CN105161193A - 一种高性能复合防火电缆及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能复合防火电缆及其制作方法，该电缆一种高性能复合防火电缆，包括多个电缆内芯，以及多股电缆内芯外依次包覆的陶瓷纤维耐火带、第二硅橡胶复合材料阻燃层、第二纳米阻燃绝缘层和阻燃外护套；多股电缆内芯相互对称设置，每股电缆内芯均包括导体芯组，以及导体芯组外依次包覆的第一硅橡胶复合材料阻燃层和第一纳米阻燃绝缘层；在多股电缆内芯相互之间，以及电缆内芯1与陶瓷纤维耐火带之间均填充有阻燃填充料；本电缆的耐火试验不仅满足国标GB/T19216的要求；还可满足英国BS6387标准中规定的C级、W级和Z级的要求；试验过程中，电缆既不短路也不开路。

Description

一种高性能复合防火电缆及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种计算机信号数据电缆，具体是一种高性能复合防火电缆及其制作方法。

背景技术

随着国民经济的迅速发展，电缆的使用量和铺设密集程度越来越高，近年来由电气引起的火灾逐年增多，而其中由于电线电缆原因所引发的火灾占相当大的比例。在火灾中，由于电缆起火蔓延而释放出的腐蚀性及有毒气体、产生的大量烟雾等所造成的“二次灾害”，已引起人们的重视，因此有关部门对电缆防火、阻燃等特性的要求也越来越高，不仅要求电缆线路具有高的可靠性，而且要求它对周围环境的安全性。GB50217-94《电力工程电缆设计规范》已把采用阻燃电缆、耐火电缆等作为电缆防火的重要措施，明确规定在某些场所应选用阻燃电缆或其它类型的防火电缆。

就目前而言，电缆行业习惯将阻燃、耐火、低烟低卤或低烟无卤型阻燃电缆统称为防火电缆。然而，这些产品因其性能指标、制造技术的不同，其应用的范围也不同。普通的阻燃电线电缆不易着火或着火后燃烧仅局限在一定范围之内，因此它能抑制火焰蔓延，可以提高整条电缆线路的防火水平，通常用于电缆敷设密集程度较高的空旷而通风良好的场所。耐火电缆的主要特点是在着火燃烧的情况下仍能保持一定时间的安全运行，以保证火灾时消防、报警系统、应急供电回路等都能继续通电，使救灾工作能够正常进行。而低烟低卤、低烟无卤型阻燃电缆在燃烧时产生的烟雾和有害气体较少，可以将“二次灾害”带来的损失减至较低程度，因此适用于要求比较高的地铁、隧道、船舶和车辆、发电站以及重要的高层建筑等。但这几种电缆在火势凶猛、风力强劲、高温、高压情况下就失去了它的正常特性而不能满足使用要求，因为它们多为有机材料，在着火情况下容易燃烧，并发出很多热量，加速电缆的燃烧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能复合防火电缆及其制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高性能复合防火电缆，包括多个电缆内芯，以及多股电缆内芯外依次包覆的陶瓷纤维耐火带、第二硅橡胶复合材料阻燃层、第二纳米阻燃绝缘层和阻燃外护套；多股电缆内芯相互对称设置，每股电缆内芯均包括导体芯组，以及导体芯组外依次包覆的第一硅橡胶复合材料阻燃层和第一纳米阻燃绝缘层；在多股电缆内芯相互之间，以及电缆内芯与陶瓷纤维耐火带之间均填充有阻燃填充料；

所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土150-250份、乙烯-醋酸乙烯共聚物100-200份、聚醚改性硅油50-100份、炭黑30-50份、纳米氮化硅15-25份、玻璃纤维15-25份、醋酸锡2-6份；

所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和第二硅橡胶复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料30-60份、多聚磷酸铵20-30份、三聚氰胺10-20份、季戊四醇20-30份、纳米氧化硅10-20份、纳米氮化硅5-10份、碳纳米管5-10份、焦磷酸铁2-8、硅烷偶联剂2-8份；

所述第一纳米阻燃绝缘层和第二纳米阻燃绝缘层的材料相同，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂50-150份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂2-10份、纳米氮化硼2-10份、纳米氧化镁2-10份、纳米介孔分子筛2-10份、促进剂3-8份、增塑剂0.5-1.5份、防老剂1-4份。

作为本发明进一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土180-220份、乙烯-醋酸乙烯共聚物140-160份、聚醚改性硅油70-80份、炭黑35-45份、纳米氮化硅18-22份、玻璃纤维18-22份、醋酸锡3-5份。

作为本发明进一步的方案：所述陶瓷纤维耐火带由一层陶瓷硅胶和一层玻璃纤维粘合而成，厚度为0.2-0.5mm，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。

作为本发明进一步的方案：所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料40-50份、多聚磷酸铵24-26份、三聚氰胺14-16份、季戊四醇24-26份、纳米氧化硅14-16份、纳米氮化硅7-8份、碳纳米管7-8份、焦磷酸铁4-6份、硅烷偶联剂4-6份。

作为本发明进一步的方案：所述第一纳米阻燃绝缘层和/或第二纳米阻燃绝缘层，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂80-120份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂5-7份、纳米氮化硼5-7份、纳米氧化镁5-7份、纳米介孔分子筛5-7份、促进剂4-6份、增塑剂0.8-1.2份、防老剂2-3份。

作为本发明进一步的方案：所述阻燃外护套采用低烟无卤阻燃高强度耐磨弹性体制成。

作为本发明进一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土200份、乙烯-醋酸乙烯共聚物150份、聚醚改性硅油75份、炭黑40份、纳米氮化硅20份、玻璃纤维20份、醋酸锡4份。

作为本发明进一步的方案：所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料45份、多聚磷酸铵25份、三聚氰胺15份、季戊四醇25份、纳米氧化硅15份、纳米氮化硅7.5份、碳纳米管7.5份、焦磷酸铁5份、硅烷偶联剂5份。

作为本发明进一步的方案：所述第一纳米阻燃绝缘层和/或第二纳米阻燃绝缘层，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂6份、纳米氮化硼6份、纳米氧化镁6份、纳米介孔分子筛6份、促进剂5份、增塑剂1份、防老剂2.5份。

一种高性能复合防火电缆的制作方法，具体步骤为：

（1）采用数根导体绞合成一根导体芯组，然后采用双层共挤工艺在导体芯组外自内向外依次包覆第一硅橡胶复合材料阻燃层和第一纳米阻燃绝缘层；即得到单根电缆内芯；

（2）将数根电缆内芯合股成一股总缆，并用挤出工艺在一股总缆外面包覆阻燃填充料，接着采用绕包工艺在阻燃填充料外绕包陶瓷纤维耐火带；

（3）采用三层共挤工艺，在陶瓷纤维耐火带外自内向外依次包覆第二硅橡胶复合材料阻燃层、第二纳米阻燃绝缘层和阻燃外护套；即得到高性能复合防火电缆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明设计的高性能复合防火电缆的耐火试验不仅满足国标GB/T19216的要求，在导体之间施加1000V电压，在火焰温度为950-1000℃的火焰中燃烧3h，电缆既不短路也不开路。还可满足英国BS6387标准中规定的A级、B级和C级的要求，同时，在燃烧中还可耐受水喷淋（W级）与抗机械冲击（X级、Y级、Z级)；试验过程中，电缆既不短路也不开路。

本电缆符合阻燃A类，是阻燃的最高级别，阻燃性即为了熄灭、减少或抑制材料的燃烧，通常在材料中添加阻燃剂，使得材料在燃烧时具有阻止或延缓火焰蔓延的性能。在外火源消失的情况下，经过一段时间能够自熄。为达到阻燃A类要求，在结构设计上，采用陶瓷纤维耐火带、阻燃外护套以及自制的硅橡胶复合材料阻燃层、纳米阻燃绝缘层和阻燃填充料等材料来进行多重保护，使得产品的综合机械形成大幅提高。

附图说明

图1为高性能复合防火电缆的剖面图。

图中：1-电缆内芯、11-导体芯组、12-第一硅橡胶复合材料阻燃层、13-第一纳米阻燃绝缘层、2-阻燃填充料、3-陶瓷纤维耐火带、4-第二硅橡胶复合材料阻燃层、5-第二纳米阻燃绝缘层、6-阻燃外护套。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种高性能复合防火电缆，包括多个电缆内芯1，以及多股电缆内芯1外依次包覆的陶瓷纤维耐火带3、第二硅橡胶复合材料阻燃层4、第二纳米阻燃绝缘层5和阻燃外护套6；多股电缆内芯1相互对称设置，每股电缆内芯1均包括导体芯组11，以及导体芯组11外依次包覆的第一硅橡胶复合材料阻燃层12和第一纳米阻燃绝缘层13；在多股电缆内芯1相互之间，以及电缆内芯1与陶瓷纤维耐火带3之间均填充有阻燃填充料2。

本发明中，所述阻燃填充料2为自制材料，其按照重量份的组分为：微米级高岭土150-250份、乙烯-醋酸乙烯共聚物100-200份、聚醚改性硅油50-100份、炭黑30-50份、纳米氮化硅15-25份、玻璃纤维15-25份、醋酸锡2-6份。作为优选，所述阻燃填充料2按照重量份的组分为：微米级高岭土180-220份、乙烯-醋酸乙烯共聚物140-160份、聚醚改性硅油70-80份、炭黑35-45份、纳米氮化硅18-22份、玻璃纤维18-22份、醋酸锡3-5份。

本发明中，所述阻燃填充料2在常温下保持软性散粉状，保证了成品电缆在使用时的可弯曲，陶瓷纤维耐火带3绕包在阻燃填充料2的外部，陶瓷纤维耐火带3具有隔火和阻燃的性能，它能将在常温下呈粉团状的阻燃填充料2裹紧；而在遇到火灾时，阻燃填充料2能形成具有隔热、防火的陶瓷管，使电缆内芯1可以在瓷管中安然工作，从而使电缆满足在负载1000V工作条件下承受950℃、3小时的燃烧，同时具有抗喷淋、抗机械撞击的功能。

本发明中，所述陶瓷纤维耐火带3为现有材料，其由一层陶瓷硅胶和一层玻璃纤维粘合而成，厚度为0.2-0.5mm，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。此材料在-70℃—210℃时柔软、有弹性、强度高、机械性绝缘性优异。使得电缆具有柔软、隔音、抗冲击等特点，施工铺设便利。

本发明中，所述第一硅橡胶复合材料阻燃层12和第二硅橡胶复合材料阻燃层4的材料相同，且为自制材料，其按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料30-60份、多聚磷酸铵20-30份、三聚氰胺10-20份、季戊四醇20-30份、纳米氧化硅10-20份、纳米氮化硅5-10份、碳纳米管5-10份、焦磷酸铁2-8、硅烷偶联剂2-8份。作为优选，所述第一硅橡胶复合材料阻燃层12和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层4，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料40-50份、多聚磷酸铵24-26份、三聚氰胺14-16份、季戊四醇24-26份、纳米氧化硅14-16份、纳米氮化硅7-8份、碳纳米管7-8份、焦磷酸铁4-6份、硅烷偶联剂4-6份。

本发明中，所述第一纳米阻燃绝缘层13和第二纳米阻燃绝缘层5的材料相同，且为自制材料，其按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂50-150份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂2-10份、纳米氮化硼2-10份、纳米氧化镁2-10份、纳米介孔分子筛2-10份、促进剂3-8份、增塑剂0.5-1.5份、防老剂1-4份。作为优选，所述第一纳米阻燃绝缘层13和/或第二纳米阻燃绝缘层5，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂80-120份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂5-7份、纳米氮化硼5-7份、纳米氧化镁5-7份、纳米介孔分子筛5-7份、促进剂4-6份、增塑剂0.8-1.2份、防老剂2-3份。

本发明中，所述阻燃外护套6为现有材料，其采用低烟无卤阻燃高强度耐磨弹性体制成。

实施例1

一种高性能复合防火电缆的制作方法，具体步骤为：

（1）采用数根导体绞合成一根导体芯组11，然后采用双层共挤工艺在导体芯组11外自内向外依次包覆第一硅橡胶复合材料阻燃层12和第一纳米阻燃绝缘层13；即得到单根电缆内芯1；

（2）将数根电缆内芯1合股成一股总缆，并用挤出工艺在一股总缆外面包覆阻燃填充料2，接着采用绕包工艺在阻燃填充料2外绕包陶瓷纤维耐火带3；

（3）采用三层共挤工艺，在陶瓷纤维耐火带3外自内向外依次包覆第二硅橡胶复合材料阻燃层4、第二纳米阻燃绝缘层5和阻燃外护套6；即得到高性能复合防火电缆。

其中，所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土200份、乙烯-醋酸乙烯共聚物150份、聚醚改性硅油75份、炭黑40份、纳米氮化硅20份、玻璃纤维20份、醋酸锡4份。所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料45份、多聚磷酸铵25份、三聚氰胺15份、季戊四醇25份、纳米氧化硅15份、纳米氮化硅7.5份、碳纳米管7.5份、焦磷酸铁5份、硅烷偶联剂5份。所述第一纳米阻燃绝缘层和/或第二纳米阻燃绝缘层，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂6份、纳米氮化硼6份、纳米氧化镁6份、纳米介孔分子筛6份、促进剂5份、增塑剂1份、防老剂2.5份。

防火实验：

1.对上述实施例制备的高性能复合防火电缆进行专项实验的检测报告摘录如下：

2.对本产品进行型式试验的检测报告摘录如下：

可见，本发明设计的高性能复合防火电缆的耐火试验不仅满足国标GB/T19216的要求，在导体之间施加1000V电压，在火焰温度为950-1000℃的火焰中燃烧3h，电缆既不短路也不开路。还可满足英国BS6387标准中规定的A级、B级和C级的要求，同时，在燃烧中还可耐受水喷淋（W级）与抗机械冲击（X级、Y级、Z级）；试验过程中，电缆既不短路也不开路。

本电缆符合阻燃A类，是阻燃的最高级别，阻燃性即为了熄灭、减少或抑制材料的燃烧，通常在材料中添加阻燃剂，使得材料在燃烧时具有阻止或延缓火焰蔓延的性能。在外火源消失的情况下，经过一段时间能够自熄。为达到阻燃A类要求，在结构设计上，采用陶瓷纤维耐火带、阻燃外护套以及自制的硅橡胶复合材料阻燃层、纳米阻燃绝缘层和阻燃填充料等材料来进行多重保护，使得产品的综合机械形成大幅提高。

对比例1

一种复合防火电缆的制作方法，具体步骤为：

（1）采用数根导体绞合成一根导体芯组11，然后采用双层共挤工艺在导体芯组11外自内向外依次包覆第一硅橡胶复合材料阻燃层12和第一纳米阻燃绝缘层13；即得到单根电缆内芯1；

（2）将数根电缆内芯1合股成一股总缆，然后采用三层共挤工艺，在陶瓷纤维耐火带3外自内向外依次包覆第二硅橡胶复合材料阻燃层4、第二纳米阻燃绝缘层5和阻燃外护套6；即得到复合防火电缆。

其中，所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料45份、多聚磷酸铵25份、三聚氰胺15份、季戊四醇25份、纳米氧化硅15份、纳米氮化硅7.5份、碳纳米管7.5份、焦磷酸铁5份、硅烷偶联剂5份。所述第一纳米阻燃绝缘层和/或第二纳米阻燃绝缘层，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂6份、纳米氮化硼6份、纳米氧化镁6份、纳米介孔分子筛6份、促进剂5份、增塑剂1份、防老剂2.5份。

防火实验：

1.对上述实施例制备的高性能复合防火电缆进行专项实验的检测报告摘录如下：

2.对本产品进行型式试验的检测报告摘录如下：

可见，阻燃填充料在高温下可以起到很好的抗机械冲击作用；硅橡胶复合材料阻燃层和纳米阻燃绝缘层复合作用具有很好的防火效果。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种高性能复合防火电缆，其特征在于，包括多个电缆内芯，以及多股电缆内芯外依次包覆的陶瓷纤维耐火带、第二硅橡胶复合材料阻燃层、第二纳米阻燃绝缘层和阻燃外护套；多股电缆内芯相互对称设置，每股电缆内芯均包括导体芯组，以及导体芯组外依次包覆的第一硅橡胶复合材料阻燃层和第一纳米阻燃绝缘层；在多股电缆内芯相互之间，以及电缆内芯与陶瓷纤维耐火带之间均填充有阻燃填充料；

所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土150-250份、乙烯-醋酸乙烯共聚物100-200份、聚醚改性硅油50-100份、炭黑30-50份、纳米氮化硅15-25份、玻璃纤维15-25份、醋酸锡2-6份；

所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和第二硅橡胶复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料30-60份、多聚磷酸铵20-30份、三聚氰胺10-20份、季戊四醇20-30份、纳米氧化硅10-20份、纳米氮化硅5-10份、碳纳米管5-10份、焦磷酸铁2-8、硅烷偶联剂2-8份；

所述第一纳米阻燃绝缘层和第二纳米阻燃绝缘层的材料相同，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂50-150份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂2-10份、纳米氮化硼2-10份、纳米氧化镁2-10份、纳米介孔分子筛2-10份、促进剂3-8份、增塑剂0.5-1.5份、防老剂1-4份。

2.根据权利要求1所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土180-220份、乙烯-醋酸乙烯共聚物140-160份、聚醚改性硅油70-80份、炭黑35-45份、纳米氮化硅18-22份、玻璃纤维18-22份、醋酸锡3-5份。

3.根据权利要求1所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述陶瓷纤维耐火带由一层陶瓷硅胶和一层玻璃纤维粘合而成，厚度为0.2-0.5mm，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。

4.根据权利要求1所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料40-50份、多聚磷酸铵24-26份、三聚氰胺14-16份、季戊四醇24-26份、纳米氧化硅14-16份、纳米氮化硅7-8份、碳纳米管7-8份、焦磷酸铁4-6份、硅烷偶联剂4-6份。

5.根据权利要求1所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述第一纳米阻燃绝缘层和/或第二纳米阻燃绝缘层，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂80-120份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂5-7份、纳米氮化硼5-7份、纳米氧化镁5-7份、纳米介孔分子筛5-7份、促进剂4-6份、增塑剂0.8-1.2份、防老剂2-3份。

6.根据权利要求1所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述阻燃外护套采用低烟无卤阻燃高强度耐磨弹性体制成。

7.根据权利要求1-6之一所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土200份、乙烯-醋酸乙烯共聚物150份、聚醚改性硅油75份、炭黑40份、纳米氮化硅20份、玻璃纤维20份、醋酸锡4份。

8.根据权利要求1-6之一所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述第一硅橡胶复合材料阻燃层和/或第二硅橡胶复合材料阻燃层，按照重量份的组分为：有机硅橡胶废料45份、多聚磷酸铵25份、三聚氰胺15份、季戊四醇25份、纳米氧化硅15份、纳米氮化硅7.5份、碳纳米管7.5份、焦磷酸铁5份、硅烷偶联剂5份。

9.根据权利要求1-6之一所述的高性能复合防火电缆，其特征在于，所述第一纳米阻燃绝缘层和/或第二纳米阻燃绝缘层，按照重量份的组分为：水性丙烯酸树脂100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂6份、纳米氮化硼6份、纳米氧化镁6份、纳米介孔分子筛6份、促进剂5份、增塑剂1份、防老剂2.5份。

10.一种如权利要求1-8之一所述的高性能复合防火电缆的制作方法，具体步骤为：

（1）采用数根导体绞合成一根导体芯组，然后采用双层共挤工艺在导体芯组外自内向外依次包覆第一硅橡胶复合材料阻燃层和第一纳米阻燃绝缘层；即得到单根电缆内芯；

（2）将数根电缆内芯合股成一股总缆，并用挤出工艺在一股总缆外面包覆阻燃填充料，接着采用绕包工艺在阻燃填充料外绕包陶瓷纤维耐火带；

（3）采用三层共挤工艺，在陶瓷纤维耐火带外自内向外依次包覆第二硅橡胶复合材料阻燃层、第二纳米阻燃绝缘层和阻燃外护套；即得到高性能复合防火电缆。