一种高性能风力发电电缆及其制备方法与流程

本发明属于电缆材料，具体涉及一种高性能风力发电电缆及其制备方法。

背景技术：

1、发电电缆，主要由缆芯(导体和绝缘层)、护层等部分组成，用于传输和分配电能。电缆的缆芯主要是多根由内部导体及外部包覆的绝缘层组成的芯线绞合组成；缆芯在成缆过程中会产生缝隙，减少电缆在使用过程中的寿命，因此通常在绝缘层外围还设置有填充层，其主要作用是为电缆提供支撑，故而填充材料的作用在电缆的使用中显得尤为重要。因风场环境恶劣，且发电电缆随叶轮摇摆而扭曲，所以风力发电电缆一般要求较高，现有技术中发电电缆填充层材料的保护作用往往不理想，导致电缆综合性功能较差。

2、公开号为cn107353494a的中国专利申请文件公开了一种电动汽车充电桩电缆用填充层材料的制备方法，该专利利用甲醛与苯酚反应，在十二烷基苯磺酸钠的配合下与云母粉、玻化微珠进行研磨结合，与主料改性聚丙烯和硅藻土等组分制成填充层材料，所得填充层材料表面光滑，具有高硬度与极佳的热稳定性，使用寿命长，抗拉强度和抗冲击强度较优异。但该填充层材料耐水性不佳，给产品带来隐患。

技术实现思路

1、现有的电缆存在综合性能较差的问题；为了解决该问题，本发明提供一种高性能风力发电电缆及其制备方法。

2、为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种高性能风力发电电缆，所述高性能风力发电电缆包括芯线，所述芯线包括导体，所述导体的外表面沿自身轴向依次包覆有内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层；多个芯线沿电缆轴心扭绞后组成缆芯，所述缆芯外依次设有包带和外护套，所述包带与所述缆芯之间填充有填充层；

4、其中，所述填充层材料由如下质量份的原料制成：改性聚酯材料60-80份、改性聚氨酯材料20-30份、硫化剂10-15份、氧化镁1-5份、硅烷偶联剂1-5份。

5、优选地，所述改性聚酯材料的制备方法包括如下步骤：

6、(1)将植物纳米纤维粉与无水乙醇混合均匀，再加入硅烷偶联剂加热回流反应，反应结束后干燥得改性植物纳米纤维粉；

7、(2)将季戊四醇、1,3-丙酮二羧酸二甲酯、柠檬酸酯混合均匀，升温进行一段反应，加入改性植物纳米纤维粉和催化剂后继续升温进行二段反应，真空固化得改性聚酯材料。

8、优选地，所述步骤(1)中，以质量比计，植物纳米纤维粉：硅烷偶联剂＝1：0.6-0.8；反应的温度为80-90℃，反应的时间为2-4h。

9、优选地，所述植物纳米纤维粉选自木纤维粉、竹纤维粉、秸秆纤维粉中的一种。

10、优选地，所述步骤(2)中，以摩尔比计，季戊四醇：1,3-丙酮二羧酸二甲酯＝1：1.6-2.2；所述柠檬酸酯用量为1,3-丙酮二羧酸二甲酯质量的1％-3％，所述改性植物纳米纤维粉用量为1,3-丙酮二羧酸二甲酯质量的10％-15％，所述催化剂用量为1,3-丙酮二羧酸二甲酯质量的0.08％-0.15％。

11、优选地，所述步骤(2)中，一段反应的温度为90-100℃，一段反应的时间为1-2h；二段反应的温度为110-130℃，二段反应的时间为5-7h。

12、优选地，在步骤(2)中，所述柠檬酸酯为柠檬酸三甲酯或柠檬酸三乙酯或柠檬酸三丁酯；所述催化剂为钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯或钛酸四丙酯。

13、优选地，所述改性聚氨酯材料的制备方法包括如下步骤：

14、将1-3质量份改性纤维素、10-15质量份聚四氢呋喃、1-2质量份十二烷二胺在温度80-100℃混合均匀，再加入6-10质量份芳香族二异氰酸酯和0.02-0.05质量份催化剂反应6-8h，真空固化得改性聚氨酯材料。

15、优选地，所述改性纤维素的制备方法包括如下步骤：

16、将植物纤维素置于碱性溶液中加热至90-110℃反应10-20h，水洗2-5次后置于酸性溶液中在温度50-70℃下反应5-10h，水洗2-5次后干燥得改性纤维素；

17、其中，所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液；

18、所述酸性溶液为草酸水溶液或醋酸水溶液。

19、优选地，所述植物纤维素为木纤维或竹纤维或秸秆纤维。

20、碱性溶液可使纤维素结构疏松，后用酸性溶液处理碱处理过的纤维素，可促进纤维素的水解。

21、优选地，所述芳香族二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯；所述催化剂为二甲基环己胺和二甲基乙醇胺按照质量比2-4：1混合制得。

22、优选地，聚四氢呋喃分子量为800-1200。

23、优选地，所述填充层材料的制备方法包括如下步骤：

24、将改性聚酯材料、改性聚氨酯材料、硫化剂、氧化镁、硅烷偶联剂在150-170℃混练15-30min得混合料，将混合料转送至双螺杆挤出机中挤出，冷却，熔融，拉丝得填充层材料；

25、其中，所述挤出的温度为150-170℃，所述双螺杆挤出机中螺杆的转速为100-150r/min。

26、本发明中所述硫化剂只要是常用的硫化剂即可，没有特别限定，如二硫化四甲基秋兰姆，过氧化苯甲酰等；本发明中所述硅烷偶联剂只要是常用的硅烷偶联剂即可，没有特别限定，如硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570等。

27、第二方面，本发明提供一种上述高性能风力发电电缆的制备方法，包括如下步骤：

28、在导体外表面依次包覆内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层制得芯线，多个芯线沿电缆轴心扭绞后制得缆芯，在缆芯外表面填充形成填充层，最后在填充层外表面依次包覆包带和外护套，得高性能风力发电电缆。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、(1)本发明将1,3-丙酮二羧酸二甲酯和季戊四醇在催化剂催化下聚合得改性聚酯材料；柠檬酸酯的添加使改性聚酯材料的具备较高的韧性；改性植物纳米纤维粉具有较大的比表面积和独特的纳米尺度效应，当添加到改性聚酯材料中时，可以提高改性聚酯材料的韧性和耐磨性能；二者协同作用对电缆填充层起到良好的增韧效果；

31、(2)本发明在制备改性聚酯材料时添加经硅烷偶联剂改性的植物纳米纤维粉，由于在纤维粉表面引入疏水基团，形成疏水的硅氧键，降低纤维素的表面能，增强了材料对水分的抵抗能力，提高了电缆在潮湿环境中的稳定性和使用寿命；

32、(3)本发明在制备改性聚氨酯材料时选择聚四氢呋喃作为软链段，可以改善聚氨酯材料的柔韧性；改性纤维素的加入在改性聚氨酯中引入疏水的酯基，有助于提高改性聚氨酯的防水性；

33、(4)本发明制得的高性能风力发电电缆拉伸强度好，韧性高，耐水性强，同时还具有良好的耐扭曲，耐老化性能。

1.一种高性能风力发电电缆，其特征在于，所述高性能风力发电电缆包括芯线，所述芯线包括导体，所述导体的外表面沿自身轴向依次包覆有内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层；多个芯线沿电缆轴心扭绞后组成缆芯，所述缆芯外依次设有包带和外护套，所述包带与所述缆芯之间填充有填充层；

2.根据权利要求1所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述改性聚酯材料的制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述步骤(1)中，以质量比计，植物纳米纤维粉：硅烷偶联剂＝1：0.6-0.8；反应的温度为80-90℃，反应的时间为2-4h。

4.根据权利要求2所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述步骤(2)中，以摩尔比计，季戊四醇：1,3-丙酮二羧酸二甲酯＝1：1.6-2.2；所述柠檬酸酯用量为1,3-丙酮二羧酸二甲酯质量的1％-3％，所述改性植物纳米纤维粉用量为1,3-丙酮二羧酸二甲酯质量的10％-15％，所述催化剂用量为1,3-丙酮二羧酸二甲酯质量的0.08％-0.15％。

5.根据权利要求2所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，在步骤(2)中，所述柠檬酸酯为柠檬酸三甲酯或柠檬酸三乙酯或柠檬酸三丁酯；所述催化剂为钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯或钛酸四丙酯。

6.根据权利要求1所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述改性聚氨酯材料的制备方法包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述改性纤维素的制备方法包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述芳香族二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯；所述催化剂由二甲基环己胺和二甲基乙醇胺按照质量比2-4：1混合制得。

9.根据权利要求1所述的高性能风力发电电缆，其特征在于，所述填充层材料的制备方法包括如下步骤：

10.一种如权利要求1所述的高性能风力发电电缆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：