CN105976929A - 一种耐超高温防火电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐超高温防火电缆及其制造方法,由电缆芯及套设在电缆芯外的护套组成,护套采用纳米微孔铝合金材料制作得到,在材料基体中均匀分布大量独立封闭的椭球形纳米微孔,微孔直径为25nm‑51nm,微孔总体积占基体体积的百分比为85%‑91%。与现有技术相比,本发明采用纳米微孔发泡处理的铝合金材料作为电缆金属护套,结构简单,材料和制造成本大大降低,在保证电缆基本应用性能的前提下,大幅度提高其金属护套的机械性能,改善电缆耐腐蚀及耐候性能,显著提高金属护套隔热、耐高温、耐火焰的能力,极大地提高了电缆耐高温和防火性能,使电缆应用更安全。
Description
技术领域
本发明涉及电缆,适用于输配电线路器材领域,尤其是涉及一种耐超高温防火电缆及其制造方法。
背景技术
随着经济社会快速发展,人民生活不断提高,实际应用需求和客户对电缆的安全性越来越重视,对电缆的综合性能要求越来越高。电缆的防火性能是极其关键的安全性能指标,现有防火电缆结构复杂,成本高昂,制造工艺复杂。如何在降低材料和生产成本的同时,简化工艺,提高电缆防火性能,意义重大。
中国专利CN201741471U公开了一种铜芯导体硅酸铝耐火纤维绝缘变形高温合金护套耐火电缆,包括导体:具有若干导体,每根导体外均包裹有熔铸合成云母层,每个熔铸合成云母层外均包裹有硅酸铝耐火纤维绝缘材料,导体、熔铸合成云母层、硅酸铝耐火纤维绝缘材料构成导体棒,若干根导体棒外包裹有硅酸铝耐火纤维绕包,硅酸铝耐火纤维绕包外包裹有变形高温合金护套。但是该专利涉及技术的工艺复杂、材料和制造成本高昂(云母和硅酸铝耐火纤维价格昂贵),且高温合金的特性只是耐高温(即在一定的温度下保持金属合金的机械性能),其不具备导热系数低的特点,完全没有降低护套外界热量传播的能力,特别是在高温下,合金的导热系数会急剧增大,高温合金护套会成为热量的良导体,在火灾或高温环境中,护套内的组件会受到从护套传导而来的热量而迅速损坏。该实用新型所涉及的技术存在严重设计缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种密度远小于铝的密度,机械强度高,塑性好,加工性能好,耐酸碱腐蚀的耐超高温防火电缆及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种耐超高温防火电缆,由电缆芯及套设在电缆芯外的护套组成,所述的护套采用纳米微孔铝合金材料制作得到,在材料基体中均匀分布大量独立封闭的椭球形纳米微孔,微孔直径为25nm-51nm,微孔总体积占基体体积的百分比为85%-91%。
所述的纳米微孔铝合金材料包括以下重量百分比含量的组分:Fe0.32%-0.35%,Cu 0.08%-0.1%,Mg 4.2%-4.5%,Si 0.28%-0.32%,Mn0.21%-0.23%,Zr 0.001%-0.002%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
护套材料的密度为0.243g/cm3-0.405g/cm3。
所述的护套在25℃时的等效热导率为0.0302W/(m·k)-0.0539W/(m·k),30℃-1000℃的热膨胀系数为2.68×10-6/K。在高温及火焰状态下具有极其优异的隔热功能,其长期使用温度1200℃以上,最高使用温度可达1500℃。
所述的护套的厚度为0.5mm-1.2mm,其抗压强度为655Mpa-800Mpa,抗拉强度375Mpa-510Mpa,所制得电缆最小弯曲半径为7-15D。
耐超高温防火电缆的制造方法,采用以下步骤:
(1)电缆芯制备
采用铝合金或铜作为导体材料,经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体,然后绝缘并成缆后制得电缆芯;
(2)铝合金护套制备
Fe 0.32%-0.35%,Cu 0.08%-0.1%,Mg 4.2%-4.5%,Si 0.28%-0.32%,Mn0.21%-0.23%,Zr 0.001%-0.002%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%;
将99.7%纯度的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化,再加入各元素的中间合金,保温在750℃-800℃,搅拌除杂质、精炼、除气、除渣,然后控制温度在750℃-800℃静置30分钟;
控制温度在800℃添加增黏剂及发泡剂进行微孔发泡处理,保温静置30分钟,水平引铸制成铝合金杆,经过挤压机挤压成铝合金管;
(3)电缆制备
电缆线芯同步穿过挤压机的模芯,形成带有铝合金护套的耐超高温防火电缆。
所述的增黏剂为粒径8μm-12μm的Al2O3,添加量占总量的2.8-3.1wt%。
所述的发泡剂为TiH2,添加量占总量的1.6-2.3wt%。
本发明对金属进行纳米微孔发泡处理,由于在发泡过程中生成氧化铝网架(熔点超过2000℃),铝合金护套具有优异的耐热性和阻燃性,在1450℃高温时仍能保持护套完整,远远高于铝合金的熔解温度。铝基体中均匀分布的微孔具有独立、封闭的特点,微孔中的气体的热导率仅为0.025W/(m·k),根据分子运动及碰撞理论,气体的热量传递主要是通过高温侧的较高速度的分子与低温侧的较低速度的分子相互碰撞来进行的,由于空气中主要成分氮气和氧气的自由程均在70nm左右,纳米微孔尺寸小于这一临界尺寸时,材料内部就消除了对流,从本质上切断了气体分子的热传导,从而可获得比“无对流空气更低的导热系数。因此具有纳米微孔结构的铝合金护套具有极低的导热系数,其隔热性能优异。
与现有技术相比,本发明结构简单,材料和制造成本大大降低,保证电缆基本应用性能的前提下,大幅度提高其金属护套的机械性能,改善电缆耐腐蚀及耐候性能,显著提高技术护套隔热、耐高温、耐火焰的能力,极大地提高了电缆耐高温和防火性能,使电缆应用更安全。制造得到的电缆在1450℃火焰状态、机械冲击、喷水的环境下,可以持续通电200分钟。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1:
1、导体材料为铝合金或铜,经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体。绝缘并成缆后制得电缆芯。
2、铝合金护套基体材料按重量百分比:Fe 0.32%,Cu 0.08%,Mg 4.2%,Si 0.28%,Mn 0.21%,Zr 0.001%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
3、先将99.7%的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化,再加入各元素的中间合金;保温,搅拌除杂质;精炼、除气;除渣,静置30分钟,温度控制在750℃-800℃之间;期间对炉内成分进行分析和调整;
4、800℃时添加重量百分比2.8%的8μm的Al2O3增黏剂,微孔发泡处理,发泡过程中添加1.6%的TiH2,保温静置30分钟,水平引铸制成铝合金杆,经过conform挤压机挤压成铝合金管,电缆线芯同步穿过挤压机的模芯,形成铝合金护套。
5、所得纳米微孔铝合金护套成分按重量百分比:Fe 0.32%,Cu 0.079%,Mg 4.15%,Si 0.288%,Mn 0.211%,Zr 0.0009%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
6、所得纳米微孔铝合金材料中,微孔平均直径为25nm,微孔体积占基体材料体积的86%。
7、采用QTM-500型隔热测试仪,按GB/T 10294-2008对制得的材料进行测量,在25℃时的等效热导率为0.0539W/(m·k)。
8、铝合金护套的厚度为0.8mm,密度为0.405g/cm3,其抗压强度为655Mpa,抗拉强度375Mpa,所制得电缆最小弯曲半径为15D。
9、电缆在1450℃火焰状态、机械冲击、喷水的环境下,可以持续通电200分钟。
实施例2:
1、导体材料为铝合金或铜,经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体。绝缘并成缆后制得电缆芯。
2、铝合金护套基体材料按重量百分比:Fe 0.34%,Cu 0.09%,Mg 4.3%,Si 0.30%,Mn 0.22%,Zr 0.0015%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
3、先将99.7%的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化,再加入各元素的中间合金;保温,搅拌除杂质;精炼、除气;除渣,静置30分钟,温度控制在750℃-800℃之间;期间对炉内成分进行分析和调整;
4、800℃时添加重量百分比2.8%的10μm的Al2O3增黏剂,微孔发泡处理,发泡过程中添加2.1%的TiH2,保温静置30分钟,水平引铸制成铝合金杆,经过conform挤压机挤压成铝合金管,电缆线芯同步穿过挤压机的模芯,形成铝合金护套。
5、所得纳米微孔铝合金护套成分按重量百分比:Fe 0.33%,Cu 0.08%,Mg 4.2%,Si 0.29%,Mn 0.22%,Zr 0.0014%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
6、所得纳米微孔铝合金材料中,微孔平均直径为32nm,微孔体积占基体材料体积的89%。
7、采用QTM-500型隔热测试仪,按GB/T 10294-2008对制得的材料进行测量,在25℃时的等效热导率为0.0366W/(m·k)。
8、铝合金护套的厚度为0.8mm,密度为0.297g/cm3,其抗压强度为690Mpa,抗拉强度435Mpa,所制得电缆最小弯曲半径为12D。
9、电缆在1450℃火焰状态、机械冲击、喷水的环境下,可以持续通电200分钟。
实施例3:
1、导体材料为铝合金或铜,经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体。绝缘并成缆后制得电缆芯。
2、铝合金护套基体材料按重量百分比:Fe 0.35%,Cu 0.1%,Mg 4.5%,Si 0.32%,Mn 0.22%,Zr 0.002%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
3、先将99.7%的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化,再加入各元素的中间合金;保温,搅拌除杂质;精炼、除气;除渣,静置30分钟,温度控制在750℃-800℃之间;期间对炉内成分进行分析和调整;
4、800℃时添加重量百分比3.1%的10μm的Al2O3增黏剂,微孔发泡处理,发泡过程中添加2.3%的TiH2,保温静置30分钟,水平引铸制成铝合金杆,经过conform挤压机挤压成铝合金管,电缆线芯同步穿过挤压机的模芯,形成铝合金护套。
5、所得纳米微孔铝合金护套成分按重量百分比:Fe 0.34%,Cu 0.09%,Mg 0.44%,Si 0.31%,Mn 0.23%,Zr 0.002%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
6、所得纳米微孔铝合金材料中,微孔平均直径为51nm,微孔体积占基体材料体积的91%。
7、采用QTM-500型隔热测试仪,按GB/T 10294-2008对制得的材料进行测量,在25℃时的等效热导率为0.0302W/(m·k)。
8、铝合金护套的厚度为1.2mm,密度为0.243g/cm3,其抗压强度为800Mpa,抗拉强度510Mpa,所制得电缆最小弯曲半径为7D。
9、电缆在1450℃火焰状态、机械冲击、喷水的环境下,可以持续通电200分钟。
所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种耐超高温防火电缆,由电缆芯及套设在电缆芯外的护套组成,其特征在于,所述的护套采用纳米微孔铝合金材料制作得到,在材料基体中均匀分布大量独立封闭的椭球形纳米微孔,微孔直径为25nm-51nm,微孔总体积占基体体积的百分比为85%-91%。
2.根据权利要求1所述的一种耐超高温防火电缆,其特征在于,所述的纳米微孔铝合金材料包括以下重量百分比含量的组分:Fe 0.32%-0.35%,Cu0.08%-0.1%,Mg 4.2%-4.5%,Si 0.28%-0.32%,Mn 0.21%-0.23%,Zr0.001%-0.002%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%。
3.根据权利要求1所述的一种耐超高温防火电缆,其特征在于,护套材料的密度为0.243g/cm3-0.405g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种耐超高温防火电缆,其特征在于,所述的护套在25℃时的等效热导率为0.0302W/(m·k)-0.0539W/(m·k),30℃-1000℃的热膨胀系数为2.68×10-6/K。
5.根据权利要求1所述的一种耐超高温防火电缆,其特征在于,所述的护套的厚度为0.5mm-1.2mm,其抗压强度为655Mpa-800Mpa,抗拉强度375Mpa-510Mpa,所制得电缆最小弯曲半径为7-15D。
6.如权利要求1-5中任一项所述的耐超高温防火电缆的制造方法,其特征在于,该方法采用以下步骤:
(1)电缆芯制备
采用铝合金或铜作为导体材料,经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体,然后绝缘并成缆后制得电缆芯;
(2)铝合金护套制备
Fe 0.32%-0.35%,Cu 0.08%-0.1%,Mg 4.2%-4.5%,Si 0.28%-0.32%,Mn0.21%-0.23%,Zr 0.001%-0.002%,其余为铝,所含杂质中Ti、V、Cr元素之和≤0.01%;
将99.7%纯度的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化,再加入各元素的中间合金,保温在750℃-800℃,搅拌除杂质、精炼、除气、除渣,然后控制温度在750℃-800℃静置30分钟;
控制温度在800℃添加增黏剂及发泡剂进行微孔发泡处理,保温静置30分钟,水平引铸制成铝合金杆,经过挤压机挤压成铝合金管;
(3)电缆制备
电缆线芯同步穿过挤压机的模芯,形成带有铝合金护套的耐超高温防火电缆。
7.根据权利要求6所述的一种耐超高温防火电缆的制造方法,其特征在于,所述的增黏剂为粒径8μm-12μm的Al2O3,添加量占总量的2.8-3.1wt%。
8.根据权利要求6所述的一种耐超高温防火电缆的制造方法,其特征在于,所述的发泡剂为TiH2,添加量占总量的1.6-2.3wt%。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
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