CN107123475B - 一种耐火环保电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐火环保电缆，包括导体、耐火云母带、绝缘层、固定带、耐火包带、内护套、金属屏蔽层和外护套，还包括加固层和抗菌纤维层；所述导体一共布设有7组，每组导体之间紧紧相邻，导体外依次包覆有耐火云母带和绝缘层，所述导体为铝合金导体；每相邻的两组导体之间隔间设置有玻璃纤维体，玻璃纤维体外层包裹有固定带，固定带外层加设有六边形的加固层，加固层外层为耐火包带，耐火包带外层为内护套，内护套外层为金属屏蔽层，金属屏蔽层外层为抗菌纤维层，抗菌纤维层外为外护套。

Description

一种耐火环保电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种耐火环保电缆。
背景技术
随着我国经济建设的日益发展，生活水平质量的提升。对于公共安全问题的重视程度与日俱增。
目前，相关技术中采用的耐火电缆一般为铜芯电缆，其外部一般布设有聚乙烯材质的外护套或者绝缘层，不仅重量大，而且在发生起火时因为铜芯温度过高导致外部材料融化，同时外护套也容易燃烧，耐火时间较短不能完全避免起火对于电缆线的持续性损坏。
发明内容
本发明旨在提供一种重量较轻，屏蔽性能优异的耐火环保电缆，以解决背景技术中所述的现有的电缆耐火时间短且不能完全避免起火对于电缆线的持续性损坏的技术问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案得以实现：一种耐火环保电缆，包括导体、耐火云母带、绝缘层、固定带、耐火包带、内护套、金属屏蔽层和外护套，还包括加固层和抗菌纤维层；所述导体一共布设有7组，每组导体之间紧紧相邻，导体外依次包覆有耐火云母带和绝缘层，所述导体为铝合金导体；每相邻的两组导体之间间隔设置有玻璃纤维体，玻璃纤维体外层包裹有固定带，固定带外层加设有六边形的加固层，加固层外层为耐火包带，耐火包带外层为内护套，内护套外层为金属屏蔽层，金属屏蔽层外层为抗菌纤维层，抗菌纤维层外为外护套。
相对于现有技术，本发明的有益效果：本发明所述的耐火环保电缆，耐火环保性能优异，屏蔽性能好，通过在导体周围设置玻璃纤维体，在导体、玻璃纤维体和固定带之间形成的缝隙内填充有蛭石和膨胀土混合制成的阻燃填充物，提升了电缆的机械强度的同时，防止了火焰对于电缆线造成的持续性损坏，是一种经济环保的可持续性使用的电缆。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2为本发明所采用的空白对照的细菌实验结果图。
图3为本发明的抗菌实验结果图。
其中：1-导体,2-耐火云母带,3-绝缘层,4-填充物,5-固定带,6-玻璃纤维体,7-加固层,8-耐火包带,9-内护套,10-金属屏蔽层,11-抗菌纤维层,12-外护套。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种耐火环保电缆，一种耐火环保电缆，包括导体1、耐火云母带2、绝缘层3、固定带5、耐火包带8、内护套9、金属屏蔽层10、外护套12、加固层7和抗菌纤维层11。
所述导体1一共布设有7组，每组导体1之间紧紧相邻，导体1外依次包覆有耐火云母带2和绝缘层3，所述导体1为铝合金导体。将导体1用耐火云母带进行包覆，可使导体1的耐火温度提升。
每相邻的两组导体1之间隔间设置有玻璃纤维体6，玻璃纤维体6外层包裹有固定带5，固定带5外层加设有六边形的加固层7，加固层7外层为耐火包带8，耐火包带8外层为内护套9，内护套9外层为金属屏蔽层10，金属屏蔽层10外层为抗菌纤维层11，抗菌纤维层11外为外护套12。
所述绝缘层3为聚烯烃绝缘阻燃塑料，且绝缘层通过橡胶带重叠绕包，重叠搭盖率为10～20％，形成的绝缘层3的厚度为0.8～1.2mm。
所述固定带5为紧紧环绕玻璃纤维体的环状固定带，加固层7和固定带5之间形成的空隙内填充有固态二氧化硅粉末和石英粉末混合填充物，增强电缆的机械性能和隔热性能。所述导体1、玻璃纤维体6和固定带5之间形成的缝隙内填充有蛭石和膨胀土混合制成的阻燃填充物。通过这样的结构的设计，本发明的电缆可达到800～1050℃的耐火温度，在上述温度范围内，本发明的电缆可以经受120～130min的阻燃耐火测试，达到耐火和阻燃I级水平，其耐火阻燃性能较现有技术中记载的800～900℃的耐火温度高，安全性能提高。
所述的金属屏蔽层10的表面涂覆有修复层。
在本实施例中，(1)前处理：金属屏蔽层10采用金属铝，铝试样依次采用100目、500目、1200目、2000目和2500目的碳化硅砂纸对铝试样进行打磨，经丙酮脱脂，1.0M的NaOH溶液浸泡10min，1.0M HCl溶液浸泡15min，去离子水清洗后干燥备用；
(2)成膜：铝试样为阳极，Pt片为阴极，28℃条件下，采用阳极氧化装置对铝试样的表面进行阳极氧化，以HAc为阳极氧化电解液，施加0.35A电流，电流密度为0.108A/cm2，施加电流的时间为20min；然后体积分数70％的HNO3与体积分数20％的H2SO4混合酸中浸泡12h，重复上述阳极氧化过程4遍，在铝试样的表面生成50nm～100nm的氧化铝薄膜；
(3)制备纳米二氧化硅-8羟基喹啉微粒：100ml DMF中采用超声分散10gSiO2，形成Nano-SiO2分散液；75℃水浴，500ml烧瓶中依次加入15ml APTMS、4.0g二氢-2,5-呋喃二酮、75ml C2H5OH、15ml蒸馏水，边搅拌边加入Nano-SiO2分散液，继续反应4.0h，加入适量预先配制好质量浓度为25％的8-羟基氮杂萘溶液，继续反应2.5h；然后将混合溶液离心，依次使用C2H5OH、NaCl溶液洗涤4次，离心，干燥，置于马福炉中煅烧4.5h，即得Nano-SiO2-8羟基氮杂萘微粒；
(4)修复层：质量分数为8％的聚乙烯亚胺和质量分数为82％的聚苯乙烯磺酸溶液混合，加入制得的Nano-SiO2-8羟基氮杂萘微粒，制成自愈合修复溶胶；将步骤2处理后铝试样浸入盛放有上述自愈合修复溶胶的容器中，容器放入真空干燥箱中抽真空，大气压维持在80～90KPa，60min，之后调节大气压至90～95KPa，再浸渍40min，再调节大气压至正常大气压浸渍120min，取出干燥后成膜；
(5)定型：将步骤(4)中处理的铝试样采用匀胶机将自愈合修复溶胶旋涂于表面，涂覆3～10层，每层的涂覆厚度为50～100nm，每次旋涂后用水/酒精体积比1：1的混合溶液冲洗，氮气流干燥，然后再单独依次旋涂2～3层聚乙烯亚胺和聚苯乙烯磺酸，最后置于烧结炉中烧结，迅速定型修复膜层。在相关技术中，金属屏蔽层仅仅作为阻燃和屏蔽使用，并没有对其进行结构上的改进，本发明通过设置金属屏蔽层，并且采用质量较轻的铝作为屏蔽层用金属。然而，在电缆经过有积水的地方从而导致电缆进水时，由于铝基材的表面容易发生腐蚀而导致电缆穿孔。由于铝质基材的表面会产生一层自然的防腐薄膜，因此为了节省人力和物力成本，一般不对铝质基材进行处理，然而随着使用时间的延长，其自然防腐薄膜非常容易受到损坏，铝基材的表面直接与酸碱接触进而发生腐蚀，进而导致电缆使用故障。然而，本申请中作为金属屏蔽层的铝的外表面经过阳极氧化处理，人工形式在其表面形成了一层致密的Al2O3薄膜层，且该Al2O3薄膜上形成了许多微孔，与现有技术中不对其表面进行处理或者直接在其表面涂覆防腐涂料的方法，本发明将Nano-SiO2-8羟基氮杂萘微粒填充至Al2O3薄膜上的微孔结构内，该微粒经过羧基化形成Nano-SiO2包覆8羟基氮杂萘的结构，一旦金属屏蔽层的表面遭受机械应力，微孔中的Nano-SiO2即可释放其内部的8羟基氮杂萘进行表面金属屏蔽层的修复，是一种不同于以往的以防为主的抗腐蚀方式，本发明的金属屏蔽层具有自我修复功能。
金属屏蔽层上还布设有超疏水层，该超疏水层的制备方法如下：(1)在装有搅拌器、温度计和氮气导入管的干燥四口瓶中，加入一定量的脱水异佛乐酮二异氰酸盐，加热到55℃，滴加脱水聚醚和催化剂二月桂二丁基酸锡，待混合均匀后，缓慢升温至75℃，反应2～3h后，降温至50℃，向反应瓶中滴加一定量的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯和对甲氧基苯酚，保持50℃继续反应到游离异氰酸根的质量分数小于0.065wt％，停止反应，冷却至室温，即得紫外光固化脂环族聚氨酯丙烯酸酯低聚物，备用；(2)将涂覆有自愈合修复层金属屏蔽层放入100wt％熔融的十四酸中于80℃条件下浸泡0.5h，取出，85℃烘干；然后再置于3-巯基丙酸中50℃条件下浸泡20min，依次用无水乙醇、去离子冲洗，N2流吹干；(3)取一定质量的紫外光固化脂环族聚氨酯丙烯酸酯低聚物，加入总质量2.wt％的自由基光引发剂，搅拌均匀，然后将经过步骤(2)处理的金属屏蔽层的外表面涂覆上述紫外光固化脂环族聚氨酯丙烯酸酯低聚物，在1KW的紫外灯下照射1h，使其固化成膜即得超疏水层。目前采用的超疏水层存在易老化失效的技术难题，一般技术领域人员所采用的的解决方式为增加超疏水层的厚度，然而增加超疏水层厚度的方式不能完全解决老化失效的问题，本申请中通过在金属屏蔽层的外表面涂覆紫外光固化脂环族聚氨酯丙烯酸酯低聚物，在1KW的紫外灯下照射1h，使其固化成膜即得超疏水层，解决了超疏水层易老化失效的问题的同时，提升了超疏水层的弹性和紧密度，还提高金属屏蔽层的机械性能和韧性，并赋予其耐候性和光学性能。增强了电缆的机械性能和抗拉伸强度。
金属屏蔽层的外表面还设置有TiO2荧光膜层，制备过程：将10ml丁酮酸乙酯加入到90ml无水Et-OH中，再将30ml四正丁醇钛加入到混合溶液中，在室温下充分搅拌1h；加入30ml质量浓度为90％的Et-OH溶液，然后将0.5g摩尔浓度为0.004～0.006M的9-乙烯基咔唑单体、2.0mL摩尔浓度为0.001～0.0025M的苯二乙烯依次加入上述混合溶液中，65℃搅拌反应2h，搅拌速度为1500rpm，25±5℃条件下陈化24h得到TiO2荧光溶胶，即得；通过掺杂光电敏感材料9-乙烯基咔唑单体到TiO2溶胶制备过程中，提高TiO2荧光膜层的光催化作用；将浸渍有超疏水层的金属屏蔽层完全浸渍在装有TiO2荧光溶胶溶液的容器中，将上述容器放入真空干燥箱中抽真空，大气压维持在25～50KPa，20min，之后调节大气压至50～80KPa，再浸渍10min，再调节大气压至80～90KPa，维持10min，之后调节大气压至正常大气压，取出后在湿度为65～75％的空气中干燥，使其水解生成TiO2，100℃烘干30min；再以相同的处理工艺重复3～4遍，每遍涂层的厚度为20～65nm；之后置于烧结炉中以100～125℃/h的速率升温至550℃，保温50min即得。目前还未见有将光电敏感材料9-乙烯基咔唑单体到TiO2溶胶中进而制得TiO2荧光膜的报道。在实际使用过程中发现，本发明中提及的方法制备的TiO2荧光膜除了具备良好的抗菌和祛除异味的性能外，还具有良好的反射光的作用和非常良好的美学欣赏性能，采用透明的外护套12相结合的形式，可使电缆具备美学性能。与自愈合修复层的联合使用，还具有腐蚀点指示的效果，目前还未见有关于具有腐蚀点指示性能的电缆的相关记载。
实验测试：
一、腐蚀实验：将未处理的原始铝试样作为空白对照S1、本发明的金属屏蔽层作为S2。S1的开路电位值OCP为-0.81，S2的开路电位值OCP为-0.23。从S1和S2的开路电位值的变化可以看出，S2具有很好的抑制腐蚀能力。将S1和S2分别浸入Cl-浓度为1.0M的NaCl溶液中浸泡48h，记录其腐蚀电位Ecorr、阴极反应塔菲尔斜率bc、阳极反应塔菲尔斜率ba、极化阻抗Rp和腐蚀电流密度icorr，其中，腐蚀电流密度Icoor值的计算公式如下：Icorr＝[Ba×Bc/2.303(Ba+Bc)]×1/Rp。测试数据结果如下表1所示。
表1极化曲线数据值
从上表1中的数据结果值可以看出，经过处理的金属屏蔽层的极化阻抗Rp由3.12kΩ增至170.15kΩ，腐蚀电流密度由11.3μAcm-2下降为0.199μAcm-2。表明本申请的电缆腐蚀速率非常缓慢，大大延长了电缆的使用寿命。传统的电缆在发生水体浸润时，非常容易生锈发生点腐蚀进而产生面腐蚀，或者当发生机械破坏时会发生严重的腐蚀现象，严重的危害到电缆的正常使用，缩短了电缆的正常使用寿命。然而，本发明的电缆采用自愈性复合修复膜覆盖，在实验过程中，相对于原始的电缆基材，本发明的电缆没有发生点腐蚀。即使在发生机械破坏的情况下，表层的各膜层被破坏，但是浸入到电缆表层自愈性修复溶液可以被逐渐释放进而修复发生机械破坏的区域，进而避免腐蚀的发生，可使电缆正常工作。
二、、抗菌抑菌实验
将原始铝试样作为空白对照，进行以下抗菌实验。将空白对照和本发明的电缆试样分别放入金黄色葡萄球菌培养液中，浸泡48h。取出后，在其表面接种金黄色葡萄球菌菌液。然后放入到培养箱中观察空白对照和本发明的电缆试样的表面的菌落的生长情况。结果如图2和图3所示。由图2和图3可以看出，在相同的实验条件下，空白对照的原始铝试样的表面附着的细菌数量比本发明的电缆的表面的细菌数量多很多。而本发明的电缆的表面的细菌数量附着非常少，只有数个。说明本发明可以抑制金黄色葡萄球菌的生长。
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 (5)

1.一种耐火环保电缆，包括导体、耐火云母带、绝缘层、固定带、耐火包带、内护套、金属屏蔽层和外护套，其特征在于，还包括加固层和抗菌纤维层；所述导体一共布设有7组，每组导体之间紧紧相邻，导体外依次包覆有耐火云母带和绝缘层，所述导体为铝合金导体；每相邻的两组导体之间间隔设置有玻璃纤维体，玻璃纤维体外层包裹有固定带，固定带外层加设有六边形的加固层，加固层外层为耐火包带，耐火包带外层为内护套，内护套外层为金属屏蔽层，金属屏蔽层外层为抗菌纤维层，抗菌纤维层外为外护套；所述金属屏蔽层的表面涂覆有修复层，通过以下方式形成：
(1)前处理：金属屏蔽层采用金属铝，铝试样依次采用100目、500目、1200目、2000目和2500目的碳化硅砂纸对铝试样进行打磨，经丙酮脱脂，1.0M的NaOH溶液浸泡10min，1.0MHCl溶液浸泡15min，去离子水清洗后干燥备用；
(2)成膜：铝试样为阳极，Pt片为阴极，28℃条件下，采用阳极氧化装置对铝试样的表面进行阳极氧化，以HAc为阳极氧化电解液，施加0.35A电流，电流密度为0.108A/cm2，施加电流的时间为20min；然后体积分数70％的HNO3与体积分数20％的H2SO4混合酸中浸泡12h，重复上述阳极氧化过程4遍，在铝试样的表面生成50nm～100nm的氧化铝薄膜；
(3)制备纳米二氧化硅-8羟基喹啉微粒：100ml DMF中采用超声分散10g SiO2，形成Nano-SiO2分散液；75℃水浴，500ml烧瓶中依次加入15ml APTMS、4.0g二氢-2,5-呋喃二酮、75ml C2H5OH、15ml蒸馏水，边搅拌边加入Nano-SiO2分散液，继续反应4.0h，加入适量预先配制好质量浓度为25％的8-羟基氮杂萘溶液，继续反应2.5h；然后将混合溶液离心，依次使用C2H5OH、NaCl溶液洗涤4次，离心，干燥，置于马福炉中煅烧4.5h，即得Nano-SiO2-8羟基氮杂萘微粒；
(4)修复层：质量分数为8％的聚乙烯亚胺和质量分数为82％的聚苯乙烯磺酸溶液混合，加入制得的Nano-SiO2-8羟基氮杂萘微粒，制成自愈合修复溶胶；将步骤( 2) 处理后铝试样浸入盛放有上述自愈合修复溶胶的容器中，容器放入真空干燥箱中抽真空，大气压维持在80～90KPa，60min，之后调节大气压至90～95KPa，再浸渍40min，再调节大气压至正常大气压浸渍120min，取出干燥后成膜；
(5)定型：将步骤(4)中处理的铝试样采用匀胶机将自愈合修复溶胶旋涂于表面，涂覆3～10层，每层的涂覆厚度为50～100nm，每次旋涂后用水/酒精体积比1：1的混合溶液冲洗，氮气流干燥，然后再单独依次旋涂2～3层聚乙烯亚胺和聚苯乙烯磺酸，最后置于烧结炉中烧结，迅速定型修复膜层。
2.根据权利要求1所述的一种耐火环保电缆，其特征在于，所述绝缘层为聚烯烃绝缘阻燃塑料，且绝缘层通过橡胶带重叠绕包，重叠搭盖率为10～20％，形成的绝缘层的厚度为0.8～1.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种耐火环保电缆，其特征在于，所述固定带为紧紧环绕玻璃纤维体的环状固定带，加固层和固定带之间形成的空隙内填充有固态二氧化硅粉末和石英粉末混合填充物。
4.根据权利要求3所述的一种耐火环保电缆，其特征在于，所述导体、玻璃纤维体和固定带之间形成的缝隙内填充有蛭石和膨胀土混合制成的阻燃填充物。
5.根据权利要求4所述的一种耐火环保电缆，其特征在于，金属屏蔽层的厚度为2～5mm；抗菌纤维层的厚度为50～100nm。
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