CN105761801A - 一种安全防火电缆及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属线缆技术领域，尤其涉及一种安全防火电缆及其制备工艺，包括缆芯，所述缆芯由内至外依次设置有导体、陶瓷复合带以及金云母复合带，缆芯外依次包覆有绕包内层、挤包套、绕包外层以及铝套，在缆芯与绕包内层之间填充有填充层。本发明的安全防火电缆使用自制的绝缘层，有效地增强电缆的防火性能，而且设计制备方法在退火处理时使用高效抗氧化剂，再包覆有绕包内层、挤包套、绕包外层以及互锁铝套，能有效增加电缆电气及机械性能，大大增加实用性，可用于防火安全要求高、人口密集的娱乐场所，使用寿命长。

Description

一种安全防火电缆及其制备工艺
技术领域
本发明涉及线缆技术领域，具体涉及一种安全防火电缆及其制备工艺。
背景技术
现有技术中，目随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，社会用电量大为增加。各种电气设备用量的陡增，电气火灾事故也随之剧增。据统计，我国每年发生火灾约十多万起，直接财产损失十多亿元。其中，由电线电缆短路、超负荷、电器设备故障等电气原因引发的火灾约占总数的30%，电气火灾的发生次数以及所造成的损失均居各类火灾之首。在电气火灾中，由电线电缆引发的火灾约占一半。因此在对防火要求高、人口密集的娱乐场所，十分有必要研发一种安全性能高的防火电缆。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种防火性能好、电气及机械性能高的安全防火电缆，本发明的另一目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种工艺简便、可程序化操作的安全防火电缆的制备工艺，使用该工艺制得的电缆抗歪折、耐磨性和防火性好，使用寿命长，适合用于防火安全要求高、人口密集的娱乐场所。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种安全防火电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：在导体外表面依次绕包陶瓷复合带和金云母复合带，制得缆芯；
步骤B：在缆芯外表面填充形成填充层；
步骤C：在填充层外表面绕包上绕包内层；
步骤D：在绕包内层外包裹上挤包套；
步骤E：在挤包套外绕包上绕包外层；
步骤F：在绕包外层的外表面包裹上铝套，制得安全防火电缆。
其中，所述步骤A中，导体经过以下预处理，将金属杆在保护气下拉成金属线，再将至少两条金属线绞合，绞合后在抗氧化液中退火制得。
导体在制备时，拉丝是一个重要的环节，如果导体在还原性气氛中退火，会造成“氢脆，氢脆是指溶于金属中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过金属的强度极限，在金属内部形成细小的裂纹。无氧铜杆中的氧含量高，与氢气发生反应产生更多的水气，分布在无氧铜杆中，从而影响无氧铜杆的韧性和塑性。如果无氧铜中的氧含量比较少而且分布比较适中，氢气原子扩散到无氧铜杆中的位错、晶界、气孔的缺陷处偏聚、集中，形成氢气团。当材料变形的应变速率较低时，氢气团带着位错运动而运动，位错落后于氢气团，氢气团对位错起到了“钉扎效应”，使位错不能自由运动，引起材料的局部硬化，增强材料的抗弯强度，本制备工艺使在保护气下拉丝，有效防止了导体在拉丝过程中被氧化。
同时使用抗氧化液来处理导体退火，进一步地保护导体，避免导体氧化，本抗氧化液使用抗氧剂与去离子水配制，抗氧剂由以下重量份数的原料组成：阻垢缓蚀剂15~30份，乙醇15~30份，苯并三氮唑12~20份，稀土盐20~25分，钼酸钠1~5份，锌盐2~6份，柠檬酸0.5~3份，丙二醇甲醚醋酸酯4~8份。
由于抗氧化液的组成大部分是水，水中的硬质成分会与拉丝发生化学反应，反应生成的盐会附着铜线表面，影响后续加工，所以，配制用于拉细丝抗氧化液时，则必须使用去离子水。水中氯含量如超过100x10-6，则不应使用，因氯有较强的腐蚀性。控制新鲜水中的细菌含量也不容忽视，应确保无细菌带入系统。微生物含量在102/ml足以污染乳化液，配液用水的电导率应低于800μS/cm。
其中，所述保护气为水蒸气，保护气温度为300℃-400℃，绞合时的紧压系数≥0.9，绞合时的蒸汽压力为1-2个大气压，退火时温度为350℃-400℃，用于蒸发作保护气的水为去离子水，在外界加热的情况下，使去离子水蒸发成水蒸气，在导体拉丝时形成一个保护环境，将空气中气体赶除掉，有利于无氧化拉丝，拉丝后制得的电缆柔性，导电性能好。
其中，所述步骤A中陶瓷复合带由以下重量份数的原料制成：硅橡胶90-110份，石英粉45-50份，高岭土40-45份，炭黑20-23份，羟基硅油3-5份，乙烯基硅油2-5份，白云母1-3份，氧化锌2-6份，硅灰石2-4份，硫化剂1-2份，金属铂0.1-0.2份，氧化钙0.1-0.4份。
其中，所述陶瓷复合带的制备方法为：将上述重量份数的原料放入密炼机中，在110-140℃的温度下搅拌混合10-15分钟后冷却制得陶瓷化硅橡胶，并将陶瓷化硅橡胶绕包在铜线外表面，形成陶瓷复合带，绕包的搭盖率为30%-50%。
其中，所述导体为无氧铜、铜包钢、高强度铜合金、镀锡铜、镀镍铜中的一种。
其中，所述陶瓷复合带为陶瓷化硅橡胶带，陶瓷化硅橡胶20℃时的介电常数≥22kV/mm，体积电阻率≥2×1014Ω.cm，阻燃性为V-0级，所述金云母复合带20℃时的介电强度≥25kV/mm，体积电阻率≥1×1016Ω.cm。
其中，所述填充层的材料为玻璃纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的一种，比重在1.6-2.0g/cm3，聚四氟乙烯是白色结晶型聚合物，耐低温和耐高温，可以在-196℃-260℃长期使用，介电常数是固体绝缘材料中最小的，十分适合高频电缆绝缘材料。
其中，所述绕包内层的材料为合成云母、金云母、白云母中的一种，所述绕包外层的材料为合成云母、金云母、白云母中的一种，所述挤包套为用氩弧焊焊接成管状的挤包铝套，所述绕包外层为金云母带绕包层，所述铝套为波纹管，合成云母是以氟离子代替羟基在常压条件下合成出的尺寸大晶型完整的人工云母合成云，合成云母带是将合成云母抄制成的云母纸为主要材料，再用粘合剂将玻璃布粘贴在一面或两面而制成的。合成云母膨胀系数小、介电强度大、电阻率高和介电常数均匀，耐热等级高，可达到A级耐火水平，质地柔软、绕包服帖、抗拉强度大，但价格贵，而金云母也具有上述优异性能，价格也合适，二者都十分适合应用于电缆的制造。
其中，所述绕包外层和互锁铝套之间设置有碳酸钙层，碳酸钙为白色固体状，在825～896.6℃时会分解，在约825℃时分解为氧化钙和二氧化碳，产生的二氧化碳能阻止火源进一步燃烧，从而起来一定的防火作用，碳酸钙的熔点1339℃，温度没有超过熔点时，碳酸钙可起到一定的支撑作用。
一种安全防火电缆的制备方法制得的安全防火电缆，包括缆芯，所述缆芯由内至外依次设置有导体、陶瓷复合带以及金云母复合带，缆芯外依次包覆有绕包内层、挤包套、绕包外层以及铝套，在缆芯与绕包内层之间填充有填充层。
所述导体的直径为6-10mm，所述陶瓷复合带的厚度为0.3-0.5mm，所述金云母复合带的厚度为1.2-1.6mm，所述绕包内层的厚度为0.3-0.5mm，所述挤包套的厚度为0.3-0.5mm。
其中，电缆抗歪折次数为15000次以上，耐磨次数为80000次以上。
其中，缆芯使用多层结构，防火性能优良，适合防火要求高，人口密集的公共场所，而且缆芯内层设置有两层结构，陶瓷复合带绝缘耐高温性能好，与缆芯导体直接接触能很好地发挥绝缘作用，防止漏电，金云母复合带具有极高的电绝缘性、抗酸碱腐蚀、弹性、韧性的特性，而且热膨胀系数小，与陶瓷复合带一起使用能，大大增加绝缘性能和隔热性能，防火性能优异，而且烧蚀后断面会生成均匀的微孔，能起到非常好的隔热、隔温、挡火效果。通过设置整体电缆的结构和用料，使电缆在-70-200℃的温度下，具有优良的柔软性、电性能和机械性能，可以全天候长期使用；在静态情况下，最高使用温度可达350-1000℃以上。
本发明的有益效果：
1.自制备的绝缘层具有优良的绝缘性能、阻燃性、耐火性、隔热隔温性和韧性：不吸水、不吸潮、不脱落，常温下c≥22kV/mm，体积电阻率≥2×1014Ω.cm；在烧蚀后坚硬的铠体端面会生成均匀的微孔，陶瓷化铠体的介电强度大于24kV/mm以上，体积电阻率大于2×1015Ω.cm以上；垂直、水平燃烧不延燃，阻燃性可达V-0级，氧指数可达43以上；在350-3000℃有焰、无焰情况下，能烧成坚硬的陶瓷状铠体，温度越高、烧蚀时间越长烧后的陶瓷状铠体越坚硬，残余物为陶瓷无机物，残余量可达80%以上，不脱落，同时陶瓷状铠体可以起到很好的隔火隔热效果；烧蚀后断面会生成均匀的微孔，能起到非常好的隔热、隔温、挡火效果；阻燃型陶瓷花耐火复合带拉伸强度高，烧蚀后的铠体弯曲断裂强度可达10MPa左右。
2.制备的电缆具有耐高低温性能优异：在-70-200℃的温度下，具有优良的柔软性、电性能和机械性能，可以全天候长期使用；在静态情况下，最高使用温度可达350-1000℃以上；
3.制备工艺可持续式生产：可以像云母带一样直接绕包，弯曲半径小，敷设简便，可连续生产无限长，不脱落；
4.具有优异的安全性和环保性：不延燃、不滴落、不脆化、不脱落，燃烧后的烟气毒性达到ZA1级，即小白鼠吸入烟气30min后，三天没有变化，所有不会对人体造成二次伤害；烟密度透光率可达80%以上；原材料无卤、无毒、无味、无重金属，超过ROSH标准的要求；
5.具有经济比较优势：密度1.45，工艺简便，生产效率高。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的具有一条缆芯的安全防火电缆的结构示意图。
图2是本发明的具有三条缆芯的安全防火电缆的结构示意图。
图3是本发明的具有四条缆芯的安全防火电缆的结构示意图。
图4是本发明的具有五条缆芯的安全防火电缆的结构示意图。
附图标记包括：1导体、2陶瓷复合带、3金云母复合带、4填充层、5绕包内层、6挤包套、7绕包外层、8铝套。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1所示本实施例的一种安全防火电缆，包括一条缆芯，所述缆芯由内至外依次设置有导体1、陶瓷复合带2以及金云母复合带3，缆芯外依次包覆有绕包内层5、挤包套6、绕包外层7以及铝套8，在缆芯与绕包内层5之间填充有填充层4。
本实施例的导体1为无氧铜，直径为6mm，所述陶瓷复合带2为陶瓷化硅橡胶带，陶瓷化硅橡胶厚度为0.3mm，所述金云母复合带3厚度为1.2mm，所述填充层4的材料为玻璃纤维，比重在1.6g/cm3，所述绕包内层5的材料为合成云母，厚度为0.3mm，所述绕包外层7的材料为合成云母，厚度为0.2mm，所述挤包套6为用氩弧焊焊接成管状的挤包铝套8，挤包铝套8的厚度为0.3mm，所述绕包外层7为金云母带绕包层，所述铝套8为波纹管，所述绕包外层和互锁铝套之间设置有碳酸钙层，厚度为0.3mm。
本实施例的电缆抗歪折次数为15000次以上，耐磨次数为80000次以上。
一种安全防火电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：在导体1外表面依次绕包陶瓷复合带2和金云母复合带3，制得缆芯；
步骤B：在缆芯外表面填充形成填充层4；
步骤C：在填充层4外表面绕包上绕包内层5；
步骤D：在绕包内层5外包裹上挤包套6；
步骤E：在挤包套6外绕包上绕包外层7；
步骤F：在绕包外层7的外表面包裹上铝套8，制得安全防火电缆。
本实施例的导体1经过以下预处理，将金属杆在保护气下拉成金属线，再将至少两条金属线绞合，绞合后在抗氧化液中退火制得。
本实施例的保护气为水蒸气，保护气温度为300℃，绞合时的紧压系数≥0.9，绞合时的蒸汽压力为1个大气压，退火时温度350℃。
本实施例的步骤A中陶瓷复合带2由以下重量份数原料制成：硅橡胶90份，石英粉45份，高岭土40份，炭黑20份，羟基硅油3份，乙烯基硅油2份，白云母1份，氧化锌2份，硅灰石2份，硫化剂1份，金属铂0.1份，氧化钙0.1份。
本实施例的陶瓷复合带2的制备方法为：将上述重量份数原料放入密炼机中，在110℃的温度下搅拌混合10分钟后冷却制得陶瓷化硅橡胶，并将陶瓷化硅橡胶绕包在铜线外表面，形成陶瓷复合带2，绕包的搭盖率为30%。
实施例2
如图2所示本实施例的一种安全防火电缆具有三条缆芯，本实施例的导体1为无氧铜，直径为8mm，所述陶瓷复合带2为陶瓷化硅橡胶带，陶瓷化硅橡胶厚度为0.4mm，所述金云母复合带3厚度为1.4mm，所述填充层4的材料为玻璃纤维，比重在1.8g/cm3，所述绕包内层5的材料为合成云母，厚度为0.4mm，所述绕包外层7的材料为合成云母，厚度为0.3mm，所述挤包套6为用氩弧焊焊接成管状的挤包铝套8，挤包铝套8的厚度为0.4mm，所述绕包外层7为金云母带绕包层，所述铝套8为波纹管。
本实施例的保护气为水蒸气，保护气温度为350℃，绞合时的紧压系数≥0.9，绞合时的蒸汽压力为1.5个大气压，退火时温度380℃。
本实施例的步骤A中陶瓷复合带2由以下重量份数原料制成：硅橡胶100份，石英粉48份，高岭土42份，炭黑22份，羟基硅油4份，乙烯基硅油3份，白云母2份，氧化锌4份，硅灰石3份，硫化剂1.5份，金属铂0.15份，氧化钙0.2份。
本实施例的陶瓷复合带2的制备方法为：将上述重量份数原料放入密炼机中，在120℃的温度下搅拌混合12分钟后冷却制得陶瓷化硅橡胶，并将陶瓷化硅橡胶绕包在铜线外表面，形成陶瓷复合带2，绕包的搭盖率为40%。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
如图3所示本实施例的一种安全防火电缆具有四条缆芯，本实施例的导体1为无氧铜，直径为10mm，所述陶瓷复合带2为陶瓷化硅橡胶带，陶瓷化硅橡胶厚度为0.5mm，所述金云母复合带3厚度为1.6mm，所述填充层4的材料为玻璃纤维，比重在2.0g/cm3，所述绕包内层5的材料为合成云母，厚度为0.5mm，所述绕包外层7的材料为合成云母，厚度为0.4mm，所述挤包套6为用氩弧焊焊接成管状的挤包铝套8，挤包铝套8的厚度为0.5mm，所述绕包外层7为金云母带绕包层，所述铝套8为波纹管。
本实施例的保护气为水蒸气，保护气温度为400℃，绞合时的蒸汽压力为2个大气压，退火时温度400℃。
本实施例的步骤A中陶瓷复合带2由以下重量份数原料制成：硅橡胶110份，石英粉50份，高岭土45份，炭黑23份，羟基硅油5份，乙烯基硅油5份，白云母3份，氧化锌6份，硅灰石4份，硫化剂2份，金属铂0.2份，氧化钙0.4份。
本实施例的陶瓷复合带2的制备方法为：将上述重量份数原料放入密炼机中，在140℃的温度下搅拌混合15分钟后冷却制得陶瓷化硅橡胶，并将陶瓷化硅橡胶绕包在铜线外表面，形成陶瓷复合带2，绕包的搭盖率为50%。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
如图4所示本实施例的一种安全防火电缆具有五条缆芯。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：在导体外表面依次绕包陶瓷复合带和金云母复合带，制得缆芯；
步骤B：在缆芯外表面填充形成填充层；
步骤C：在填充层外表面绕包上绕包内层；
步骤D：在绕包内层外包裹上挤包套；
步骤E：在挤包套外绕包上绕包外层；
步骤F：在绕包外层的外表面包裹上铝套，制得安全防火电缆。
2.根据权利要求1所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，导体经过以下预处理，将金属杆在保护气下拉成金属线，再将至少两条金属线绞合，绞合后在抗氧化液中退火制得。
3.根据权利要求2所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述保护气为水蒸气，保护气温度为300℃-400℃，绞合时的紧压系数≥0.9，绞合时的蒸汽压力为1-2个大气压，退火时温度为350℃-400℃。
4.根据权利要求1所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤A中陶瓷复合带由以下重量份数的原料制成：硅橡胶90-110份，石英粉45-50份，高岭土40-45份，炭黑20-23份，羟基硅油3-5份，乙烯基硅油2-5份，白云母1-3份，氧化锌2-6份，硅灰石2-4份，硫化剂1-2份，金属铂0.1-0.2份，氧化钙0.1-0.4份。
5.根据权利要求4所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述陶瓷复合带的制备方法为：将上述重量份数的原料放入密炼机中，在110-140℃的温度下搅拌混合10-15分钟后冷却制得陶瓷化硅橡胶，并将陶瓷化硅橡胶绕包在铜线外表面，形成陶瓷复合带，绕包的搭盖率为30%-50%。
6.根据权利要求1所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述导体为无氧铜、铜包钢、高强度铜合金、镀锡铜、镀镍铜中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述陶瓷复合带为陶瓷化硅橡胶带，陶瓷化硅橡胶20℃时的介电常数≥22kV/mm，体积电阻率≥2×1014Ω.cm，阻燃性为V-0级，所述金云母复合带20℃时的介电强度≥25kV/mm，体积电阻率≥1×1016Ω.cm。
8.根据权利要求1所述的一种安全防火电缆的制备方法，其特征在于：所述填充层的材料为玻璃纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的一种，比重在1.6-2.0g/cm3，所述绕包内层的材料为合成云母、金云母、白云母中的一种，所述绕包外层的材料为合成云母、金云母、白云母中的一种，所述挤包套为用氩弧焊接成管状的挤包铝套，所述绕包外层为金云母带绕包层，所述铝套为波纹管。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种安全防火电缆的制备方法制得的安全防火电缆，其特征在于：包括缆芯，所述缆芯由内至外依次设置有导体、陶瓷复合带以及金云母复合带，缆芯外依次包覆有绕包内层、挤包套、绕包外层以及铝套，在缆芯与绕包内层之间填充有填充层。
10.根据权利要求9所述的一种安全防火电缆，其特征在于：所述导体的直径为6-10mm，所述陶瓷复合带的厚度为0.3-0.5mm，所述金云母复合带的厚度为1.2-1.6mm，所述绕包内层的厚度为0.3-0.5mm，所述挤包套的厚度为0.3-0.5mm。
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