风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆

1.风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，包括绞合软导体，和以三元乙丙为基料的橡胶绝缘，以氯化聚乙烯橡胶为基料的外护套，其特征在于橡胶绝缘及外护套中增塑剂为耐寒型增塑剂，相对于重量份100份的三元乙丙或氯化聚乙烯，还加有2-5份松焦油和/或汽缸油，3-8份偶联剂；绞合软导体束丝节距比8-14倍，绞合后挤包橡胶绝缘构成绝缘线芯；
若为多芯电缆，绝缘线芯成缆节距比8-10倍。
2.根据权利要求1所述风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，其特征在于：
橡胶绝缘基本组成以重量份计为：三元乙丙100份，补强剂10-20份，交联剂3-5份，交联助剂3-5份，耐寒型增塑剂10-20份，松焦油和/或汽缸油2-5份，偶联剂3-8份，活化剂
3-5份，填充剂75-90份；
外护套基本组成以重量份计为：氯化聚乙烯100份，补强剂20-30份，交联剂3-5份，交联助剂3-5份，耐寒型增塑剂10-20份，松焦油和/或汽缸油2-5份，偶联剂3-8份，稳定剂
5-10份，填充剂60-90份。
3.根据权利要求1或2所述风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，其特征在于耐寒型增塑剂为：邻苯二甲酸二月桂酯、癸二酸二辛酯、己二酸二(2-乙基己基)酯、磷酸三辛酯、环氧十八酸辛酯、环氧大豆油中一种或几种混合。
4.根据权利要求1或2所述风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，其特征在于偶联剂为乙烯基-三-(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、硬酯酸钙、硬酯酸锌中任意一种。
5.根据权利要求1或2所述风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，其特征在于外护套组合料中还加入1-2份水杨酰苯胺和/或3-羟基丁醛-α-苯胺。
6.根据权利要求1或2所述风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，其特征在于橡胶绝缘活化剂为纳米氧化锌。
7.根据权利要求1或2所述风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，其特征在于外护套稳定剂为高活性氧化镁。

风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种橡套软电缆，尤其是风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆。\n背景技术\n[0002] 风能以其分布广泛、蕴量巨大、可以再生、没有污染等优势，而得到日益重视，我国风电产业近年保持着高速发展的态势。然而风能分布十分广泛，加上我国地域广阔，风级差别较大，南北气候差异较大，如：北方地区要求能耐-30℃及以下极低气温；沿海地区要求具备防盐雾、防湿热、防霉菌三防功能；并且在风力发电设计中，为避免重大叶轮机频繁随风偏转，通常是使叶轮机随风偏航，连续扭转三周，才重新回转复位；以及风能电缆是作为连接风机塔桶与地面塔基，垂直使用。上述特定工作环境，要求风能电缆绝缘及护套橡皮有极好的耐低温性能，即在-40℃环境中耐弯曲扭转不开裂，以及电缆具备很好的耐扭性和耐水性，以及沿海使用耐腐蚀等特征。\n[0003] 然而，现有三元乙丙绝缘及氯化聚乙烯护套软电缆，绝缘基本组成为：三元乙丙\n100份，补强剂10-20份，交联剂3-5份，交联助剂3-5份，增塑剂10-20份，活化剂3-5份，填充剂75-90份；护套基本组成为：氯化聚乙烯100份，补强剂20-30份，交联剂3-5份，交联助剂3-5份，增塑剂10-20份，稳定剂5-10份，填充剂60-90份。耐低温性不够，最大只能达到-20℃，并且在低温环境极易发生开裂损坏；此外其耐扭性能也不能满足上述要求。\n因此仍有值得改进的地方。\n发明内容\n[0004] 本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种耐环境性好，最低可以在-40℃环境工作，绝缘及护套不开裂，耐扭转性强，耐水性好的风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆。\n[0005] 本发明目的实现，主要是通过对橡胶绝缘及护套材料，以及导体绞合节距改进，实现上述目的。改进方法一是在橡胶绝缘及护套配比料中(以下统称橡胶材料)，采用耐低温增塑剂，以及增加松焦油和/或汽缸油和偶联剂，从而使橡胶材料具备优良的耐低温性能(抗开裂性和低温下抗弯曲性)；二是导体绞合及成缆采用低于常规的小节距，提高电缆导体的耐扭性能。具体说，本发明风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，包括绞合软导体，和以三元乙丙为基料的橡胶绝缘，以氯化聚乙烯橡胶为基料的外护套，其特征在于橡胶绝缘及护套中增塑剂为耐寒型增塑剂，还加有2-5份松焦油和/或汽缸油，3-8份偶联剂；绞合软导体束丝节距8-14倍；若为多芯电缆，绝缘线芯成缆节距8-10倍。\n[0006] 本发明中\n[0007] 橡胶绝缘及护套，与现有技术三元乙丙为基料的橡胶绝缘，以氯化聚乙烯橡胶为基料的外护套一样，需加入通常的配合体系，例如与基料相配合的硫化体系、补强体系、填充体系及加入量，配合体系中所用品种与加入量，除专利特指外，均与现有技术三元乙丙为基料橡胶绝缘，氯化聚乙烯橡胶为基料外护套相仿，无实质性改变。根据上述构思及方案，本发明风能电缆绝缘料和护套料的基本组成可以是：\n[0008] \n 绝缘料(重量份) 护套料(重量份)\n 三元乙丙 100份； 氯化聚乙烯 100份；\n 补强剂 10-20份； 补强剂 20-30份；\n 交联剂 3-5份； 交联剂 3-5份；\n 交联助剂 3-5份； 交联助剂 3-5份；\n 耐寒型增塑剂 10-20份； 耐寒型增塑剂 10-20份；\n 松焦油和/或汽缸油2-5份； 松焦油和/或汽缸油2-5份；\n 偶联剂 3-8份； 偶联剂 3-8份；\n 活化剂 3-5份； 稳定剂 5-10份；\n 填充剂 75-90份。 填充剂 60-90份。\n[0009] 耐寒型增塑剂，不仅同样具有改善橡胶加工性能，而且能够提高橡胶的耐寒性，增强橡胶材料抗低温能力，使电缆绝缘及护套在不低于-40℃低温环境中，扭曲不开裂，延长了橡胶材料使用寿命。耐低温增塑剂，试验选择较好为：邻苯二甲酸二月桂酯(DLP)、癸二酸二辛酯(DOS)、己二酸二(2-乙基己基)酯(DOA)、磷酸三辛酯(TOP)、环氧十八酸辛酯(ED3)、环氧大豆油等，它们可以单一使用，也可以几种或多种混合使用。加入量与通常增塑剂用量相当(10-20份)，用量过少，橡皮挤出加工性能困难；用量过多会出现喷霜，反而会降低绝缘及护套的机械性能。\n[0010] 增加松焦油和/或汽缸油，主要作用是增加材料低温下柔韧性，提高绝缘和护套低温下抗扭转能力，并且不会改变绝缘及护套的物理性能，加入量以2-5份较为恰当。试验表明加入量过少，对改善低温柔韧性不够理想；加入量过多，则又会降低材料的物理机械性能，例如造成抗拉强度下降。\n[0011] 增加偶联剂，可以改变补强及填充剂表面性能，提高与橡胶基料的混合均匀性，使填充料完全分散于基料中，并改善与基料的结合性能，从而增强橡胶材料低温下机械性能。\n此外，试验还发现，在橡胶材料中加入偶联剂，还能改善绝缘与护套的耐水性，使电缆的吸水性大大减小，吸水系数可降低10％，从而保证电缆在垂直使用的电气安全性。试验表明，市售各种适用于橡胶的偶联剂在本发明中均可以使用，但较好为采用：乙烯基-三-(β-甲氧·乙氧基)硅烷(A-172)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基·三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷(A-150)、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)、硬酯酸钙、硬酯酸锌中一种，其分散及结合性能更优。\n[0012] 本发明中所述份数(包括新增加品种)，仅是一种试验较佳值，并非精确端值，适当偏离，对性能影响不是十分大，仍然可以使用，同样应属于本发明保护范围。\n[0013] 此外，在绝缘及护套中，还可以加入其他现有可用功能助剂，实现相应功能，例如在护套中加入1-2份水杨酰苯胺(C13H11O2N)或3-羟基丁醛-α-苯胺(DNP)橡胶型防霉剂，可以提高护套防盐雾、湿热、霉菌腐蚀等耐腐蚀性，防止护套橡胶因发霉腐蚀而降低抗拉强度等性能，使之更适合在沿海地区使用。\n[0014] 为使电缆有更好的环保性，本发明中所用辅料，一种较好为优先采用不含重金属、不含致癌成分多环烃核亚硝酸品种，使之能够满足欧盟ROHS和PAHS多环芳烃环保要求，以及低烟无卤的要求，更有利于再回收利用。例如活化剂采用纳米氧化锌，稳定剂采用高活性氧化镁。\n[0015] 本发明橡胶绝缘及护套，可以在传统的炼胶设备、挤橡连硫设备上生产，其生产工艺无特别要求。\n[0016] 降低导体以及缆芯绞合节距，可以提高电缆耐扭曲性，单芯电缆，其束丝及绞合节距为8-14倍；多芯电缆，不仅使束丝及绞合节距为8-14倍，还需使绝缘线芯的成缆节距为\n8-10倍。\n[0017] 本发明风力发电用耐低温、抗开裂橡套软电缆，由于在橡胶绝缘和护套中，采用耐低温增塑剂，以及增加松焦油和/或汽缸油及偶联剂，在不改变绝缘和护套的机械和电性能下(特别重要)，提高了橡胶绝缘及护套，在低温下柔韧性和抗开裂性能，及低温下机械性能。导体及缆芯采用小节距绞合，也提高了耐扭性能，能够满足风能电缆耐扭要求。使得本发明电缆，在-40℃低温冲击试验及弯曲试验中不开裂，可以保持在极低温度下的柔软性，满足电缆在低温或海洋气候环境中使用，可以适合使用在环境温差大、盐雾、湿热、霉菌等环境条件。此外，环保辅料的使用，电缆绝缘和护套环境友好，使之能够满足欧盟ROHS和PAHS多环芳烃环保要求。\n[0018] 具体实施办法\n[0019] 比较例：橡胶绝缘及护套配方见附表\n[0020] 实施例：橡胶绝缘及护套配方见附表\n[0021] 按通常制备橡套电缆方法及工艺，先按附表配比，将除硫化体系外的所有配料，一次加入混炼，分别混炼得到绝缘及护套胶料，在开炼机中加入硫化体系。导体单丝采用5类退火无氧韧炼铜丝，按10倍节距束丝绞合，然后在导体上挤包制得的绝缘，构成绝缘线芯。\n[0022] 单芯电缆，则直接挤包制得的护套材料。\n[0023] 三芯电缆，将绝缘线芯按9倍节距绞合成缆，挤包制得的护套材料。\n[0024] 表1 绝缘橡皮比较例和实施例组成及性能对比\n[0025] \n 绝缘料组成(重量份) 比较例 实施例1 实施例2 实施例3\n 三元乙丙 100 100 100 100\n 白炭黑 15 10 15 20\n 纳米氧化锌 3.5 4 5\n 氧化锌 4\n 偶联剂 8 5 3\n BIBP/TAC 3.5/3.5 5/5 4/4\n DCP/TAIC 3.5/3\n 增塑剂 15\n 防寒增塑剂 10 15 20\n 松焦油和/或汽缸油 5 4 2.5\n RD防老剂 2.5 2.5 2.5 2.5\n 陶土、滑石粉 100 90 80 75\n 合计重量份 243 236 235.5 236\n 测试性能 比较例 实施例1 实施例2 实施例3\n 抗拉强度(MPa) 5.5 6.5 7.2 7.8\n 伸长率(％) 300 510 500 450\n 老化后抗拉强度变化率(％) +7.2 +1.0 +9.1 -0.8\n 老化后断裂伸长率变化率(％) -3.6 -2.2 +1.2 -1.3\n 低温冲击试验(-40℃) 开裂 不开裂 不开裂 不开裂\n 低温弯曲试验(-40℃) 开裂 不开裂 不开裂 不开裂\n 铅含量PPm 2536 2.96\n 镉含量PPm 189 5.09\n 汞含量PPm 1755 6.92\n 六价铬含量PPm 1647 6.91\n 聚溴联苯含量PPm 0 0\n 聚溴联苯醚含量PPm 0 0\n[0026] 注：偶联剂，例1、2、3分别采用A-172、A-150、A-151；防寒增塑剂，分别采用DOS、TOP、ED3/环氧大豆油(按2/3配合)；松焦油和/或汽缸油，例1为松焦油，例2为两者\n1∶1混合，例3为汽缸油；低温试验方法，GB/T2951-1997(电缆绝缘和护套材料通用试验方法)\n[0027] 表二 护套橡皮比较例和实施例组成及性能对比\n[0028] \n 护套料组成(重量份) 比较例 实施例1 实施例2 实施例3\n 氯化聚乙烯 100 100 100 100\n 炭黑 25 25 20 30\n BIBP/TAC 3.5/3.5 5/5 4/4\n DCP/TAIC 4/3\n 防寒增塑剂 15 10 0\n DOP、氯化石蜡 20\n 高活性氧化镁 5 8 10\n 氧化镁 8\n 三氧化二锑 6 3 3 3\n 二溴联苯醚 6\n 轻质碳酸钙 80\n 偶联剂 8 3 6\n 松焦油和/或汽缸油 2 4 5\n 水杨酰苯胺防霉剂 1 1.5 2\n 氢氧化铝、氢氧化镁 80 90 60\n 合计重量份 252.0 246.0 249.5 244\n 测试性能 比较例 实施例1 实施例2 实施例3\n 抗拉强度(MPa) 11.5 13.4 13.5 14.0\n 伸长率(％) 300 450 460 410\n 老化后抗拉强度变化率(％)最大 -6.2 +2.8 -1.0 -5.1\n 老化后断裂伸长率变化率(％)最大 -3.5 -0.9 +1.8 +1.2\n 低温冲击试验(-40℃) 开裂 不开裂 不开裂 不开裂