CN106158119B - 一种高温相变陶瓷电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温相变陶瓷电缆，包括导体、绝缘层，其特征在于：所述绝缘层为高温相变绝缘层，在绝缘层外侧还依次包裹有多孔氧化铝‑铝层、耐高温陶瓷层。本发明的高温相变陶瓷层在高温条件下将发生相变，具有自愈合性能，其结构更加结实，耐高温能力强，遇到火灾不易产生有毒有害气体。

Description

一种高温相变陶瓷电缆

技术领域

本发明涉及电缆领域，尤其是一种高温相变陶瓷电缆。

背景技术

电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，其在使用过程中常出现机械损伤、绝缘损伤、绝缘受潮、绝缘老化变质、过电压、电缆过热等故障，产生漏电等危险。在高层建筑发生火灾时，现有的电缆常因不耐高温而存在不少弊端。一方面，电缆损坏后不能继续供电，导致许多消防设备不能正常使用；另一方面，电缆燃烧会助长火势的蔓延，还会产生大量的有毒有害气体，加剧火灾的危害。由此可见，提供一种耐高温、阻燃、防腐蚀、抗老化的电缆线势在必行。

中国专利CN103928159B公开了一种耐火电力电缆，它包括有多根导线，所述的多根导线分成五组且每组外分别包覆有绝缘层形成五个绝缘内芯，所述五个绝缘内芯外共同包覆有陶瓷硅橡胶耐火层，所述陶瓷硅橡胶耐火层内填充有无碱玻璃纤维布，所述陶瓷硅橡胶耐火层外包覆有硅橡胶内护套层、钢带铠装层及外护套。该电缆虽然显著提高了现有电缆的耐火特性，但其使用温度一般在-100℃～150℃范围内，如果超过这个温度，导线外层的电缆护套料就容易失效。然而，在火灾发生现场，燃烧物的温度往往大于150℃，故现有的电力电缆还需进一步提高其耐高温能力。此外，现有的耐火电力电缆一般都包含有硅橡胶，其在燃烧过程中不可避免会释放有毒有害气体。而且，在楼宇中使用的电力电缆在面对火灾时常因温度过高导致导线外层的包覆材料发生膨胀而出现裂纹或孔洞，从而导致整个电力电缆崩溃。

发明内容

本发明旨在解决现有电缆中存在的耐高温能力差、易放出有毒气体、易出现裂纹等缺点，提供一种高温相变陶瓷电缆。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高温相变陶瓷电缆，包括导体、绝缘层，其特征在于：所述绝缘层为高温相变绝缘层，在绝缘层外侧还依次包裹有多孔氧化铝‐铝层、耐高温陶瓷层。

作为本发明改进的技术方案，所述绝缘层采用10～20％wt氮化硅微粉、10～20％wt碳化硅微粉、2～8％wt氧化钇微粉、2～6％wt二氧化锆微粉、32～46％wt硅酸铝盐、1～5％wt钼酸盐、15～23％wt硅溶胶混合涂覆而成。

进一步地，所述绝缘层采用13～17％wt氮化硅微粉、13～17％wt碳化硅微粉、3～6％wt氧化钇微粉、3～5％wt二氧化锆微粉、37～43％wt硅酸铝盐、2～4％wt钼酸盐、17～20％wt硅溶胶混合涂覆而成。

优选地，所述绝缘层采用15％wt氮化硅微粉、15％wt碳化硅微粉、5％wt氧化钇微粉、4％wt二氧化锆微粉、40％wt硅酸铝盐、3％wt钼酸盐、18％wt硅溶胶混合涂覆而成。

优选地，所述氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉的粒径小于等于10μm。

作为本发明改进的技术方案，所述耐高温陶瓷层主要由碳化硅和Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛组成。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述高温相变陶瓷电缆的制备方法包括如下步骤：1)将铝箔清洗干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝‐铝箔；3)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，然后涂覆在步骤2)制得的氧化铝‐铝箔的其中一面，干燥；4)将Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛20～30％wt、碳化硅40～60wt％以及余量的硅溶胶混合均匀成糊状，然后涂在步骤2)制得的氧化铝‐铝箔的另一面，干燥；5)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，作为粘结剂涂覆在导体表面，然后再将步骤4)制得的氧化铝‐铝箔紧贴在所述导体上，干燥，得到电缆半成品；6)将步骤5)制得的电缆半成品放入350～400℃烧结至少5h，得到电缆成品。

作为本发明另一进一步改进的技术方案，所述高温相变陶瓷电缆的制备方法包括如下步骤：1)将铝箔清洗干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝‐铝箔；3)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，然后涂覆在步骤2)制得的氧化铝‐铝箔的其中一面，干燥；4)向水玻璃中加入偏铝酸钠、碳化硅微粉、磷酸三乙酯、三乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，得到混合悬浊液，然后将上述混合悬浊液电泳在步骤3)制得的氧化铝‐铝箔的另一面，再将电泳后的氧化铝‐铝箔放入盛有二氧化碳的密闭容器中，在120～150℃下反应至少5h，取出，用水漂洗，晾干；5)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，作为粘结剂涂覆在导体表面，然后再将步骤4)制得的氧化铝‐铝箔紧贴在所述导体上，干燥，得到电缆半成品；6)将步骤5)制得的电缆半成品放入350～400℃烧结至少5h，得到电缆成品。

进一步地，所述混合悬浊液中水玻璃的浓度为0.5～2mol/L，偏铝酸钠的溶度为0.1～0.5mol/L，所述碳化硅微粉为1～3mol/L，所述磷酸三乙酯为0.05～0.1mol/L，所述三乙醇胺为0.01～0.05mol/L，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠为0.01～0.05mol/L。

进一步地，所述电泳的参数为：两极板之间的距离为10～12cm，电泳电压为50～60V，混合悬浊液温度为60～70℃，电泳时间为1～2h。

有益效果

与现有的电力电缆相比，本发明的高温相变陶瓷电缆不采用任何有机物质，故在面临火灾时不会产生任何有毒有害气体。当火灾发生时，电缆受热，其表层的耐高温陶瓷层继续烧结，其结构将更加致密坚固，其内层的高温相变绝缘层将发生相变，其中硅酸铝盐将分解为莫来石和二氧化硅，钼酸盐受热分解为二氧化钼，它们均匀分散在碳化硅、碳化硅微粉中，在氧化钇微粉、二氧化锆微粉的协同作用下更易烧结成耐高温陶瓷，显著提高电缆的强度和耐高温性能；同时，硅酸铝盐和钼酸盐吸热，可以有效降低热量向导体传递，从而防止导体受热融化。由于高温相变绝缘层发生相变以及耐高温陶瓷层受热必然导致结构的微弱变化，为了防止高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层发生皲裂，在两者中间设置的多孔氧化铝‐铝层可以很好的解决这一难题。多孔氧化铝‐铝层具有粗糙的表观结构，氧化铝和高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层中的无机陶瓷材料还具有很好的相容性，故其与高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层结合十分紧密。铝的熔点为660℃，当电缆受热过高导致高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层发生相变时，铝层也发生溶解，其与高温相变绝缘层中的氧化物结合形成新的氧化铝陶瓷，渗入高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层因相变形成的缝隙中，从而防止高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层发生皲裂。此外，耐高温陶瓷层采用Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛与碳化硅的混合物制成，由于Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛的Y型悬臂枝杈提供了一层空气垫，这层空气垫角度太陡峭以至于液滴无从粘附，从而降低了耐高温陶瓷层的表面张力，具有良好的疏水性。故在火灾现场即时收到水的冲击，本发明的电缆也不会受到影响导致漏电。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更清楚明了地理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的高温相变陶瓷电缆，主要包括导体、高温相变绝缘层以及依次包裹在高温相变绝缘层外侧的多孔氧化铝‐铝层、耐高温陶瓷层。当然，使用者可以根据需要在该高温相变陶瓷电缆外层包覆其它材料，例如屏蔽铜网、耐高温护套等。故以下实施例仅是对本发明做进一步的解释和说明，并不意味着对本发明保护范围的限制。

所述高温绝缘层主要由氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶混合涂覆而成。其中，绝缘层采用最好采用10～20％wt氮化硅微粉、10～20％wt碳化硅微粉、2～8％wt氧化钇微粉、2～6％wt二氧化锆微粉、32～46％wt硅酸铝盐、1～5％wt钼酸盐、15～23％wt硅溶胶混合涂覆而成；氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉的粒径最好小于等于10μm。这样的材料才能混合均匀，易于烧结且烧结后的结构比较紧实。例如，取氮化硅微粉10份、碳化硅微粉10份、氧化钇微粉8份、二氧化锆微粉6份、硅酸铝盐46份、钼酸盐5份、硅溶胶15份混合涂覆而成；或取氮化硅微粉13份、碳化硅微粉17份、氧化钇微粉3份、二氧化锆微粉3份、硅酸铝盐43份、钼酸盐4份、硅溶胶17份混合涂覆而成；或取氮化硅微粉15份、碳化硅微粉15份、氧化钇微粉5份、二氧化锆微粉4份、硅酸铝盐40份、钼酸盐3份、硅溶胶18份混合涂覆而成；或取氮化硅微粉17份、碳化硅微粉13份、氧化钇微粉6份、二氧化锆微粉5份、硅酸铝盐37份、钼酸盐2份、硅溶胶20份混合涂覆而成；或取氮化硅微粉20份、碳化硅微粉20份、氧化钇微粉2份、二氧化锆微粉2份、硅酸铝盐32份、钼酸盐1份、硅溶胶23份混合涂覆而成。在本发明中，硅溶胶过少则粘合不紧，硅溶胶过多则高温相变层的耐高温能力及刚度不够；硅酸盐过多则形变太大，高温后结构易发生皲裂，硅酸盐太少则高温相变层高温烧结后不够紧实。发明人通过多次实验，发现当氮化硅微粉15份、碳化硅微粉15份、氧化钇微粉5份、二氧化锆微粉4份、硅酸铝盐40份、钼酸盐3份、硅溶胶18份时，制得的电缆耐高温能力最强，经高温烧结后没有裂纹，烧结后形成的绝缘层十分紧实，而当氮化硅微粉17份、碳化硅微粉13份、氧化钇微粉6份、二氧化锆微粉5份、硅酸铝盐37份、钼酸盐2份、硅溶胶20份时制得的电缆耐高温能力及高温后的机械性能次之。

所述多孔氧化铝‐铝层主要利用阳极氧化法制备而得。在本发明中，首先将铝箔清晰干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝‐铝箔。

所述耐高温陶瓷层主要由碳化硅和Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛组成。

在本发明的其中一个实施例中，所述耐高温陶瓷层主要采用碳化硅和成品Y型二氧化硅分子筛或成品Y型沸石分子筛以及硅溶胶混合涂覆而成。具体地，本发明的电缆的制备方法为：1)将铝箔清洗干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝‐铝箔；3)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，然后涂覆在步骤2)制得的氧化铝‐铝箔的其中一面，干燥；4)将Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛20～30％wt、碳化硅40～60wt％以及余量的硅溶胶混合均匀成糊状，然后涂在步骤2)制得的氧化铝‐铝箔的另一面，干燥；5)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，作为粘结剂涂覆在导体表面，然后再将步骤4)制得的氧化铝‐铝箔紧贴在导体上，干燥，得到电缆半成品；6)将步骤5)制得的电缆半成品放入350～400℃烧结至少5h，得到电缆成品。

在本发明的另一实施例中，所述耐高温陶瓷层主要采用碳化硅与Y型沸石分子筛前驱体混合反应制成。具体地，本发明的电缆的制备方法为：1)将铝箔清洗干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝‐铝箔；3)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，然后涂覆在步骤2)制得的氧化铝‐铝箔的其中一面，干燥；4)向水玻璃中加入偏铝酸钠、碳化硅微粉、磷酸三乙酯、三乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，得到混合悬浊液，然后将上述混合悬浊液电泳在步骤3)制得的氧化铝‐铝箔的另一面，再将电泳后的氧化铝‐铝箔放入盛有二氧化碳的密闭容器中，在120～150℃下反应至少5h，取出，用水漂洗，晾干；5)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，作为粘结剂涂覆在导体表面，然后再将步骤4)制得的氧化铝‐铝箔紧贴在导体上，干燥，得到电缆半成品；6)将步骤5)制得的电缆半成品放入350～400℃烧结至少5h，得到电缆成品。所述步骤4)中的反应参数为：所述混合悬浊液中水玻璃的浓度为0.5～2mol/L，偏铝酸钠的溶度为0.1～0.5mol/L，所述碳化硅微粉为1～3mol/L，所述磷酸三乙酯为0.05～0.1mol/L，所述三乙醇胺为0.01～0.05mol/L，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠为0.01～0.05mol/L；电泳的参数为：电泳正负极两极板之间的距离为10～12cm，电泳电压为50～60V，混合悬浊液温度为60～70℃，电泳时间为1～2h；所述二氧化碳的密闭容器中的压强为1大气压。在该方法中，水玻璃和偏铝酸钠与二氧化碳反应，形成Y型沸石分子筛，其与碳化硅粉体紧密包绕在一起，在遇到高温时极易发生烧结，形成碳化硅‐Y型沸石分子筛陶瓷层。

为了防止氧化铝‐铝层刺穿高温相变绝缘层产生漏电的危险，所述氧化铝‐铝层与高温相变绝缘层的厚度比应小于1：5。为了保证氧化铝‐铝层能够有效弥补高温相变绝缘层以及耐高温陶瓷层受热后发生的形变，所述氧化铝‐铝层与高温相变绝缘层的厚度比应大于1：10；所述氧化铝‐铝层与耐高温陶瓷层的厚度比应大于1：20。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种高温相变陶瓷电缆，包括导体、绝缘层，其特征在于：所述绝缘层为高温相变绝缘层，在绝缘层外侧还依次包裹有多孔氧化铝-铝层、耐高温陶瓷层；所述绝缘层采用10～20％wt氮化硅微粉、10～20％wt碳化硅微粉、2～8％wt氧化钇微粉、2～6％wt二氧化锆微粉、32～46％wt硅酸铝盐、1～5％wt钼酸盐、15～23％wt硅溶胶混合涂覆而成。

2.根据权利要求1所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述绝缘层采用13～17％wt氮化硅微粉、13～17％wt碳化硅微粉、3～6％wt氧化钇微粉、3～5％wt二氧化锆微粉、37～43％wt硅酸铝盐、2～4％wt钼酸盐、17～20％wt硅溶胶混合涂覆而成。

3.根据权利要求2所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述绝缘层采用15％wt氮化硅微粉、15％wt碳化硅微粉、5％wt氧化钇微粉、4％wt二氧化锆微粉、40％wt硅酸铝盐、3％wt钼酸盐、18％wt硅溶胶混合涂覆而成。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉的粒径小于等于10μm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述耐高温陶瓷层由Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛20～30wt％、碳化硅40～60wt％以及余量的硅溶胶组成。

6.根据权利要求5所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述高温相变陶瓷电缆的制备方法包括如下步骤：1)将铝箔清洗干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝-铝箔；3)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，然后涂覆在步骤2)制得的氧化铝-铝箔的其中一面，干燥；4)将Y型二氧化硅分子筛或Y型沸石分子筛20～30％wt、碳化硅40～60wt％以及余量的硅溶胶混合均匀成糊状，然后涂在步骤2)制得的氧化铝-铝箔的另一面，干燥；5)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，作为粘结剂涂覆在导体表面，然后再将步骤4)制得的氧化铝-铝箔紧贴在所述导体上，干燥，得到电缆半成品；6)将步骤5)制得的电缆半成品放入350～400℃烧结至少5h，得到电缆成品。

7.根据权利要求5所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述高温相变陶瓷电缆的制备方法包括如下步骤：1)将铝箔清洗干净后放入电解槽中，以铝箔做正极进行预氧化刻蚀，然后再放入稀盐酸中除去铝箔两面的氧化铝，得到表面带微孔的铝箔；2)将步骤1)制得的铝箔再次放入电解槽中，以铝箔为正极进行氧化，得到表面带微孔的氧化铝-铝箔；3)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，然后涂覆在步骤2)制得的氧化铝-铝箔的其中一面，干燥；4)向水玻璃中加入偏铝酸钠、碳化硅微粉、磷酸三乙酯、三乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，得到混合悬浊液，然后将上述混合悬浊液电泳在步骤3)制得的氧化铝-铝箔的另一面，再将电泳后的氧化铝-铝箔放入盛有二氧化碳的密闭容器中，在120～150℃下反应至少5h，取出，用水漂洗，晾干；5)将氮化硅微粉、碳化硅微粉、氧化钇微粉、二氧化锆微粉、硅酸铝盐、钼酸盐、硅溶胶按照比例混合均匀成糊状，作为粘结剂涂覆在导体表面，然后再将步骤4)制得的氧化铝-铝箔紧贴在所述导体上，干燥，得到电缆半成品；6)将步骤5)制得的电缆半成品放入350～400℃烧结至少5h，得到电缆成品。

8.根据权利要求7所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述混合悬浊液中水玻璃的浓度为0.5～2mol/L，偏铝酸钠的浓度为0.1～0.5mol/L，所述碳化硅微粉的浓度为1～3mol/L，所述磷酸三乙酯的浓度为0.05～0.1mol/L，所述三乙醇胺的浓度为0.01～0.05mol/L，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的浓度为0.01～0.05mol/L。

9.根据权利要求8所述的高温相变陶瓷电缆，其特征在于：所述电泳的参数为：电泳正负极两极板之间的距离为10～12cm，电泳电压为50～60V，混合悬浊液温度为60～70℃，电泳时间为1～2h。