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行业领域

新材料技术,高分子材料

需求背景

当前，轨道交通车辆用电缆的主要供应商是意大利比瑞利公司，他们制造的电缆已经在城市地铁、轻轨上应用运行了30年，具有相当高的知名度。在国内，轨道交通车辆用电缆大多以聚乙烯绝缘电缆为主，但该种电缆在频繁的震动和移动环境下以及部分露天使用时，容易出现磨损和震裂的问题，需要不断进行更换，增加了使用成本。此种电缆在遇火燃烧时会释放出大量烟雾以及有毒、腐蚀性气体，妨碍人员的安全撤离和灭火工作，使生命财产遭到严重损失。此外，此种电缆存在的其他问题主要包括以下5个方面：

1）电缆受光线照射，表皮容易老化、护套容易开裂。2）电缆敷设在长期潮湿的环境下，水会通过橡胶或塑料层渗透到电缆内部，引起绝缘电气性能下降，造成安全事故。3）由于云轨或轻轨属于公共场所和人口密集区，一旦发生火灾，电缆产生的毒气和烟雾，严重影响人员的身体健康，增加了安全出逃难度。4）电缆时常遭到老鼠、白蚁以及其他各种地下昆虫的破坏。5）电缆敷设空间狭小，不易弯曲，安装施工难度大。

    为解决上述诸多问题，开展实施“城市云轨用耐磨高阻燃电缆关键技术攻关”项目，城市云轨常以电能为动力，电缆是其必不可少的元件，高负荷的运载要求电缆及其材料要具有良好的性能，对其阻燃性能提出了更高的要求，通过各物质相互配合使得电缆具有良好的阻燃性和机械性能，同时，根据自主创新的原则与重点行业配套产品的国产化要求，为电缆进一步国产化做出努力。

需解决的主要技术难题

城市云轨用轨道交通电缆，该类电缆包括缆芯以及缆芯外侧由内至外依次包覆的无卤高阻燃带绕包层、内衬层、铠装层和外护套；缆芯由四根绝缘单线绞合构成，绝缘单线包括导体和包覆在导体表面的绝缘层。

电缆的外护套采用专用电缆料，该材料以丁苯橡胶为基料，加入各类阻燃剂、辅料等制备，其中阻燃剂的制备同样由公司自主研发，选用三聚氯氰、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷发生亲核反应，在原来3个氯原子位置接枝上γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，再经四甲基氢氧化铵催化，硅烷聚合得到Si-O链获得阻燃剂，在阻燃剂中引入氮元素和Si-O链，且能与丁苯橡胶均匀分散，再与聚磷酸铵、次磷酸铝相互配合，构成膨胀阻燃体系，协同阻燃，还能增加橡胶的热稳定性，从而大大增加阻燃性且无卤素；改性纳米二氧化硅、改性蒙脱土和纳米氧化镁相互配合，可以进一步增加阻燃性，阻燃剂可以降低改性纳米二氧化硅、改性蒙脱土和纳米氧化镁作为填料的用量，改性纳米二氧化硅、改性蒙脱土和纳米氧化镁与丁苯橡胶相互配合，可以增加本发明的机械性能；马来酸酐接枝相容剂和Si69、聚乙烯蜡相互配合，可以促进各物质均匀分散，进一步增加电缆的机械性能。

     技术难点：1、电缆组成结构：包括缆芯以及缆芯外侧由内至外依次包覆的无卤高阻燃带绕 包层、内衬层、铠装层和外护套；缆芯由四根绝缘单线绞合构成，绝缘单线包括导体和包覆在导体表面的绝缘层；2、电缆外护套专用料配制：原料按重量份包括：丁苯橡胶110份，填料35份，柠檬酸三丁酯2份，硫磺0.7份，促进剂D1.2份，阻燃剂25份，阻燃助剂12份，抗氧剂3份，相容剂3份，聚乙烯蜡3份。3、电缆专用料中阻燃剂的研制工艺：在阻燃剂的制备过程中，将三聚氯氰与γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、二氧六环混匀，降温至3℃，保温搅拌1.5h，升温至45℃，保温搅拌4h，升温至100℃，保温搅拌11h，冷却至室温，过滤取滤饼，乙醇洗涤得到物料A；将物料A加入质量分数为4wt％四甲基氢氧化铵水溶液中，升温至65℃，在氮气保护下，保温搅拌8h，减压蒸馏除去水，于65℃减压干燥9h得到阻燃剂，其中，三聚氯氰与γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的摩尔比为1：3.2，物料A与四甲基氢氧化铵水溶液的摩尔比为0.5：25。

电缆专用料其他辅料的配比研制：阻燃助剂为聚磷酸铵、次磷酸铝，其中，聚磷酸铵、次磷酸铝的摩尔比为2.5：1；填料为硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅、硅烷偶联剂改性蒙脱土和纳米氧化镁，其中，硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅、硅烷偶联剂改性蒙脱土和纳米氧化镁的摩尔比为4：1.5：0.5；相容剂为马来酸酐接枝相容剂和Si69，其中，马来酸酐接枝相容剂和Si69的摩尔比为1：2.5。

期望实现的主要技术目标

安徽华能电缆集团有限公司，立项“城市云轨用耐磨高阻燃电缆关键技术攻关”，通过项目的开展，预期成果主要有：

1、新技术：该电缆专用护套料的自主研发，符合产品用料标准的要求，满足产品的实际工艺需求，该材料主要用于轨道交通领域，与其他同类产品相比，具有阻燃性、机械性能好，使用寿命长等特点，显著提升电缆阻燃性、机械性能，有效保障轨道交通安全运行，保障公共安全，促进技术水平进步；

2、新成果：研制城市云轨用电缆，满足轨道交通电缆应用要求,申请专利3项，其中申请发明专利1项；

3、新产品：成果转化应用，形成新产品，产品技术水平将达到国内领先水平，预计可实现年产轨道交通电缆2000km，新增销售收入3000万元，新增利税500万元。同时，项目提高了企业研发人员占比和研发投入占比，强化了企业的技术创新能力，倡导了建立产业战略技术联盟，并实现技术联合攻关，高端特种电缆产业化，突破行业发展技术瓶颈，打造了具有特色产品、专业制造能力强、配套产品齐全，差异化发展和区域竞争优势的线缆企业，对行业发展和轨道交通电缆技术发展有着较为深远的影响。

需求解析

解析单位：安徽省芜湖市 解析时间：2022-11-09

赵夫涛

浙江大学技术转移中心

主任助理

综合评价

此需求描述基本清晰，专家初步了解后可以进行跟进。此需求若能突破，将解决城市云轨用耐磨高阻燃电缆问题。可寻求相关领域的专家协助进行开发，利用专家的技术、资源 等提供设计思路，企业根据思路进行试制，双方进行产学研合作，共同解决问题。

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