CN105161203A - 一种耐高温阻燃电缆及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温阻燃电缆及其制备方法，该电缆包括多股电缆内芯以及多股电缆内芯外依次包覆的第二纳米阻燃绝缘层、玻璃纤维耐火带、第二有机硅复合材料阻燃层和阻燃外护套，在多股电缆内芯相互之间，以及电缆内芯与第二纳米阻燃绝缘层之间均填充有阻燃填充料；每股所述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纳米阻燃绝缘层和第一有机硅复合材料阻燃层；本电缆的耐火试验不仅满足国标GB/T？19216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

一种耐高温阻燃电缆及其制作方法

技术领域

本发明涉及电力电缆技术领域，具体是一种耐高温阻燃电缆及其制作方法。

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耐高温阻燃电缆及其制作方法，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：

一种耐高温阻燃电缆，包括多股电缆内芯以及多股电缆内芯外依次包覆的第二纳米阻燃绝缘层、玻璃纤维耐火带、第二有机硅复合材料阻燃层和阻燃外护套，多股所述电缆内芯是以该电缆中心位置设置的一股电缆内芯为中心呈辐射状、两两相互外切紧密排布；在多股电缆内芯相互之间，以及电缆内芯与第二纳米阻燃绝缘层之间均填充有阻燃填充料；每股所述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纳米阻燃绝缘层和第一有机硅复合材料阻燃层；

所述阻燃填充料按照重量份的组分为：磷酸二氢铵100-150份、纤维素醚10-20份、铝酸钴30-50份、十二烷基硫酸钠5-15份、玻璃纤维10-25份、聚醚改性硅油15-25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：膨胀蛭石80-120份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂10-30份、纳米氧化硅10-20份、纳米介孔分子筛5-15份、二氧化锑5-20份、环氧树脂5-25份、增塑剂0.5-2.5份、防老剂1-4份；

所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料60-80份、微米级高岭土50-100份、氨化铍2-10份、重质碳酸钙5-15份、纳米氮化硅10-20份、硅酸钠2-10份、羟基锡酸锌10-20份、钢纤维2-8份、焦磷酸铁2-8份；

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：磷酸二氢铵110-140份、纤维素醚12-18份、铝酸钴35-45份、十二烷基硫酸钠8-12份、玻璃纤维12-20份、聚醚改性硅油18-22份。

作为本发明进一步的方案：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：膨胀蛭石90-110份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂15-25份、纳米氧化硅12-18份、纳米介孔分子筛8-12份、二氧化锑10-15份、环氧树脂10-20份、增塑剂0.5-2份、防老剂2-4份。

作为本发明进一步的方案：所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料65-75份、微米级高岭土60-90份、氨化铍4-8份、重质碳酸钙8-12份、纳米氮化硅12-18份、硅酸钠4-8份、羟基锡酸锌12-18份、钢纤维3-7份、焦磷酸铁3-7份。

作为本发明进一步的方案：所述玻璃纤维耐火带由一层玻璃硅胶和一层钢纤维粘合而成，厚度为0.2-0.4mm，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：所述阻燃填充料按照重量份的组分为：磷酸二氢铵125份、纤维素醚15份、铝酸钴40份、十二烷基硫酸钠10份、玻璃纤维15份、聚醚改性硅油20份。

作为本发明进一步的方案：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：膨胀蛭石100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂20份、纳米氧化硅15份、纳米介孔分子筛10份、二氧化锑12份、环氧树脂15份、增塑剂1.5份、防老剂3份。

作为本发明进一步的方案：所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料70份、微米级高岭土75份、氨化铍5份、重质碳酸钙10份、纳米氮化硅15份、硅酸钠5份、羟基锡酸锌15份、钢纤维5份、焦磷酸铁5份。

本发明还提供一种耐高温阻燃电缆的制作方法，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纳米阻燃绝缘层和第一有机硅复合材料阻燃层；即得到单根电缆内芯；

（2）将数根电缆内芯围绕中心的一根的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第二纳米阻燃绝缘层；

（3）采用三层共挤工艺，在第二纳米阻燃绝缘层外自内向外依次包覆陶瓷纤维耐火带、第二有机硅复合材料阻燃层和阻燃外护套；即得到一种耐高温阻燃电缆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明设计的一种耐高温阻燃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有机硅复合材料阻燃层、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为本发明的剖面图。

其中：1、电缆内芯；11、导体芯组；12、第一纳米阻燃绝缘层；13、第一有机硅复合材料阻燃层；2、阻燃填充料；3、第二纳米阻燃绝缘层；4、玻璃纤维耐火带；5、第二有机硅复合材料阻燃层；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1，一种耐高温阻燃电缆，包括多股电缆内芯1以及多股电缆内芯1外依次包覆的第二纳米阻燃绝缘层3、玻璃纤维耐火带4、第二有机硅复合材料阻燃层5和阻燃外护套6，多股所述电缆内芯1是以该电缆中心位置设置的一股电缆内芯1为中心呈辐射状、两两相互外切紧密排布；在多股电缆内芯1相互之间，以及电缆内芯1与第二纳米阻燃绝缘层3之间均填充有阻燃填充料2；每股所述电缆内芯1均包括导体芯组11，以及导体芯组外依次包覆的第一纳米阻燃绝缘层12和第一有机硅复合材料阻燃层13；

所述阻燃填充料2按照重量份的组分为：磷酸二氢铵100-150份、纤维素醚10-20份、铝酸钴30-50份、十二烷基硫酸钠5-15份、玻璃纤维10-25份、聚醚改性硅油15-25份；

其中，该阻燃填充料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，第二纳米阻燃绝缘层3绕包在阻燃填充料2的外部，第二纳米阻燃绝缘层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，所述第一纳米阻燃绝缘层12和第二纳米阻燃绝缘层3的材料相同，按照重量份的组分为：膨胀蛭石80-120份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂10-30份、纳米氧化硅10-20份、纳米介孔分子筛5-15份、二氧化锑5-20份、环氧树脂5-25份、增塑剂0.5-2.5份、防老剂1-4份；

本发明中，所述第一有机硅复合材料阻燃层13和第二有机硅复合材料阻燃层5的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料60-80份、微米级高岭土50-100份、氨化铍2-10份、重质碳酸钙5-15份、纳米氮化硅10-20份、硅酸钠2-10份、羟基锡酸锌10-20份、钢纤维2-8份、焦磷酸铁2-8份；

本发明中，所述阻燃外护套6采用低烟无卤阻燃高强度耐磨弹性体制成。

本发明中，所述玻璃纤维耐火带4由一层玻璃硅胶和一层钢纤维粘合而成，厚度为0.2-0.4mm，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。

实施例1

一种耐高温阻燃电缆的制作方法，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纳米阻燃绝缘层12和第一有机硅复合材料阻燃层13；即得到单根电缆内芯2；

（2）将数根电缆内芯1围绕中心的一根的电缆内芯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外绕包第二纳米阻燃绝缘层3；

（3）采用三层共挤工艺，在第二纳米阻燃绝缘层3外自内向外依次包覆陶瓷纤维耐火带4、第二有机硅复合材料阻燃5层和阻燃外护套6；即得到一种耐高温阻燃电缆。

其中，所述阻燃填充料按照重量份的组分为：磷酸二氢铵125份、纤维素醚15份、铝酸钴40份、十二烷基硫酸钠10份、玻璃纤维15份、聚醚改性硅油20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：膨胀蛭石100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂20份、纳米氧化硅15份、纳米介孔分子筛10份、二氧化锑12份、环氧树脂15份、增塑剂1.5份、防老剂3份。所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料70份、微米级高岭土75份、氨化铍5份、重质碳酸钙10份、纳米氮化硅15份、硅酸钠5份、羟基锡酸锌15份、钢纤维5份、焦磷酸铁5份。所述玻璃纤维耐火带4由一层玻璃硅胶和一层钢纤维粘合而成，厚度为0.2-0.4mm，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。

防火实验：

1.对上述实施例制备的一种耐高温阻燃电缆进行专项实验的检测报告摘录如下：

序号	英国BS6387标准	标准要求	结果
				1	A级	650℃受火3h后，线路保持完整	合格
2	X级	650℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整	合格
				3	B级	750℃受火3h后，线路保持完整	合格
4	Y级	750℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整	合格
				5	C级	950℃受火3h后，线路保持完整	合格
6	Z级	950℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整	合格
				7	W级	650℃受火15min、水喷淋15min后，线路保持完整	合格

2.对本产品进行型式试验的检测报告摘录如下：

可见，本发明设计的一种耐高温阻燃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有机硅复合材料阻燃层、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

一种耐高温阻燃电缆的制作方法，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纳米阻燃绝缘层12和第一有机硅复合材料阻燃层13；即得到单根电缆内芯2；

（2）将数根电缆内芯1围绕中心的一根的电缆内芯1合股成一股总缆，并采用三层共挤工艺，在电缆内芯1外自内向外依次包覆陶瓷纤维耐火带4、第二有机硅复合材料阻燃5层和阻燃外护套6；即得到一种耐高温阻燃电缆。

其中，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：膨胀蛭石100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂20份、纳米氧化硅15份、纳米介孔分子筛10份、二氧化锑12份、环氧树脂15份、增塑剂1.5份、防老剂3份。所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料70份、微米级高岭土75份、氨化铍5份、重质碳酸钙10份、纳米氮化硅15份、硅酸钠5份、羟基锡酸锌15份、钢纤维5份、焦磷酸铁5份。所述玻璃纤维耐火带4由一层玻璃硅胶和一层钢纤维粘合而成，厚度为0.2-0.4mm，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。

防火实验：

1.对上述实施例制备的一种耐高温阻燃电缆进行专项实验的检测报告摘录如下：

序号	英国BS6387标准	标准要求	结果
				1	A级	650℃受火3h后，线路保持完整	合格
2	X级	650℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整	合格
				3	B级	750℃受火3h后，线路保持完整	合格
4	Y级	750℃受火、机械冲击15min后，线路不完整	不合格
				5	C级	950℃受火3h后，线路保持完整	合格
6	Z级	950℃受火、机械冲击15min后，线路不完整	不合格
				7	W级	650℃受火15min、水喷淋15min后，线路保持完整	合格

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；有机硅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 (9)

1.一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，包括多股电缆内芯以及多股电缆内芯外依次包覆的第二纳米阻燃绝缘层、玻璃纤维耐火带、第二有机硅复合材料阻燃层和阻燃外护套，多股所述电缆内芯是以该电缆中心位置设置的一股电缆内芯为中心呈辐射状、两两相互外切紧密排布；在多股电缆内芯相互之间，以及电缆内芯与第二纳米阻燃绝缘层之间均填充有阻燃填充料；每股所述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纳米阻燃绝缘层和第一有机硅复合材料阻燃层；

所述阻燃填充料按照重量份的组分为：磷酸二氢铵100-150份、纤维素醚10-20份、铝酸钴30-50份、十二烷基硫酸钠5-15份、玻璃纤维10-25份、聚醚改性硅油15-25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：膨胀蛭石80-120份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂10-30份、纳米氧化硅10-20份、纳米介孔分子筛5-15份、二氧化锑5-20份、环氧树脂5-25份、增塑剂0.5-2.5份、防老剂1-4份；

所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料60-80份、微米级高岭土50-100份、氨化铍2-10份、重质碳酸钙5-15份、纳米氮化硅10-20份、硅酸钠2-10份、羟基锡酸锌10-20份、钢纤维2-8份、焦磷酸铁2-8份；

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。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，所述阻燃填充料按照重量份的组分为：磷酸二氢铵110-140份、纤维素醚12-18份、铝酸钴35-45份、十二烷基硫酸钠8-12份、玻璃纤维12-20份、聚醚改性硅油18-22份。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，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：膨胀蛭石90-110份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂15-25份、纳米氧化硅12-18份、纳米介孔分子筛8-12份、二氧化锑10-15份、环氧树脂10-20份、增塑剂0.5-2份、防老剂2-4份。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料65-75份、微米级高岭土60-90份、氨化铍4-8份、重质碳酸钙8-12份、纳米氮化硅12-18份、硅酸钠4-8份、羟基锡酸锌12-18份、钢纤维3-7份、焦磷酸铁3-7份。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，所述玻璃纤维耐火带由一层玻璃硅胶和一层钢纤维粘合而成，厚度为0.2-0.4mm，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，所述阻燃填充料按照重量份的组分为：磷酸二氢铵125份、纤维素醚15份、铝酸钴40份、十二烷基硫酸钠10份、玻璃纤维15份、聚醚改性硅油20份。

7.根据权利要求1-5之一所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，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：膨胀蛭石100份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂20份、纳米氧化硅15份、纳米介孔分子筛10份、二氧化锑12份、环氧树脂15份、增塑剂1.5份、防老剂3份。

8.根据权利要求1-5之一所述的一种耐高温阻燃电缆，其特征在于，所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅废料70份、微米级高岭土75份、氨化铍5份、重质碳酸钙10份、纳米氮化硅15份、硅酸钠5份、羟基锡酸锌15份、钢纤维5份、焦磷酸铁5份。

9.一种如权利要求1-8之一所述的一种耐高温阻燃电缆的制作方法，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纳米阻燃绝缘层和第一有机硅复合材料阻燃层；即得到单根电缆内芯；

（2）将数根电缆内芯围绕中心的一根的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第二纳米阻燃绝缘层；

（3）采用三层共挤工艺，在第二纳米阻燃绝缘层外自内向外依次包覆陶瓷纤维耐火带、第二有机硅复合材料阻燃层和阻燃外护套；即得到一种耐高温阻燃电缆。