CN106298019B - 一种隔热防火电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隔热防火电缆及其制造方法。本发明与现有技术相比，根据本发明实施例的制造方法采用锆酸四丁酯、硅酸乙酯、丁醇铝、乙醇、硝酸、丙酮、苯胺和水等制备SiO2‑ZrO2‑Al2O3复合气凝胶，将老化处理后的凝胶挤包在电缆的绝缘上，利用乙醇超临界干燥技术对凝胶符合线芯进行干燥处理，并在最外层包覆焊接轧纹不锈钢护套。根据本发明实施例的隔热防火电缆，在保证电缆基本应用性能的前提下，显著提高其隔热、耐高温、耐火焰的能力，极大地提高了电缆防火性能，使电缆应用更安全。

Description

一种隔热防火电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于输配电线路器材领域，涉及一种电缆及其制备方法，尤其涉及一种隔热防火电缆及其制备方法。
背景技术
随着经济社会发展，电缆的防火性能越来越受到重视。近年来，出现了一些具有一定防火功能的电缆，但总的来说，现有防火电缆或结构复杂、或成本高昂、或制造工艺复杂，且对安装敷设的要求极高，而其防火性能并不理想。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。
在本发明完成之前，尚未见到用与本发明制备方法相同的隔热防火电缆产品，也未见到有与本发明相同的隔热防火电缆的制备方法在文献中有记载。
发明内容
本发明旨在提供一种隔热防火电缆以及隔热防火电缆的制备方法。
本发明所述的一种隔热防火电缆由金属导体、绝缘层、SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶隔离层及不锈钢护套组成。
所述SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶隔离层中，SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶基体由纳米气孔分割成三维连续网状结构，孔隙率为88.3％-92.5％，所述纳米气孔平均孔径为3nm-8nm；所述气凝胶中锆-硅-铝摩尔比为1:1:2.8-1:1:5.2。
所述SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶隔离层在25℃时的等效热导率为0.0288W/(m·k)-0.0465W/(m·k)，其长期使用温度1500℃以上，最高使用温度可达1650℃。
所述的隔热防火电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：电缆芯制备
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。
步骤二：SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶隔离层制备
在20℃下，按体积比1:3.5将锆酸四丁酯(ZBO)溶解在乙醇中，配置ZBO混合溶液；按体积比1:3.7将硅酸乙酯(TEOS)溶解在乙醇中，配置TEOS混合溶液；
按80:1的体积比配制乙醇和去离子水的混合溶液，加热至65℃，加入仲丁醇铝(ASB)，恒温搅拌至10分钟，冷却至20℃，得到ASB混合溶液；
将ZBO溶液、TEOS溶液和ASB溶液混合，按不同锆-硅-铝摩尔比配置不同的混合液，搅拌均匀后加入体积比为9:1的乙醇、硝酸混合溶液，混合搅拌10min后加入体积比为50:39:1的丙酮、苯胺、水的混合溶液。搅拌均匀后，将溶胶倒入模具静置30分钟。将制得的复合湿凝胶进行55℃老化处理，每隔12小时用无水乙醇置换溶液一次，老化时间为60小时，得到不同锆-硅-铝摩尔比的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶；
采用挤出机将老化后的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶挤包在导体绝缘上，挤出温度为55-65℃，利用乙醇超临界干燥挤包后的气凝胶复合线芯进行在线干燥处理，制得挤包有SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶的缆芯。
步骤三：不锈钢护套包覆
采用不锈钢带对电缆芯进行在线包覆、焊接，焊接后的不锈钢管经过轧纹处理。
所述的隔热防火电缆的制备方法中，所述丁醇铝(ASB)混合液中ASB的含量为0.29g/mL-0.38g/mL。
所述不锈钢护套由厚度为0.2mm-0.4mm、抗拉强度520Mpa-595Mpa、伸长率为42％-48％的不锈钢带焊接、轧纹制得；焊接时采用体积比为1:2的氦气与氩气的混合气体进行保护；所制得电缆最小弯曲半径为电缆直径的7-15倍。
本发明所制备的隔热防火电缆，综合运用材料和创新性工艺制备SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶隔离层，SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶基体是一种由平均孔径为3nm-8nm的纳米气孔分割成三维连续网状结构的多孔材料，其热导率仅为0.0288W/(m·k)，具有优异的隔热性能。本发明所述制备方法简易，并大大降低对安装敷设的要求。
本发明综合运用材料和创新性工艺制备SiO2-ZrO2-Al2O3气凝胶隔离层，实现具有优异隔热性能的隔热防火电缆的制备。
本发明与现有技术相比，结构简单，材料和制造成本大大降低，显著提高其隔热、耐高温、耐火焰的能力，极大地提高了电缆防火性能，使电缆应用更安全。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，通过以下几个具体实施例对本发明作进一步详细描述。显然，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。
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、在20℃下，按体积比1:3.5将锆酸四丁酯(ZBO)溶解在乙醇中，配置ZBO混合溶液；按体积比1:3.7将硅酸乙酯(TEOS)溶解在乙醇中，配置TEOS混合溶液。
3、按80:1的体积比配制乙醇和去离子水的混合溶液，加热至65℃，加入仲丁醇铝(ASB)，恒温搅拌至10分钟，冷却至20℃，得到ASB含量为0.29g/mL的混合溶液。
4、将ZBO溶液、TEOS溶液和ASB溶液混合，按不同锆-硅-铝摩尔比配置不同的混合液，搅拌均匀后加入体积比为9:1的乙醇、硝酸混合溶液，混合搅拌10min后加入体积比为50:39:1的丙酮、苯胺、水的混合溶液。
5、搅拌均匀后，将溶胶倒入模具静置30分钟。将制得的复合湿凝胶进行55℃老化处理，每隔12小时用无水乙醇置换溶液一次，老化时间为60小时，得到不同锆-硅-铝摩尔比的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶。
6、采用挤出机将老化后的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶挤包在导体绝缘上，挤出温度为55-65℃，利用乙醇超临界干燥挤包后的气凝胶复合线芯进行在线干燥处理，制得挤包有SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶的缆芯。
7、采用0.5mm的不锈钢带对电缆芯进行在线包覆、焊接，采用体积比为1:2的氦气与氩气的混合气体进行气体保护，焊接后的不锈钢管经过轧纹处理。
8、所得SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶中锆-硅-铝摩尔比为1:1:2.8。
9、所得SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶材料中，孔隙率为88.3％，微孔平均直径为2nm。
10、采用QTM-500型隔热测试仪，按GB/T 10294-2008对制得的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶材料进行测量，在25℃时的等效热导率为0.0465W/(m·k)。
11、所得隔热防火电缆的弯曲半径为12D，即所得隔热防火电缆的弯曲半径为电缆直径的12倍。
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、在20℃下，按体积比1:3.5将锆酸四丁酯(ZBO)溶解在乙醇中，配置ZBO混合溶液；按体积比1:3.7将硅酸乙酯(TEOS)溶解在乙醇中，配置TEOS混合溶液。
3、按80:1的体积比配制乙醇和去离子水的混合溶液，加热至65℃，加入仲丁醇铝(ASB)，恒温搅拌至10分钟，冷却至20℃，得到ASB含量为0.33g/mL的混合溶液。
4、将ZBO溶液、TEOS溶液和ASB溶液混合，按不同锆-硅-铝摩尔比配置不同的混合液，搅拌均匀后加入体积比为9:1的乙醇、硝酸混合溶液，混合搅拌10min后加入体积比为50:39:1的丙酮、苯胺、水的混合溶液。
5、搅拌均匀后，将溶胶倒入模具静置30分钟。将制得的复合湿凝胶进行55℃老化处理，每隔12小时用无水乙醇置换溶液一次，老化时间为60小时，得到不同锆-硅-铝摩尔比的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶。
6、采用挤出机将老化后的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶挤包在导体绝缘上，挤出温度为55-65℃，利用乙醇超临界干燥挤包后的气凝胶复合线芯进行在线干燥处理，制得挤包有SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶的缆芯。
7、采用0.5mm的不锈钢带对电缆芯进行在线包覆、焊接，采用体积比为1:2的氦气与氩气的混合气体进行气体保护，焊接后的不锈钢管经过轧纹处理。
8、所得SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶中锆-硅-铝摩尔比为1:1:3.5。
9、所得SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶材料中，孔隙率为91.1％，微孔平均直径为5nm。
10、采用QTM-500型隔热测试仪，按GB/T 10294-2008对制得的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶材料进行测量，在25℃时的等效热导率为0.0355W/(m·k)。
11、所得隔热防火电缆的弯曲半径为12D，即所得隔热防火电缆的弯曲半径为电缆直径的12倍。
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、在20℃下，按体积比1:3.5将锆酸四丁酯(ZBO)溶解在乙醇中，配置ZBO混合溶液；按体积比1:3.7将硅酸乙酯(TEOS)溶解在乙醇中，配置TEOS混合溶液。
3、按80:1的体积比配制乙醇和去离子水的混合溶液，加热至65℃，加入仲丁醇铝(ASB)，恒温搅拌至10分钟，冷却至20℃，得到ASB含量为0.38g/mL的混合溶液。
4、将ZBO溶液、TEOS溶液和ASB溶液混合，按不同锆-硅-铝摩尔比配置不同的混合液，搅拌均匀后加入体积比为9:1的乙醇、硝酸混合溶液，混合搅拌10min后加入体积比为50:39:1的丙酮、苯胺、水的混合溶液。
5、搅拌均匀后，将溶胶倒入模具静置30分钟。将制得的复合湿凝胶进行55℃老化处理，每隔12小时用无水乙醇置换溶液一次，老化时间为60小时，得到不同锆-硅-铝摩尔比的SiO2-ZrO2-Al2O3气复合凝胶。
6、采用挤出机将老化后的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶挤包在导体绝缘上，挤出温度为55-65℃，利用乙醇超临界干燥挤包后的气凝胶复合线芯进行在线干燥处理，制得挤包有SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶的缆芯。
7、采用0.5mm的不锈钢带对电缆芯进行在线包覆、焊接，采用体积比为1:2的氦气与氩气的混合气体进行气体保护，焊接后的不锈钢管经过轧纹处理。
8、所得SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶中锆-硅-铝摩尔比为1:1:5.2。
9、所得SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶材料中，孔隙率为92.5％，微孔平均直径为8nm。
10、采用QTM-500型隔热测试仪，按GB/T 10294-2008对制得的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶材料进行测量，在25℃时的等效热导率为0.0288W/(m·k)。
11、所得隔热防火电缆的弯曲半径为12D，即所得隔热防火电缆的弯曲半径为电缆直径的12倍。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种隔热防火电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用铝合金或铜，经过熔炼、连铸连轧、拉丝、退火和绞合制得导体；
绝缘后成缆制得电缆芯；
在室温下，按体积比1:3.5将锆酸四丁酯溶解在乙醇中，配置锆酸四丁酯混合溶液；按体积比1:3.7将硅酸乙酯溶解在乙醇中，配置硅酸乙酯混合溶液；
按80:1的体积比配制乙醇和去离子水的混合溶液，加热至60-70℃，加入仲丁醇铝，恒温搅拌8-12分钟，冷却至室温，得到仲丁醇铝混合溶液；
将锆酸四丁酯混合溶液、硅酸乙酯混合溶液和仲丁醇铝混合溶液混合，按不同锆-硅-铝摩尔比配置不同的混合液，搅拌均匀后加入体积比为9:1的乙醇、硝酸混合溶液，搅拌均匀后加入体积比为50:39:1的丙酮、苯胺、水的混合溶液；搅拌均匀后，将溶胶倒入模具静置30分钟，从而制得复合湿凝胶；
将制得的复合湿凝胶进行55℃老化处理，每隔12小时用无水乙醇置换溶液一次，老化时间为60小时，从而得到不同锆-硅-铝摩尔比的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶；
采用挤出机将老化后的SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶挤包在导体绝缘后电缆芯上，挤出温度为55-65℃；
利用乙醇超临界干燥对挤包后的凝胶复合线芯进行在线干燥处理，制得挤包有SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶的缆芯；
采用不锈钢带对挤包有SiO2-ZrO2-Al2O3复合气凝胶的缆芯进行在线包覆、焊接，焊接后的不锈钢管经过轧纹处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丁醇铝混合溶液中丁醇铝的含量为0.29g/mL-0.38g/mL。
3.根据权利要求1-2任一所述的制备方法，其特征在于，所述不锈钢护套由厚度为0.2mm-0.4mm、抗拉强度520Mpa-595Mpa、伸长率为42％-48％的不锈钢带焊接、轧纹制得；焊接时，采用体积比为1:2的氦气与氩气的混合气体进行保护；所制得电缆最小弯曲半径为所述电缆直径的7-15倍。
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