒙脫土納米復合高聚物材料最高溫度體積電阻率為1.0×1014，而聚氯乙烯材料最高溫度體積電阻率為1.0×1010。絕緣性能進一步提升。

5.5機械性能。聚氯乙烯抗張強度為12.5N/mm2， 聚乙烯蒙脫土納米復合高聚物材料抗張強度為14N/mm2。機械性能進一步加強。

5.6耐低溫度性能。在耐低溫方聚氯乙烯材料為-15℃，聚乙烯蒙脫土納米復合高聚物材料為-40℃；提升低溫使用范圍。

5.7 出色的防蟻鼠性能。電纜護套材料中加入了環保型防鼠蟻添加劑，該添加劑具有辛辣刺激作用，當該護套被啃咬后能夠產生對鼠蟻強烈的刺激作用，從而起到驅鼠作用，能夠有效地起到防鼠蟻啃咬。由于鼠、蟻動物自身有較強的信息傳遞功能，如果有鼠、蟻接觸該產品，它會向群體發出傳遞此物不能接觸的信息，使接收到信息的整個群體不去啃咬蛀蝕電纜。同時該添加劑能夠永久性的存在于護套料中，能夠長久的起到防鼠蟻作用，對周圍環境也無有害影響。

結語

該產品綜合了國內科研方面的最新成果，針對特殊環境要求提供了一種新型環保電纜，新材料的引用，大大提高了電纜各項性能，有效延長電纜的使用壽命。該產品可應用于航天航空、船艦等重要軍工裝備等，同時也適用于核電站、石油平臺、地鐵車站、醫院等人員較集中的公共設施設備，也在我國溫帶和亞熱帶多鼠蟻地區廣泛使用。

參考文獻

[1]王春江.電線電纜手冊（第一冊）[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2] GB/T3956—2008，電纜的導體[S].

[3]柯楊船.聚合物納米復合材料[M].北京：科學出版社，2010.