CN108492924B - 一种膨胀阻燃型电力电缆 - Google Patents

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Abstract

一种膨胀阻燃型电力电缆,包括预成型体(6),所述预成型体(6)包括绝缘芯体(1)、热膨胀胎(5);热膨胀胎(5)间隔设置在绝缘芯体(1)中;所述绝缘芯体(1)包括至少两根缆芯(2)和绝缘填充材料(3),缆芯(2)中心对称地设置在绝缘填充材料(3)中,所述绝缘填充材料(3)在缆芯之间位置间隔设有3个V形槽(3.1);所述V形槽(3.1)中填充有热膨胀胎(5);所述热膨胀胎(5)包括热膨胀性微球(11)、粘合树脂(12),所述热膨胀性微球(11)的起始发泡温度在180~220℃;还包括低熔点填充层(7)、波浪形碳纤维布层(8)和耐火护套层(10)。所述膨胀阻燃型电力电缆,既设计了合理的热膨胀及其导向结构,又设置了隔热屏障,二者协同作用,使得其耐火性能大大提高。

Description

一种膨胀阻燃型电力电缆
技术领域
本发明涉及电力电缆的技术领域,具体涉及一种膨胀阻燃型电力电缆。
背景技术
耐火电缆的特点是在规定的时间环境燃烧过程中或燃烧后一定时间内,仍然能正常供电。
现有技术最早采用氧化镁做绝缘外加金属管护套,虽耐火性能好,但是加工工艺复杂,电缆不易弯曲。在导体芯线外包一层玻璃云母带的聚氯乙烯绝缘弥补了硬体耐火电缆的不足,但还存在以下缺点: 塑料绝缘绕包过程中片状云母易开裂脱落,会造成局部耐火绝缘性能降低; 外层不耐高温而烧损变形又会导致耐火绝缘层的开裂脱落,电缆的实际耐火能力差。
这种仅仅依靠芯线周围的无机耐火层来隔热的结构,在遭遇火灾时,除了火焰燃烧会破坏绝缘材料,外来的机械撞击,如掉下的石块、木板和钢板,以及消防水柱的喷射,也会对电缆造成损毁。上述传统云母带电缆只能保证在一定时间的火焰条件下能维持正常供电。究其原因,在火焰条件下,云母带中含有的耐高温粘结剂会逐步烧损,失去其机械强度和对云母鳞片的粘结性,云母鳞片间存在间隙,在水淋的条件下已无法维持线间的绝缘而出现短路。出现机械撞击时,燃烧没有粘结强度的耐火云母带会松散和脱落,无法维持其绝缘性。云母带也导致在制作如1.0-2.5mm2的小截面电缆时由于扰曲半径小而易损伤,产品合格率降低。
目前,市场上可以满足BS6387标准的只有氧化镁填压铜管护套的BTT类别耐火电缆,由于其粉体绝缘材料和无法直接挤包的铜管护套,导致其生产工艺只能沿袭一百多年前的多次拉拔成型工艺,速度慢,长度短,接头多,粉尘飞扬,制造环境恶劣,现场安装工艺复杂。
最新的IEC 60331标准规定,耐火电缆必须能在不低于750℃环境下运行90min。
如何在成本合理的条件下,最好是无须云母带和矿物填充材料,通过合理的结构结合膨胀材料的利用,设计出高耐火级别的电力电缆成为行业发展的共性难题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种膨胀阻燃型电力电缆。
本发明的目的是这样实现的,一种膨胀阻燃型电力电缆,包括预成型体,所述预成型体包括绝缘芯体、热膨胀胎;热膨胀胎间隔设置在绝缘芯体中;所述绝缘芯体包括至少两根缆芯和绝缘填充材料,缆芯中心对称地设置在绝缘填充材料中,所述绝缘填充材料在缆芯之间位置间隔设有3个V形槽;所述V形槽中填充有热膨胀胎;
所述热膨胀胎包括热膨胀性微球、粘合基质,所述热膨胀性微球的起始发泡温度在180~220℃;所述粘合基质包括橡胶或热塑性弹性体;
还包括低熔点填充层、波浪形碳纤维布层和耐火护套层,预成型体外挤包低熔点填充层,所述低熔点填充内设有波浪形碳纤维布层,低熔点填充层外设有耐火护套层。
进一步地,绝缘芯体外包覆有耐热阻水树脂层,耐热阻水树脂层包括50~70wt%的热塑性树脂、25~45wt%的三水铝石粉末和3~5wt%的增塑剂。
进一步地,所述热膨胀性微球包括热塑性树脂外壳和包封在热塑性树脂外壳内的发泡剂;以热膨胀性微球的总重量100%为基准,热膨胀性微球包括所述10~18wt%的N,N -二甲基丙烯酰胺( DMAA)和0.1~0.25wt%的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯( TM)、22~33wt%的异辛烷、45~63wt%的丙烯腈单体和3~5 wt%的甲基丙烯酸甲酯。
进一步地,所述绝缘芯体挤包在整体芯套中。
进一步地,所述整体芯套包括环形壳体,环形壁间隔设置有3个V形槽壁,V形槽壁在环形壁外延伸有定向肋部。
进一步地,所述低熔点填充层包括熔点在120℃~150℃的树脂。
进一步地,V形槽或V形槽壁的V形夹角为50º~60º。
进一步地,在低熔点填充层和耐火护套层之间设有金属铠装层。
进一步地,整体芯套为厚度为0.3~0.5mm的铝塑复合层。
一种膨胀阻燃型电力电缆的制作方法,
包括如下步骤:
1)预成型体的制作
缆芯挤包成型,
缆芯外共挤出绝缘芯体
缆芯外共挤包绝缘填充材料和/或耐热树脂层,同时,可在v形槽中同时共挤出热膨胀胎,共同构成预成型体;
或者缆芯和整体芯套为插入件,在缆芯和整体芯套之间共挤出绝缘填充材料,同时,可在v形槽壁中同时共挤出热膨胀胎,共同构成预成型体;
2)挤包低熔点填充层得到线缆预制体
预成型体冷却后,在预成型体外挤包第一低熔点树脂层,所述第一低熔点树脂层外形呈波浪形,在第一低熔点树脂层外涂覆粘结剂层,将环形碳纤维布粘结在粘结剂层外,然后再挤包第二低熔点树脂层,得到线缆预制体;
3)电缆挤包成型
在线缆预制体外挤包耐火护套层。
进一步地,所述步骤替换为:在线缆预制体外缠绕金属铠装层,然后以缠绕金属铠装层的线缆预制体为芯材送入挤出机模头,在线缆预制体及金属铠装层外挤包耐火护套层。
所述膨胀阻燃型电力电缆,既设计了合理的热膨胀及其导向结构,又设置了隔热屏障,二者协同作用,使得其耐火性能大大提高。
附图说明
图1为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例一的主剖视图。
图2为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例一的护套燃烧后的主剖视图。
图3为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例二的主剖视图。
图4为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例二的护套燃烧后的主剖视图。
图5为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例二的优选实施方式的主剖视图。
图6为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例二的优选实施方式的护套燃烧后的主剖视图。
图7为本发明膨胀阻燃型电力电缆的V形槽中膨胀胎的剖视图。
图8为本发明膨胀阻燃型电力电缆的实施例一的隔热效果比较图。
上述图中的附图标记:
1绝缘芯体,2缆芯,3 绝缘填充材料,3.1 V形槽,4 耐热阻水树脂层,5 热膨胀胎,6 预成型体,7低熔点填充层,8 波浪形碳纤维布层,9 金属铠装层,10 耐火护套层,11 热膨胀性微球, 12粘合基质,19 膨胀支撑点,20 热膨胀凸起棱,21 整体芯套,22 环形壳体,23 定向肋;
2.1 导体,2.2 导体间阻水材料填充,2.3 绝缘保护层;
7.1 第一低熔点树脂层,7.2 粘结剂层,7.3 第二低熔点树脂层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明,但不用来限制本发明的范围。
实施例一
如图所示,一种膨胀阻燃型电力电缆,包括绝缘芯体1,所述绝缘芯体1包括三根缆芯2和绝缘填充材料3,所述缆芯2包括导体2.1、导体间阻水材料填充2.2和绝缘保护层2.3。缆芯2中心对称地设置在绝缘填充材料3中,所述绝缘填充材料3在缆芯之间位置间隔设有3个V形槽3.1。更为优选的是,绝缘芯体1外包覆有耐热阻水树脂层4。所述V形槽3.1中填充有热膨胀胎5,所述热膨胀胎5与绝缘芯体1共同构成圆柱体形的预成型体6。
V形槽3.1的V形夹角优选为50º~60º。
预成型体6外挤包低熔点填充层7,所述低熔点填充层7内设有波浪形碳纤维布层8。低熔点填充层7外设有金属铠装层9,金属铠装层9外设有耐火护套层10。
所述耐火护套层10为短期工作温度在200℃~450℃之间的无卤耐燃材料,包括XLPE、硅橡胶或聚酰压胺。
耐热阻水树脂层4包括50~70wt%的热塑性树脂、25~45wt%的三水铝石粉末,5wt%的增塑剂。所述三水铝石粉末粒度为300~1000目;由于三水铝石的初始热分解温度为200~220℃,是阻燃性能优良的无机阻燃剂,其受热分解释放出水蒸气而使得树脂基体起泡而阻止热量由外而内地传导。
所述热膨胀胎5包括热膨胀性微球11、粘合基质12。具体制作工艺为:将所述热膨胀微球11与粘合基质12的颗粒混合,搅拌机搅拌30分钟,混合均匀得到热膨胀成型料。将所述热膨胀成型料与绝缘填充材料3共同作为挤出机的共挤加入料从两个加料料斗分别加入,以三根缆芯1为插入件,共挤成型所示预成型体6。所述热膨胀性微球11的起始发泡温度在180~220℃,平均尺寸在30~40μm之间,热膨胀性微球发泡前后的平均直径之比为4~6。所述热膨胀性微球11为市场提供。
更为优选的是,所述热膨胀性微球11包括热塑性树脂外壳和包封在热塑性树脂外壳内的发泡剂。壳包括热塑性聚合物和在交联位点之间具有的重均分子量大于500的长链交联剂;以热膨胀性微球的总重量100%为基准,热膨胀性微球包括所述10~18wt%的N,N -二甲基丙烯酰胺( DMAA)和0.1~0.25wt%的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯( TM)、22~33wt%的异辛烷、45~63wt%的丙烯腈单体和3~5 wt%的甲基丙烯酸甲酯。
所述粘合基质包括橡胶或热塑性弹性体。橡胶比如天然橡胶、丁基橡胶或硅橡胶;热塑性弹性体比如烯烃弹性体或苯乙烯弹性体。
本发明采用的热膨胀性微球11采用悬浮聚合法,将单体和发泡剂在液滴内共聚并沉淀在液滴表面,得到具有核壳结构的热膨胀性微球。当加热热膨胀性微球时,壳内发泡剂受热气化产生内压力同时外壳软化使微球膨胀。
所述低熔点填充层包括熔点在120℃~150℃的树脂,比如聚乙烯、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯、聚四氟乙烯等。
更为优选地,所述低熔点填充层7与波浪形碳纤维布层8共挤出成型。
制作工艺包括如下步骤:
1)预成型体6的制作
所述预成型体6的具体制作工艺为:
缆芯挤包成型,
缆芯1外共挤包绝缘填充材料3和/或耐热树脂层4,还可在v形槽中同时共挤出热膨胀胎5,共同构成预成型体6。
2)挤包低熔点填充层7得到线缆预制体
预成型体6冷却后,在预成型体6挤包第一低熔点树脂层7.1,所述第一低熔点树脂层7.1外形呈波浪形,在第一低熔点树脂层外涂覆粘结剂层7.2,将环形碳纤维布粘结在所述粘结剂层外,然后再挤包第二低熔点树脂层7.3,得到线缆预制体。
3)电缆挤包成型
在线缆预制体外缠绕金属铠装层9,然后以缠绕金属铠装层的线缆预制体为芯材送入挤出机模头,在线缆预制体及金属铠装层9外挤包耐火护套层10。
实验数据
对比例:一种耐火电力电缆,缆芯中心对称地设置在热膨胀胎中,外设金属铠装层,外设有耐火护套层。
如图8所示,实施例1中的膨胀阻燃型电力电缆,在1000℃火焰条件下,经过90min后,缆芯温度不超过400℃。而比较例,在1000℃火焰条件下,经过90min后,经过20分钟后,缆芯温度即超过600℃,导体的导电能力大大降低。
现分析本发明所述膨胀耐火型电力电缆,从以下两方面构思:
一方面,膨胀阻燃,要保证线缆受热膨胀的膨胀结构,具体地,设计了预成型体7的结构,设计出带有V形槽的绝缘填充材料7,热膨胀胎5设置在V形槽中。在外界高温火焰条件下,耐火护套层10、金属铠装层9及低熔点填充层7由外而内迅速升温,低熔点填充层7在高于120-150℃后,所述低熔点填充层7熔化,只剩下波浪形碳纤维布层8,此时,三个V形槽中的热膨胀胎5逐渐膨胀,直到热膨胀胎5将碳纤维布层8顶到金属铠装层9的内环形表面并形成三个膨胀支撑点19。由外而内的热量传递路径只能通过三个热膨胀胎5形成的热膨胀凸起棱20向内传递,而热膨胀凸起棱20是耐高温发泡材料,传热系数非常低,起到了膨胀阻燃的技术效果。
另一方面,间隔空间隔热,由于低熔点填充层7的熔化,热膨胀胎5的膨胀,如图所示,在金属铠装层9和绝缘填充材料3的三个热膨胀胎5形成的热膨胀凸起棱20之间,由波浪形碳纤维布层8形成隔热层,隔断了由金属铠装层9到绝缘填充材料3之间的热传导。
正是热膨胀凸起棱20的低导热系数和间隔空间隔热的结构,使得在1000℃火焰条件下,经过90min后,电缆绝缘填充材料3内部温度维持在不超过120℃的水平,具有较好的膨胀阻燃效果,能较好状态地生存在火焰环境中进行输送电力的工作。
实施例二
一种膨胀阻燃型电力电缆,包括绝缘芯体1,所述绝缘芯体1包括三根缆芯2,所述缆芯2包括导体2.1、矿物纤维带层2.2和树脂层2.3。缆芯2中心对称地设置在绝缘填充材料3中。所述绝缘芯体1挤包在整体芯套21中。
所述整体芯套21包括环形壳体22,环形壁22间隔设置有3个V形槽壁24,V形槽壁24在环形壁22外延伸有定向肋部24.1。
所述V形槽3.1中填充有热膨胀胎5,所述热膨胀胎5与环形壁22共同构成圆柱体形的预成型体6;预成型体6外挤包低熔点填充层7,所述低熔点填充层7内设有波浪形碳纤维布层18。低熔点填充层8外设有耐火护套内层24,耐火护套内层24外设有金属铠装层9,金属铠装层9外设有耐火护套层10。所述耐火护套内层24和耐火护套层10均为无卤耐燃材料,包括XLPE、硅橡胶或聚酰压胺。
整体芯套21为厚度为0.3-0.5mm的铝塑复合层,既保证了绝缘芯体1的完整性和耐冲击性,其定向肋23也为热膨胀胎5提供导向和约束,使得热膨胀胎5的膨胀定向为径向向外。也就是说,实施例二设计了热膨胀胎的定向膨胀的导向约束结构。
更为优选的是,由于已经有了碳纤维布层18,为减少成本,可省去金属铠装层9和耐热护套内层24。如图所示,即使耐火护套层10烧损了,碳纤维布层18也会成为隔热阻燃的屏障。而且,隔热空间更大了。
所述膨胀阻燃型电力电缆,既设计了合理的热膨胀及其导向结构,又设置了隔热屏障,二者协同作用,使得其耐火性能大大提高。

Claims (11)

1.一种膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,
包括预成型体(6),所述预成型体(6)包括绝缘芯体(1)、热膨胀胎(5);热膨胀胎(5)间隔设置在绝缘芯体(1)中构成圆柱体形的预成型体;所述绝缘芯体(1)包括至少三根缆芯(2)和绝缘填充材料(3),缆芯(2)中心对称地设置在绝缘填充材料(3)中,所述绝缘填充材料(3)在缆芯之间位置间隔设有至少3个V形槽(3.1),V形槽(3.1)沿径向向外开口,所述V形槽(3.1)中填充有热膨胀胎(5);
所述热膨胀胎(5)包括热膨胀性微球(11)、粘合基质(12),所述热膨胀性微球(11)的起始发泡温度在180~220℃;所述粘合基质(12)包括橡胶或热塑性弹性体;
还包括低熔点填充层(7)、波浪形碳纤维布层(8)和耐火护套层(10),预成型体(6)外挤包低熔点填充层(7),所述低熔点填充层(7)内设有波浪形碳纤维布层(8),低熔点填充层(7)外设有耐火护套层(10)。
2.如权利要求1所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,绝缘芯体(1)外包覆有耐热阻水树脂层(4),耐热阻水树脂层(4)包括50~70wt%的热塑性树脂、25~45wt%的三水铝石粉末和3~5wt%的增塑剂。
3.如权利要求1或2所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,所述热膨胀性微球(11)包括热塑性树脂外壳和包封在热塑性树脂外壳内的发泡剂;以热膨胀性微球的总重量100%为基准,热膨胀性微球包括10~18wt%的N,N -二甲基丙烯酰胺( DMAA)和0.1~0.25wt%的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯( TM)、22~33wt%的异辛烷、45~63wt%的丙烯腈单体和3~5 wt%的甲基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,所述绝缘芯体(1)挤包在整体芯套(21)中。
5.如权利要求4所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,所述整体芯套(21)包括环形壳体(22),环形壳体(22)间隔设置有3个V形槽壁,V形槽壁在环形壁外延伸有定向肋部。
6.如权利要求1所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,所述低熔点填充层(7)包括熔点在120℃~150℃的树脂。
7.如权利要求5所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,V形槽(3.1)或V形槽壁的V形夹角为50º~60º。
8.如权利要求1、2任一所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,在低熔点填充层(7)和耐火护套层(10)之间设有金属铠装层(9)。
9.如权利要求4所述膨胀阻燃型电力电缆,其特征在于,整体芯套(21)为厚度为0.3~0.5mm的铝塑复合层。
10.如权利要求1-8任一所述膨胀阻燃型电力电缆的制作方法,其特征在于,
包括如下步骤:
1)预成型体(6)的制作
缆芯挤包成型,
缆芯外共挤出绝缘芯体
缆芯(1)外共挤包绝缘填充材料(3)和/或耐热树脂层4,同时,在v形槽中同时共挤出热膨胀胎(5),共同构成预成型体(6);
或者缆芯(1)和整体芯套(21)为插入件,在缆芯和整体芯套之间共挤出绝缘填充材料(3),同时,
在v形槽壁中同时共挤出热膨胀胎(5),共同构成预成型体(6);
2)挤包低熔点填充层(7)得到线缆预制体
预成型体(6)冷却后,在预成型体外挤包第一低熔点树脂层(7.1),所述第一低熔点树脂层(7.1)外形呈波浪形,在第一低熔点树脂层外涂覆粘结剂层(7.2),将环形碳纤维布粘结在粘结剂层外,然后再挤包第二低熔点树脂层(7.3),得到线缆预制体;
3)电缆挤包成型
在线缆预制体外挤包耐火护套层(10)。
11.如权利要求10所述膨胀阻燃型电力电缆的制作方法,其特征在于,所述步骤3)替换为:在线缆预制体外缠绕金属铠装层(9),然后以缠绕金属铠装层的线缆预制体为芯材送入挤出机模头,在线缆预制体及金属铠装层(9)外挤包耐火护套层(10)。
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