CN105047288B - 半导电高阻燃包带、其制作方法及电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导电高阻燃包带、其制作方法及电缆。该半导电高阻燃包带包括玻纤布和设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，阻燃涂层为包括纳米导电颗粒和黄沙土的涂层。该导电高阻燃包带具有良好的半导电性能且阻燃性能优(氧指数＞60％)，耐高温(正常工作温度180℃)、隔热、无卤、具有短时间内有耐火性能，抗张强度高，制作简便。该半导电高阻燃包带专用于中高压耐火电缆、中高压高阻燃电缆内部线芯捆扎、绕包，具有消除静电及阻燃等作用。
Description
技术领域
本发明涉及半导电技术领域，具体而言，涉及一种半导电高阻燃包带、其制作方法及电缆。
背景技术
电力电缆主要包括导体，包绕在导体外的绝缘层，以及设置在绝缘层外的阻燃包带。阻燃包带一般是将单一的阻燃剂与线缆料混合制成，大量使用的阻燃剂，在燃烧时会产生大量烟雾和有毒气体，而且极易受到雨水的冲刷，受潮后易变性，稳定性差，阻火有效性能受到严重影响。这种电力电缆作为地铁轨道交通用时，因为长时间处于地下，防火和防水性能要求。用于中高压电缆还要具有良好的半导电性能。
为了解决上述问题，技术人员尝试在无纺布或其它玻纤布表面涂覆AL(OH)3、MG(OH)2与水性半导电丙烯酸混合液，经烘干、收卷，分切后形成阻燃包带。比如，中国专利101950623A公开了一种半导电阻燃胶，包括丙烯酸粘合剂、粒径为1～15微米的氢氧化镁或氢氧化铝、三氯乙基磷酸酯和导电碳黑。然而，在高温(250-350℃)下AL(OH)3、MG(OH)2能吸收热量及分解成水等成分，而起阻燃作用。但在持久高温下，将失去阻燃效果且无隔热层形成，高温易进入线芯内部，无短时间耐火性能。
技术人员还通过在聚合物基体中添加无机阻燃填料，然后再成型得到阻燃包带。例如，中国专利CN 101916612 A公开了一种阻燃包带，该包含由聚合物基体和无机阻燃填料组成的阻燃组合物和脱水剂，其制备过程为：将聚合物基体和无机阻燃填料放入密闭式Banbury混合机中混合，当温度升至200℃时添加脱水剂，充分混合10-15分钟，然后将此组合物从机筒中挤出在包含绝缘层的碳纤维复合芯导线上。然而，上述方法的工艺步骤复杂、成本较高，且所制备的阻燃包带的阻燃性较差，且不具备导电性能。
综上所述，如何以提供一种阻燃持久、隔绝高温的半导电阻燃材料，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种半导电高阻燃包带、其制作方法及电缆，以提供一种阻燃持久、隔绝高温的半导电阻燃材料。
根据本发明的一个方面，提供了一种半导电高阻燃包带，该半导电高阻燃包带包括玻纤布和设置于玻纤布的两个相对表面上的阻燃涂层，阻燃涂层为包括纳米导电颗粒和黄沙土的涂层。
进一步地，阻燃涂层为包括10～40wt％的纳米导电颗粒和60～90wt％黄沙土的涂层。
进一步地，阻燃涂层由包含纳米导电颗粒和黄沙的混合液进行喷涂和烘干后得到。
进一步地，混合液包含15～30wt％的纳米导电颗粒、45～70wt％的黄沙土和15～30wt％的丙烯酸乳液。
进一步地，纳米导电颗粒选自纳米碳黑、纳米中空碳管或纳米银颗粒中的任一种或多种。
进一步地，阻燃涂层的厚度为0.025～0.05mm，玻纤布的厚度为0.05～0.5mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的半导电高阻燃包带的制作方法，该制作方法包括以下步骤：配制包含纳米导电颗粒和黄沙土的混合液；将混合液喷涂至玻纤布的两个相对表面上，然后对混合液进行真空烘干。
进一步地，配制混合液的步骤包括：将混合液包含15～30wt％的纳米导电颗粒、45～70wt％的黄沙土和15～30wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液。
进一步地，采用智能喷枪进行喷涂，其中喷涂压力为2～4kg/m2，喷涂量为5～150g/m2，喷涂速度为10～20kg/小时；真空烘干的步骤中，烘干压力小于等于负一个大气压，烘干温度为150～180℃。
根据本发明的又一方面，提供了一种电缆，包括线芯，以及包裹线芯的半导电高阻燃包带，其中半导电高阻燃包带为本发明提供的上述半导电高阻燃包带。
本发明提供的半导电高阻燃包带具有良好的半导电性能且阻燃性能优(氧指数＞60％)，耐高温(正常工作温度180℃)、隔热、无卤、具有短时间内有耐火性能，抗张强度高，制作简便。该半导电高阻燃包带专用于中压耐火电缆、中压高阻燃电缆内部线芯捆扎、绕包，具有消除静电及阻燃等作用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式所提供的半导电高阻燃包带的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种半导电高阻燃包带。如图1所示，该半导电高阻燃包带包括玻纤布和设置于玻纤布的两个相对表面上的阻燃涂层，阻燃涂层为包括纳米导电颗粒和黄沙土的涂层。
本发明提供的半导电高阻燃包带具有良好的半导电性能且阻燃性能优(氧指数＞60％)，耐高温(正常工作温度180℃)、隔热、无卤、具有短时间内有耐火性能，抗张强度高，制作简便。该半导电高阻燃包带专用于中高压耐火电缆、中高压高阻燃电缆内部线芯捆扎、绕包，具有消除静电及阻燃等作用。
其阻燃防火原理为：玻纤布是很好的阻燃材料熔点在500℃以上，而黄沙土是一种高性能不燃物体，在5000℃的高温下不熔化、不失重不熔化及蒸发，而且在高温下，黄沙土还是一种很好的隔热材料，用黄沙土做涂覆材料既可填充玻纤布纺织中的网格空间，中间在燃烧状态下防止火焰从中间窜过，又可在玻纤布表面在高温下形成一层薄层的阻燃耐火层。
因阻燃涂层含有纳米导电颗(例如纳米导电碳黑)，涂覆后表面电阻可小于1×102Ω.㎝，体积电阻小于1×103Ω.㎝即具有导电性能，又具有阻燃、耐火特性，特别是在生产中压阻燃船用电缆、高压阻燃矿用电缆及中压阻燃特种电缆中更具有优越性能。
优选地，阻燃涂层为包括10～40wt％的纳米导电颗粒和60～90wt％黄沙土的涂层。且具体地，阻燃涂层可由包含纳米导电颗粒和黄沙的混合液进行喷涂和烘干后得到。混合液可以采用本领域中常见的类型，只要混合液中包含纳米导电颗粒和黄沙并且能够进行喷涂即可。而发明人进行实验研究后发现，当混合液包含15～30wt％的纳米导电颗粒、45～70wt％的黄沙土和15～30wt％的丙烯酸乳液，所制备得到的半导电高阻燃包带的绝缘性更高、耐高温更好更好。
本发明提供的纳米导电颗粒涂层中，纳米导电颗粒可以采用本领域中常见的类型，例如纳米导电颗粒选自纳米碳黑、纳米中空碳管或纳米银颗粒中的任一种或多种。优选地，纳米导电颗粒的粒径小于100nm。阻燃涂层的厚度可以为0.025～0.05mm，玻纤布的厚度可以为0.05～0.5mm。
进一步地，发明人发现，当纳米导电颗粒为纳米中空碳管，或者纳米中空碳管和纳米碳黑时，所制备得到的半导电高阻燃包带的绝缘性更高、耐高温更好。当然，纳米导电颗粒的类型并不限于上述实施例，还可以为其他导电颗粒，例如纳米铝颗粒，或者镀铝银颗粒等。
根据本发明的另一个方面，提供了一种上述半导电高阻燃包带的制作方法，该制作方法包括以下步骤：配制包含纳米导电颗粒和黄沙土的混合液；将混合液喷涂至玻纤布的两个相对表面上，然后对混合液进行真空烘干。
上述生产工艺简单，制作过程环境友好，采用高温真空烘干技术，达到高效、节能目的。该项目产品性能优、造价低、用途广泛，目前在国内及世界上其它国家均没有使用。所制备的半导电高阻燃包带具有良好的半导电性能且阻燃性能优(氧指数＞60％)，耐高温(正常工作温度180℃)、隔热、无卤、具有短时间内有耐火性能，抗张强度高，制作简便。该半导电高阻燃包带专用于中高压耐火电缆、中高压高阻燃电缆内部线芯捆扎、绕包，具有消除静电及阻燃等作用。
上述制作方法中，关键技术有两个：一是混合液配制，二是喷枪喷涂技术控制及真空干燥技术，这两个技术之间相互关联。发明人经过大量实验和理论研究后，得到了最佳工艺参数，包括：第一方面，配制混合液的步骤包括：将混合液包含15～30wt％的纳米导电颗粒、45～70wt％的黄沙土和15～30wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液。第二方面，采用智能喷枪进行喷涂，其中喷涂压力为2～4kg/m2，喷涂量为5～150g/m2，喷涂速度为10～20kg/小时；真空烘干的步骤中，烘干压力小于等于负一个大气压，烘干温度为150～180℃。
其中，压力设定在2～4kg/m2的目的是使喷嘴喷出液体要达到雾状的智能喷枪。实验结果表明，采用上述最佳工艺参数所制备的纳米导电颗粒涂层的绝缘性更高、耐高温更好、防水性更好。当然，混合液配制、喷枪喷涂技术控制及真空干燥技术的工艺参数并不仅限于上述实施例。
优选地，玻纤布为：经纱45支两股，密度在1公分内有12-16股；纬纱30支单股或45支双股，密度在1公分内有12-14根。
当然，半导电高阻燃包带的制作方法还包括后续步骤，例如收卷，真空包装等，其具体方法及参数为本领域现有技术，在此不再赘述。
本发明还提供了一种电缆，提供了一种电缆，包括线芯，以及包裹线芯的半导电高阻燃包带，其中半导电高阻燃包带为本发明提供的上述半导电高阻燃包带。
下面将结合实施例进一步说明本发明提供的半导电高阻燃包带及其制作方法。
实施例1
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.05mm，阻燃涂层为包括40wt％的纳米导电颗粒和60wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股或45支双股，密度在1公分内有14根，厚度为0.5mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将30wt％的纳米导电颗粒、45wt％的黄沙土和25wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为3kg/m2，喷涂量为7g/m2，喷涂速度为15kg/小时；(3)对混合液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为160℃。
实施例2
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.025mm，阻燃涂层为包括10wt％的纳米导电颗粒和90wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱45支双股，密度在1公分内有14根，厚度为0.05mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将7wt％的纳米导电颗粒、63wt％的黄沙土和30wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为3kg/m2，喷涂量为7g/m2，喷涂速度为15kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为160℃。
实施例3
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.03mm，阻燃涂层为包括20wt％的纳米导电颗粒和80wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股，密度在1公分内有14根，厚度为0.4mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将17wt％的纳米导电颗粒、68wt％的黄沙土和15wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为3kg/m2，喷涂量为7g/m2，喷涂速度为15kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为160℃。
实施例4
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.03mm，阻燃涂层为包括20wt％的纳米导电颗粒和80wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股，密度在1公分内有14根，厚度为0.4mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将17wt％的纳米导电颗粒、68wt％的黄沙土和15wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为3kg/m2，喷涂量为7g/m2，喷涂速度为15kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为160℃。
实施例5
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.03mm，阻燃涂层为包括20wt％的纳米导电颗粒和80wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股，密度在1公分内有14根，厚度为0.4mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将17wt％的纳米导电颗粒、68wt％的黄沙土和15wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为3kg/m2，喷涂量为7g/m2，喷涂速度为15kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为160℃。
实施例6
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.03mm，阻燃涂层为包括20wt％的纳米导电颗粒和80wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股，密度在1公分内有14根，厚度为0.4mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将17wt％的纳米导电颗粒、68wt％的黄沙土和15wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为2kg/m2，喷涂量为5g/m2，喷涂速度为10kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为170℃。
实施例7
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.03mm，阻燃涂层为包括20wt％的纳米导电颗粒和80wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股，密度在1公分内有14根，厚度为0.4mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将17wt％的纳米导电颗粒、68wt％的黄沙土和15wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为4kg/m2，喷涂量为10g/m2，喷涂速度为20kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为150℃。
实施例8
本实施例提供的半导电高阻燃包带包括玻纤布，以及设置于玻纤布表面上的阻燃涂层，其中阻燃涂层的厚度为0.03mm，阻燃涂层为包括20wt％的纳米导电颗粒和80wt％黄沙土的涂层，玻纤布(经纱45支两股，密度在1公分内有16股；纬纱30支单股，密度在1公分内有14根，厚度为0.4mm)。
上述半导电高阻燃包带的制作方法包括以下步骤：(1)配制混合液：将17wt％的纳米导电颗粒、68wt％的黄沙土和15wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到混合液(2)采用智能喷枪将混合液喷涂至聚酯薄膜的一个表面上，其中喷涂压力为4.5kg/m2，喷涂量为10.4g/m2，喷涂速度为21kg/小时；(3)对导电液进行真空烘干，其中烘干压力小于负一个大气压，烘干温度为180℃。
对比例1
本对比例提供的半导电高阻燃包带为：在无纺布或其它玻纤布表面涂覆AL(OH)3、MG(OH)2与水性半导电丙烯酸混合液，经烘干、收卷和分切而成。
本发明还测试了实施例1至8以及对比例1得到的产品的性能(包括阻燃持久性、氧指数、体积电阻和表面电阻，测试结果如表1所示。表1
由表1可以得知，与对比例1相比，实施例1至8所得到半导电高阻燃包带具有更高的阻燃持久性、更高的氧指数、更低的体积电阻和表面电阻。
从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果：本发明提供的半导电高阻燃包带具有良好的半导电性能且阻燃性能优(氧指数＞60％)，耐高温(正常工作温度180℃)、隔热、无卤、具有短时间内有耐火性能，抗张强度高，制作简便。该半导电高阻燃包带专用于中高压耐火电缆、中高压高阻燃电缆内部线芯捆扎、绕包，具有消除静电及阻燃等作用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种半导电高阻燃包带，其特征在于，所述半导电高阻燃包带包括玻纤布和设置于所述玻纤布的两个相对表面上的阻燃涂层，所述阻燃涂层为包括纳米导电颗粒和黄沙土的涂层；
所述阻燃涂层由包含所述纳米导电颗粒和所述黄沙的混合液进行喷涂和烘干后得到；所述混合液包含15～30wt％的所述纳米导电颗粒、45～70wt％的所述黄沙土和15～30wt％的丙烯酸乳液；所述纳米导电颗粒选自纳米碳黑、纳米中空碳管或纳米银颗粒中的任一种或多种；所述阻燃涂层的厚度为0.025～0.05mm，所述玻纤布的厚度为0.05～0.5mm。
2.一种如权利要求1所述的半导电高阻燃包带的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
配制包含纳米导电颗粒和黄沙土的混合液；
将所述混合液喷涂至玻纤布的两个相对表面上，然后对所述混合液进行真空烘干。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，配制所述混合液的步骤包括：将15～30wt％的所述纳米导电颗粒、45～70wt％的所述黄沙土和15～30wt％的丙烯酸乳液进行混合搅拌，得到所述混合液。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，
采用智能喷枪进行所述喷涂，其中喷涂压力为2～4kg/m2，喷涂量为5～150g/m2，喷涂速度为10～20kg/小时；
所述真空烘干的步骤中，烘干压力小于等于负一个大气压，烘干温度为150～180℃。
5.一种电缆，其特征在于，所述电缆包括线芯，以及包裹所述线芯的半导电高阻燃包带，所述半导电高阻燃包带为权利要求1所述的半导电高阻燃包带。
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