CN108648868B - 一种纤维加强型防火电缆 - Google Patents

一种纤维加强型防火电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆技术领域,具体而言,涉及一种纤维加强型防火电缆。其中,所述纤维加强型防火电缆包括填充层、玻纤带、复合隔火层和多个线芯;所述玻纤带套设于所述多个线芯的外表面,所述填充层填充于多个所述线芯之间以及所述线芯与所述玻纤带之间,所述复合隔火层套设于所述玻纤带的外表面。本发明提供的纤维加强型防火电缆具有较强的机械性能和热阻性能,有效提高电缆的防火性,保证火灾期间消防系统运行的安全性和持久性。

Description

一种纤维加强型防火电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域,具体而言,涉及一种纤维加强型防火电缆。
背景技术
目前的防火电缆主要有矿物绝缘电缆BTTZ、套无机绝缘电缆(YTTW)、陶瓷化防火电缆等,其中,BTTZ和YTTW的防火机理为铜护套防火;而陶瓷化防火电缆防火机理为在火焰燃烧时材料结壳生成无机材料进行防火,前述三种防火电缆在使用过程中均存在不同的缺点,具体如下。
(1),矿物绝缘电缆BTTZ采用氧化镁矿物绝缘绕包方式,但氧化镁矿物绝缘电缆存在接头处易受潮影响绝缘电阻,且受来料和加工限制不能大长度生产、弯曲性能极差等缺点。
(2)套无机绝缘电缆(YTTW)采用云母带绕包方式,但云母带绕包电缆存在云母带吸潮、生产效率低等问题,且在高温火源燃烧后云母带上的玻璃纤维易出现发脆等现象。
(3)陶瓷化防火电缆在火焰燃烧时结壳生成无机材料进行防火,但无法保证结壳的强度和可靠性。如在面临火灾现场其它物体塌落导致的碰撞、挤压和冲击,以及消防喷水的喷淋作用,该陶瓷化防火电缆受机械应力、消防喷淋和热应力等作用,结壳的隔火层可能会产生裂纹,甚至裂纹扩展导致大块脱落,严重影响防火电缆耐火可靠性。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于,提供一种纤维加强型防火电缆,以解决上述问题,具体如下。
本发明实施例提供一种纤维加强型防火电缆,所述电缆包括填充层、玻纤带、复合隔火层和多个线芯;
所述玻纤带套设于所述多个线芯的外表面,所述填充层填充于多个所述线芯之间以及所述线芯与所述玻纤带之间,所述复合隔火层套设于所述玻纤带的外表面。
在本发明较佳实施例的选择中,所述复合隔火层包括隔火基体和设置于所述隔火基体内部的防火纤维层。
在本发明较佳实施例的选择中,所述防火纤维层为玄武岩纤维层。
在本发明较佳实施例的选择中,所述隔火基体与所述防火纤维层之间采用KH550型硅烷偶联剂进行复合。
在本发明较佳实施例的选择中,所述隔火基体由聚烯烃、陶瓷粉、相容剂、阻燃剂、助熔剂、抗氧剂和润滑剂混合而得。
在本发明较佳实施例的选择中,聚烯烃、陶瓷粉、相容剂、阻燃剂、助熔剂、抗氧剂和润滑剂的比例为80-100:250-400:5-35:40-120:15-170:1-10:1-30。
在本发明较佳实施例的选择中,所述聚烯烃为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
在本发明较佳实施例的选择中,所述陶瓷粉由陶土、云母粉和硅灰石粉混合而得,且所述陶土、云母粉和硅灰石粉的混合比例为30-40:50-60:1-20。
在本发明较佳实施例的选择中,各所述线芯包括导体和套设于所述导体上的绝缘层。
在本发明较佳实施例的选择中,所述电缆还包括护套,所述护套套设于所述复合隔火层的外表面。
与现有技术相比,本发明实施例提供一种纤维加强型防火电缆,其中,通过在所述电缆中设置具有较强热阻性能和机械性能的复合隔火层,使得该纤维加强型防火电缆能够有效提高电缆的热阻性能和机械性能,保障火灾期间消防系统运行时的安全性和持久性。同时,本发明给出的纤维加强型防火电缆结构简单。
此外,本发明给出的纤维加强型防火电缆中的复合隔火层采用防火纤维层和隔火基体复合的方式形成,可有效利用隔火基体和防火纤维层的复合界面承受主要的机械应力,以防止隔火基体的壳体产生微裂纹和应力集中,从而有效防止隔火基体产生壳体的开裂和脱落,保护绝缘线芯不受外界环境干扰,使防火电缆承受更大的拉伸强度和机械冲击。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的纤维加强型防火电缆的横截面的结构示意图。
图2为图1中所示的复合隔火层的横截面的结构示意图。
图3为图1中所示的复合隔火层的横截面的另一结构示意图。
图4为图2中所示的复合隔火层中采用偶联剂进行复合前后的复合结果示意图。
图5为图1中所示的线芯的横截面的结构示意图。
图标:10-纤维加强型防火电缆;11-线芯;110-导体;111-绝缘层;12-玻纤带;13-填充层;14-复合隔火层;140-隔火基体;141-防火纤维层;15-护套。
具体实施方式
经发明人研究发现,在火灾工况下,防火电缆应用环境十分复杂和恶劣,不仅有火焰灼烧带来的高温,还面临火灾现场其它物体塌落导致的碰撞、挤压和冲击,以及消防喷水的喷淋等作用,如此恶劣的环境条件会严重影响防火电缆的耐火可靠性,进而威胁消防系统运行的安全性和持久性。此外,在火灾期间,防火电缆虽能够承受火焰烧蚀并在附加一定的机械冲击和喷淋的情况下保持线路的完整性,但防火电缆多在火焰烧蚀的情况下,其内部线芯温度会升高,压降增大影响电缆载流量。此外,由于各类工程项目防火电缆应用多为小截面电缆,其导体110在附加950℃火焰烧蚀时抗拉强度会下降,这时附加一定的冲击电缆会有断线的风险。
因此,为了有效保证防火电缆在火灾现场中的可靠性、持久性和安全性,本发明提供一种纤维加强型防火电缆10,为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示,为本发明实施例提供的纤维加强型防火电缆10的截面图,所述电缆包括填充层13、玻纤带12、复合隔火层14和多个线芯11;所述玻纤带12套设于所述多个线芯11的外表面,所述填充层13填充于多个所述线芯11之间以及所述线芯11与所述玻纤带12之间,所述复合隔火层14套设于所述玻纤带12的外表面。
其中,相较于现有技术中的防火电缆,上述的纤维加强型防火电缆10中设置有复合隔火层14,以有效避免现有的矿物绝缘电缆BTTZ、无机绝缘电缆YTTW的陶瓷化电缆等电缆中存在的不能承受较大拉力、机械冲击或线芯11温度过高导致的压降增大、结壳开裂、脱落等问题,保证火灾期间,消防系统运行的安全性和持久性。
详细地,请结合参阅图2和图3,所述复合隔火层14包括隔火基体140和设置于所述隔火基体140内部的防火纤维层141,即所述复合隔火层14可采用在隔火基体140中复合防火纤维层141的方式实现。其中,所述复合隔火层14受火可产生结壳,且在受到外界应力作用时,所述防火纤维层141与所述隔火基体140之间的复合界面可用于承受主要的机械应力,以防止隔火基体140的壳体产生微裂纹和应力集中,从而有效防止隔火基体140产生的壳体的开裂和脱落,保护线芯11不受外界环境干扰,使防火电缆承受更大的拉伸强度和机械冲击。
可选地,由于复合玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能无机纤维材料,其不仅具有良好的绝缘性,还有强度高、耐腐蚀、耐高温等优点,因此,在本实施例中,所述防火纤维层141可以为但不限于复合玄武岩纤维。
进一步地,所述隔火基体140主要由聚烯烃、陶瓷粉、相容剂、阻燃剂、助熔剂、抗氧剂和润滑剂混合而得。其中,在实际实施时,所述聚烯烃、陶瓷粉、相容剂、阻燃剂、助熔剂、抗氧剂和润滑剂的比例可以为但不限于80-100:250-400:5-35:40-120:15-170:1-10:1-30。
根据实际需求,所述聚烯烃可以为但不限于乙烯-醋酸乙烯共聚物;所述抗氧剂可选用抗氧剂168。所述陶瓷粉主要由陶土、云母粉、硅灰石粉混合而得,且陶土、云母粉、硅灰石粉的比例可以为30-40、50-60、0-20。所述相容剂可以为但不限于马来酸酐接枝相容剂;所述助溶剂可以采用中性溶剂,如所述助溶剂主要可由萤石、氧化铝混合而得。
进一步地,在实际实施时,为了增强所述复合隔火层14的强度,所述隔火基体140和所述防火纤维层141之间可采用偶联剂进行复合(如KH550型硅烷偶联剂等),以使得所述复合隔火层14的拉伸强度可达40.2MPa,且复合隔火层14拉伸强度可以达到单一材料抗拉强度的4倍。应注意的是,请参阅图4,图4(a)为未采用偶联剂进行复合的复合隔火层14,图4(b)为采用偶联剂进行复合的复合隔火层14。
其中,在此以玄武岩纤维作为防火纤维层141、以硅烷偶联剂作为偶联剂对本实施例中采用偶联剂实现所述隔火基体140和防火纤维层141的复合以增强所述复合隔火层14的强度的原理进行介绍:硅烷偶联剂水解可形成硅醇与玄武岩纤维的表面主要的化学基团(Si-OH)发生反应形成Si-O-Si键,非水解基团与复合材料基体相结合,在复合材料机体与玄武岩纤维截面之间形成Si-O-Si-RY(R为材料基体)作用键,硅烷偶联剂接枝在玄武岩纤维表面,纤维表面粗糙度增加,使基体材料与玄武岩纤维吸附力增加的同时提高力学性能、弯曲性能,经反复验证,KH550型硅烷偶联剂含量在5.5%~5.8%时改性效果最佳,且拉伸强度可达53.2MPa。此外,当KH550含量较小时,纤维润湿不充分,表面粘附的机体材料较少;当KH550含量过高时,表面形成松散的结构,纤维容易脱落,。
基于对所述复合隔火层14的设计和描述,在正常工况下,所述复合隔火层14的热阻系数仅为2.63K·m/W,远低于普通绝缘材料(如交联聚乙烯为3.5K·m/W,聚氯乙烯为5.0K·m/W等),有利于纤维加强型防火电缆10的散热性能,同时还可以有效提高防火电缆的载流量。在火灾工况下,所述复合隔火层14会发生结壳反应,形成的陶瓷状壳体内含有大量密闭气孔,由于密闭气孔的热阻系数较大(一般为35~40K·m/W),此时,所述复合隔火层14可以起到优异的隔热、隔火的作用,火焰燃烧时线芯11温度低于450℃,可以有效抑制线芯11中的导体110的温升速度。
根据实际需求,本实施例中给出的复合隔火层14的生产工艺流程包括:复合隔火层14采用双层共挤隔火基体140材料的同时,在机头1与机头2间网格缠绕玄武岩纤维,玄武岩纤维的缠绕密度控制在60%~65%之间,在挤出过程中螺杆采用无卤低烟材料专用挤出螺杆,压缩比控制在1.8:1以内(减小摩擦、剪切生热,防止在挤出过程中材料受热分解产生水分、外表面产生气孔、粗糙等现象),配模控制时应尽量紧凑,拉伸比控制在1.8~2.5(若模芯与模套之间间隙较大即材料所受拉伸较大导致挤出层表面粗糙,不符合工艺品质要求)。挤出机的一至六区的温度分别为:一区温度115~125℃;二区温度100~110℃;三区温度105~115℃;四区温度123~135℃;五区温度125~135℃;六区温度125~130℃,其中挤出机法兰温度为133~138℃;机头一区温度133~138℃;机头二区温度140~145℃。
进一步地,所述线芯11用于信号传输,各所述线芯11可包括导体110和套设于所述导体110上的绝缘层111。其中,如图5所示,所述绝缘层111的绝缘材料可采用有良好的电气性能和优异的机械物理性能的无卤低烟阻燃陶瓷化聚烯烃,且该无卤低烟阻燃陶瓷化聚烯烃材料具备良好的结壳效果,不存在滴溜现象。另外,所述导体110可以为但不限于符合GB/T3956-2008的第2种不镀金属层的退火铜导体。可以理解的是,所述线芯11的数量和实际类型等可根据电缆的实际用途进行适应性选择,如光信号传输、电信号传输等,本实施例在此不做限制。
进一步地,所述玻纤带12(玻璃纤维带)具有耐高温、保温隔热、绝缘、防火阻燃、耐腐蚀、耐老化、耐气候性、高强度、外观光滑等特点,实际实施时,所述玻纤带12可采用耐高温高强型玻璃纤维制成。此外,所述玻纤带12还用于对电缆起到抓紧的作用。
根据实际需求,位于所述玻纤带12和所述线芯11之间的填充层13可采用玻纤绳填补玻纤带12和各线芯11间的以及各线芯11间的空隙,使电缆圆整,同时所述填充层13还可以起到对电缆纵向散热的效果。
进一步地,所述电缆还包括护套15,所述护套15套设于所述复合隔火层14的外表面。所述护套15可以对所述纤维加强型防火电缆10的整体结构起支撑加强作用,保证所述纤维加强型防火电缆10在弯曲过程中的强度和弯曲性能。同时,所述护套15还可具有塑形功能,为所述纤维加强型防火电缆10提供便于安装的优势等。其中,所述护套15通过紧密挤包的方式设置在所述复合隔火层14上,使得所述护套15容易剥离而不损伤复合隔火层14,且所述护套15表面平整,色泽均匀。
可选地,在本实施例中,所述护套15为非金属护套15,可采用环保材料制成,该环保材料包括阻燃环保耐高温材料及无卤低烟弹性体材料等,如无卤低烟阻燃聚烯烃等。一般的防火电缆的护套15均采用聚氯乙烯材料制成,会由于材料原因导致电缆重量过重,进而影响其使用寿命,而阻燃环保耐高温材料具有耐高温、阻燃性好、环保等优点,可相对传统电缆而言减去自身重量,提高电缆的柔软性能,从而保证对应制成的电缆具有较长的使用寿命。另外,所述护套15的横截面可以为图1中所示的形状,也可以为圆形、长方形、正方形等,本实施例在此不做限制。
综上所述,本发明实施例提供一种纤维加强型防火电缆10,其中,通过在所述电缆中设置具有较强热阻性能和机械性能的复合隔火层14,使得该纤维加强型防火电缆10能够有效提高电缆的实用性和适用性,保障火灾期间消防系统运行的安全性和持久性。同时,本发明给出的纤维加强型防火电缆10结构简单。
此外,本发明给出的纤维加强型防火电缆10中的复合隔火层14采用防火纤维层141和隔火基体140复合的方式形成,可有效利用隔火基体140和防火纤维层141的复合界面承受主要的机械应力,以防止隔火基体140的壳体产生微裂纹和应力集中从而有效防止隔火基体140产生壳体的开裂和脱落,保护绝缘线芯11不受外界环境干扰,使防火电缆承受更大的拉伸强度和机械冲击。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纤维加强型防火电缆,其特征在于,所述电缆包括填充层、玻纤带、复合隔火层和多个线芯;
所述玻纤带套设于所述多个线芯的外表面,所述填充层填充于多个所述线芯之间以及所述线芯与所述玻纤带之间,所述复合隔火层套设于所述玻纤带的外表面;
所述复合隔火层包括隔火基体和设置于所述隔火基体内部的防火纤维层;
所述隔火基体与所述防火纤维层之间采用KH550型硅烷偶联剂进行复合;
所述KH550型硅烷偶联剂含量在5.5%~5.8%的范围内;
各所述线芯包括导体和套设于所述导体上的绝缘层,所述绝缘层的绝缘材料为无卤低烟阻燃陶瓷化聚烯烃;
所述电缆还包括护套,所述护套套设于所述复合隔火层的外表面;所述护套通过紧密挤包的方式设置在所述复合隔火层上。
2.根据权利要求1所述的纤维加强型防火电缆,其特征在于,所述防火纤维层为玄武岩纤维层。
3.根据权利要求2所述的纤维加强型防火电缆,其特征在于,所述隔火基体由聚烯烃、陶瓷粉、相容剂、阻燃剂、助熔剂、抗氧剂和润滑剂混合而得。
4.根据权利要求3所述的纤维加强型防火电缆,其特征在于,所述聚烯烃、陶瓷粉、相容剂、阻燃剂、助熔剂、抗氧剂和润滑剂的比例为80-100:250-400:5-35:40-120:15-170:1-10:1-30。
5.根据权利要求3所述的纤维加强型防火电缆,其特征在于,所述聚烯烃为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
6.根据权利要求3所述的纤维加强型防火电缆,其特征在于,所述陶瓷粉由陶土、云母粉和硅灰石粉混合而得,且所述陶土、云母粉和硅灰石粉的混合比例为30-40:50-60:1-20。
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