CN106653203A - 一种核电站用防火电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种线缆技术领域，涉及一种新型的核电站防火电缆及其制备方法。该电缆共六层结构，由导电铜线芯，特种橡胶绝缘防火层，无机材料抗辐射层，无卤阻燃聚合物内护套，铠装层和无卤阻燃聚合物外护套层所组成。导电铜线芯被特种橡胶绝缘防火层所包覆，该层通过橡胶挤出加工设备挤出成型；在特种橡胶绝缘防火层之上包覆无机材料，构成抗辐射层，接着在抗辐射层外围通过挤出加工包覆无卤阻燃聚合物内护套层，然后绕包钢带铠装层，最后通过挤出加工包覆无卤阻燃聚合物外护套层。本发明具有以下特点：抗辐射性强；具有极好的耐火防火性能；阻燃性能优良；铺设方便。

Description

一种核电站用防火电缆及其制备方法

技术领域

本发明属于特种线缆技术领域，涉及一种新型核电站用防火电缆。

背景技术

随着我国核电事业的迅猛发展和对核电站建筑物安全的高度重视，核电站用防火电缆得到越来越广泛的应用，国家相关部门在核电站建筑物的防火设计规范中对于电缆的选择及使用有着极高的要求。核电站用电缆受到大量射线时会使绝缘和护套材料变脆，力学性能变差。因此，作为核电站电缆用的绝缘和护套材料，必须具有优良的耐辐照性，同时还应具有较高的防火耐火性能。普通电缆显然难以达到如此要求。另外，电缆的护套材料必须采用低烟、无毒、无腐蚀性的无卤阻燃电缆，才能满足特殊的核安全要求。无卤电缆在发生火灾时，燃烧释放的烟雾量很低，不带毒性及腐蚀性，其阻燃成分可有效发挥阻燃作用，不会使电缆成为火焰蔓延的通道。而本发明涉及一种新型的型核电站用防火电缆，有助于解决上述这些问题。

发明内容

本发明的目的在于解决目前各种核电站用防火电缆所存在的缺点，研制出一种新型的核电站用防火电缆，并提供其制备方法。本发明的核电站用防火电缆共六层结构，由导电铜线芯，特种橡胶绝缘防火层，无机材料抗辐射层，无卤阻燃聚合物内护套，铠装层和无卤阻燃聚合物外护套层所组成。防火绝缘层选用具有优异防火性能的陶瓷化硅橡胶，以硅橡胶为基料及载体，加入无机硅粉状填充剂、结构控制剂，硫化剂以及其它助剂通过共混挤出制备得到。在常温下无毒、无味，具有耐高低温、耐臭氧老化、耐气候老化及优良的电绝缘性能，最重要的是具备了普通硅橡胶的良好的加工性能，使用普通的电缆挤出设备即可成型，从而降低了投资成本，简化了防火电缆的生产工艺。在抗辐射层的制备上，选用无机材料二氧化硅，既具有极高的抗辐射性，还具有良好的耐火性和绝缘性。在护套层的制备上，通过在交联聚乙烯中添加一定用量的无卤阻燃剂，制备出无卤阻燃交联聚乙烯电缆料，将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在抗辐射层和铠装层之上，使得电缆具有良好的阻燃性能，燃烧时发烟量小，不产生有毒、腐蚀性气体。本发明制备得到的核电站用防火电缆，抗辐射性强，具有极好的耐火防火性能，阻燃性能优良，铺设方便，具有极好的应用前景。

其技术方案为：首先制备铜芯导线，将铜杆在拉丝机上进行拉丝，使其直径达到合适的尺寸，然后进行退火处理后卷线待用，或者进一步通过绞线机进行绞线后再卷线待用。其次，制备陶瓷化硅橡胶母料,方法是将100质量份的硅橡胶，20-80份无机硅粉状补强填充剂，1-10 份的结构控制剂，0.5-5份的硫化剂，1-5份的其它助剂，经过真空捏合机捏合3-15分钟、接着采用密炼机混炼5-20分钟,制得可供挤出成型的硅橡胶母料，接着将硅橡胶母料通过橡胶电缆专用挤出机，在50-100℃温度范围内挤出包覆在铜芯导线上，从而构成陶瓷化硅橡胶绝缘防火层。然后，将无机材料二氧化硅通过特殊的设备和工艺包覆在上述的陶瓷化硅橡胶绝缘防火层之上。以电缆级聚乙烯为基料，加入无卤阻燃剂，交联剂和其它助剂，制备无卤阻燃交联聚乙烯电缆料。制备过程中，聚乙烯和无卤阻燃剂以及交联剂和助剂经过混料机进行混合，混合组分的用量按聚乙烯为100份，阻燃剂为1-20份，交联剂为0.1-5份，其它助剂为1-5份。最后，将该物料通过专用电缆挤出成型设备，在150-210℃温度范围内，将其挤出包覆在二氧化硅抗辐射层之上形成内护套层。接着，通过绕包机将钢带绕包在内护套层之上形成铠装层。最后通过专用电缆挤出成型设备，将无卤阻燃交联聚乙烯挤出包覆在铠装层之上，最终形成抗辐射和防火性能良好的核电站用防火电缆。

所述的硅橡胶基体可以是二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶，氟硅橡胶，乙基硅橡胶，硅氮橡胶，苯撑硅橡胶，腈硅橡胶等橡胶中的一种或几种的混合物。

所述的无机硅粉补强填充剂可以是二氧化硅，玻璃粉，云母粉中的一种或几种的混合物。

所述的结构控制剂是二苯基硅二醇，二苯基二羟基硅氧烷中的一种或两种的混合物。

所述的硫化剂是过氧化苯甲酰,过氧化二异丙苯、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷等中的一种或几种的混合物。

所述的陶瓷化硅橡胶，其各种组分所占的重量份数为：以100份硅橡胶为基准，无机硅补强填充剂为20-80份，结构控制剂为1-10份，硫化剂为0.5-5份，其它助剂为1-5份。

所述的聚乙烯交联剂可以是过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰中的一种。

所述的无卤阻燃剂可以是氢氧化铝，氢氧化镁，聚磷酸铵，磷酸氢二铵，磷酸酯，亚磷酸酯，磷氮复配型阻燃剂，硅树脂阻燃剂，聚硅硼氧烷阻燃剂中的一种或几种的混合物。

所述的无卤阻燃交联聚乙烯电缆料，其各种组分所占的重量份数为：以聚乙烯100份为基准，阻燃剂为1-20份，交联剂为0.1-5份，其它助剂为1-5份。

本发明与现有技术相比，其优点为：陶瓷化硅橡胶构成绝缘防火层，即可起到绝缘的作用，又具有防火层的作用。陶瓷化硅橡胶在火焰的烧蚀下，首先由配方中的结构控制剂作用，溢出有机物质，燃烧2-4min后开始烧结，生成陶瓷状壳体的绝缘层。这种陶瓷状壳体的隔绝层可以非常有效地阻挡火焰的继续燃烧。在接下来的烧蚀过程中，陶瓷状壳体生成SiO₂陶瓷，形成经得起700-1300℃高温火焰烧蚀的绝缘体，并具有一定的机械性能，能够抵御火灾现场水浇和间接的机械振动，加工工艺简单、敷设安装方便。二氧化硅是一种极好的抗辐射材料和无机绝缘材料，本电缆使用二氧化硅作为抗辐射层，为其提供了良好的抗辐射性。同时，本电缆的护套材料采用无卤阻燃交联聚乙烯，也具有一定的抗辐射性，而且在发生火灾时，燃烧释放的烟雾量很低，不带毒性及腐蚀性，可有效发挥阻燃作用，因此具有良好的应用前景。

附图说明

图1为核电站用防火电缆的截面图，其中，1.导电层，2.绝缘防火层3.抗辐射层，4.内护套层，5.铠装层，6.外护套层。

具体实施方式

实施例1

将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后卷线待用。将100质量份的二甲基硅橡胶，25份的二氧化硅，3份的二苯基硅二醇，2份的过氧化二异丙苯，1份助剂BHT，在真空捏合机捏合5分钟、接着采用密炼机混炼10分钟，制得硅橡胶母料，接着将硅橡胶母料通过橡胶电缆专用挤出机，60℃挤出包覆在铜芯导线上，构成陶瓷化硅橡胶绝缘防火层。然后通过包覆设备将二氧化硅包覆在陶瓷化硅橡胶绝缘防火层之上，形成抗辐射层。将100份聚乙烯，18份聚磷酸铵，2份过氧化苯甲酰和3份助剂BHT经过混料机进行混合5分钟，得到无卤阻燃聚乙烯电缆料。将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在170℃将其挤出包覆在二氧化硅所构成抗辐射层之上形成内护套层。接着通过绕包机进行钢带绕包，形成铠装层。最后，将该聚乙烯电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在170℃将其挤出包覆在钢带铠装层之上，最终得到核电站用防火电缆产品。

表一 实施例一一种核电站用防火电缆的防火性能(耐火特性试验)

实施例2

将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后卷线待用。将100质量份的甲基乙烯基硅橡胶，30份的二氧化硅，2份的二苯基硅二醇，2份的过氧化二异丙苯，5份助剂BP-2，在真空捏合机捏合8分钟、接着采用密炼机混炼20分钟,制得硅橡胶母料，接着将硅橡胶母料通过橡胶电缆专用挤出机，80℃挤出包覆在铜芯导线上，构成陶瓷化硅橡胶绝缘防火层。然后通过包覆设备将二氧化硅包覆在陶瓷化硅橡胶绝缘防火层之上，形成抗辐射层。将100份聚乙烯，18份聚磷酸铵,1份过氧化苯甲酰和2份助剂BP-2经过混料机进行混合5分钟，得到无卤阻燃聚乙烯电缆料。将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在180℃将其挤出包覆在二氧化硅所构成抗辐射层之上，形成内护套层。接着通过绕包机进行钢带绕包，形成铠装层。最后，将该聚乙烯电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在180℃将其挤出包覆在钢带铠装层之上，最终得到核电站用防火电缆产品。

实施例3

将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后进行绞线并卷线待用。将100质量份的乙基硅橡胶，25份的玻璃粉，2份的二苯基二羟基硅氧烷，2份的过氧化苯甲酰，2份助剂BP-4，在真空捏合机捏合10分钟、接着采用密炼机混炼15分钟,制得硅橡胶母料，接着将硅橡胶母料通过橡胶电缆专用挤出机，70℃挤出包覆在铜芯导线上，构成陶瓷化硅橡胶绝缘防火层。然后通过包覆设备将二氧化硅包覆在陶瓷化硅橡胶绝缘防火层之上，形成抗辐射层。将100份聚乙烯，18份聚磷酸铵，3份过氧化苯甲酰和5份助剂BP-4经过混料机进行混合5分钟，得到无卤阻燃聚乙烯电缆料。将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在160℃将其挤出包覆在二氧化硅所构成的抗辐射层之上，形成内护套层。接着通过绕包机进行钢带绕包，形成铠装层。最后，将该聚乙烯电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在160℃将其挤出包覆在钢带铠装层之上，最终得到核电站用防火电缆产品。

Claims (10)

1.一种的核电站防火电缆，其特征在于，该电缆由六层组成，铜线芯构成导电层，特种橡胶构成绝缘防火层，无机材料构成抗辐射层，无卤阻燃聚合物构成内护套层，钢带构成铠装层，无卤阻燃聚合物构成外护套层。

2.权利要求1所述的核电站防火电缆，其特征在于，该电缆由金属铜导体构成线芯，既可以是单线芯，也可以是多线芯绞合在一起所形成；所述的特种橡胶为陶瓷化硅橡胶；所述的无机材料构成抗辐射层，该无机材料为二氧化硅；所述的无卤阻燃聚合物构成内护套层，无卤阻燃聚合物为无卤阻燃交联聚乙烯；所述的无卤阻燃聚合物构成外护套层，无卤阻燃聚合物为无卤阻燃交联聚乙烯。

3.权利要求1或2所述的核电站防火电缆，其特征在于，具体制备方法如下：

（1）首先制备铜芯导线，将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后卷线待用，或者进一步通过绞线机进行绞线后再卷线待用；

（2）其次，制备陶瓷化硅橡胶，以硅橡胶为基料及载体，加入无机硅粉状补强填充剂、结构控制剂，硫化剂以及其它助剂，经过真空捏合机捏合、密炼机混炼，制成可供挤出成型的硅橡胶母料，接着将硅橡胶母料通过橡胶电缆专用挤出机包覆在铜芯导线上，从而构成陶瓷化硅橡胶绝缘防火层；

（3）将二氧化硅通过包覆设备将其包覆在上述的陶瓷化硅橡胶绝缘防火层之上，形成抗辐射层；

（4）以电缆级交联聚乙烯为基料，加入无卤阻燃剂和其它助剂，制备无卤阻燃交联聚乙烯电缆料，将一定比例的聚乙烯和无卤阻燃剂以及助剂经过混料机进行混合，然后通过挤出机混炼均匀，挤出得到无卤阻燃聚乙烯电缆料，最后将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在抗辐射层之上成型，得到无卤阻燃内护套层；

（5）通过绕包机将钢带绕包在无卤阻燃内护套层之上，构成铠装层；

（6）将无卤阻燃交联聚乙烯电缆料通过电缆挤出成型设备将其包覆在铠装层之上成型，得到无卤阻燃外护套层。

4.权利要求3所述的核电站防火电缆的制备方法，其特征在于，铜杆在拉丝机上进行拉丝，拉丝后可以直接使用，也可以将多个铜丝进行绞线后制备成铜绞线后使用。

5. 权利要求3所述的核电站防火电缆的制备方法，其特征在于，制备陶瓷化硅橡胶,以硅橡胶为基料及载体，硅橡胶可以是二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶，氟硅橡胶，乙基硅橡胶，硅氮橡胶，苯撑硅橡胶，腈硅橡胶等橡胶中的一种或几种的混合物；所述的补强填充剂为无机硅粉，无机硅粉可以是二氧化硅，玻璃粉，云母粉中的一种或几种的混合物；所述的结构控制剂是二苯基硅二醇，二苯基二羟基硅氧烷中的一种或两种的混合物；所述的硫化剂是氧化苯甲酰, 过氧化二异丙苯、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷等中的一种或几种的混合物。

6.权利要求3所述的核电站防火电缆的制备方法，其特征在于，制备陶瓷化硅橡胶，其各种组分所占的重量份数为：以硅橡胶100份为基准，无机硅补强填充剂为20-80份，结构控制剂为1-10份，硫化剂为0.5-5份，其它助剂为1-5份，制备陶瓷化硅橡胶，常温下将各组分在真空捏合机捏合3-15分钟、密炼机混炼5-20分钟,然后在50-100℃温度范围内通过橡胶电缆专用挤出机包覆在铜芯导线上，从而构成陶瓷化硅橡胶绝缘防火层。

7.权利要求3所述的核电站防火电缆的制备方法，其特征在于，将二氧化硅通过包覆设备包覆在上述的陶瓷化硅橡胶绝缘防火层之上，形成抗辐射层。

8.权利要求3所述的核电站防火电缆的制备方法，其特征在于，以电缆级交联聚乙烯为基料，制备无卤阻燃聚乙烯电缆料，所添加的无卤阻燃剂为氢氧化铝，氢氧化镁，聚磷酸铵，磷酸氢二铵，磷酸酯，亚磷酸酯，磷氮复配型阻燃剂，硅树脂阻燃剂，聚硅硼氧烷阻燃剂中的一种或几种的混合物，以电缆级聚乙烯为基料，加入无卤阻燃剂，交联剂和其它助剂，制备无卤阻燃交联聚乙烯电缆料，其各种组分所占的重量份数为：以聚乙烯100份为基准，阻燃剂为1-20份，交联剂为0.1-5份，其它助剂为1-5份。

9.权利要求8所述的核电站防火电缆的制备方法，其特征在于，将各组分按比例在混料机里混合3-10分钟，得到无卤阻燃交联聚乙烯电缆料，最后将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在150-210℃温度范围内挤出包覆在抗辐射层或铠装层之上，形成内护套层或外护套层。

10.权利要求1-9任一项所述的核电站防火电缆在制备抗辐射防火电缆上的应用。