CN109637730B - 一种高效防火阻燃长寿电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效防火阻燃长寿电缆，该电缆从外向内依次包括最外护套、屏蔽层、阻燃层、最内保护层和导体缆芯，最外护套为聚氯乙烯和防虫剂的混合物，屏蔽层为有机硅氧烷树脂和AZO纳米颗粒的复合物，最内保护层为聚苯乙烯和二氧化硅纳米颗粒的复合物。本发明通过优化阻燃层和最外护套的组成，大幅提高了电缆的防火阻燃效果和防虫效果。所制得的电缆满足高阻燃的需要，适应各种极端环境。

Description

一种高效防火阻燃长寿电缆
技术领域
本发明涉及一种电缆，具体涉及一种高效防火阻燃长寿电缆。
背景技术
电缆的最基本性能就是能够有效的传输电磁波、光波等，另外对使用环境具有一定的适应性。为了使电缆适用于不同的场合，必须具有多方面的性能，综合起来如下：电缆中的导体应具有良好的导电性能，光纤对光波的传导要好、没有太大的损耗；而对包覆材料由要求电绝缘性能要好，如绝缘电阻、介电常数、介电损耗、击穿电压等。而电缆的传输性能、抗干扰性能、信号衰减等就要依靠材料的特性及电缆结构的设计和加工。
电缆的抗张强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐磨性及抗冲击等力学性能根据使用的不同场合、不同部位有着不同的要求，同时也对影响电缆的施工。电缆不仅在室内外使用，还可能在许多环境比较恶劣的条件使用，因此可能需要化学腐蚀、耐日光、耐寒、抗菌防霉、防虫、抗辐射等耐腐蚀性和耐候性。电缆工作温度不同、以及电流在导体中传播自身发热，需要产品具有不同的耐热等级。同时材料的热变形、热膨胀性及耐冷、热冲击性等热性能也是电缆需要考虑的。
随着人们的安全意识的提高，对电缆阻燃性能的要求也越来越高。在现代化的工厂和商业大厦内，为了维持正常的运作，就需要使用大量各种各样的电缆提供动力、照明和信息、数据传输等缆。这些电缆大部分是以隧道、沟道、竖井及悬挂等形式成束铺设。由于电缆自身故障产生的电弧以及附近发生的火灾就容易引起电缆火灾。电缆着火后。火势沿着电缆燃烧，由于电缆大多成束铺设隧道、沟道、竖井内，多为有限的、相对封闭空间，造成燃烧释放出的热量不易散发，起火后热量迅速积累，使温度骤升，导致火势迅猛发展。电缆燃烧时产生的浓烟和毒气，不仅污染环境，而且危及人的生命安全。隧道、沟道、竖井内的电缆，一旦火起，极易形成烟囱效应，温度和烟会迅速传播。同时电缆成束铺设，交叉叠放，会形成立体燃烧。如果不采取可靠的阻燃防火措施，就会延烧到整个电缆沟、竖井、夹层以至控制室，造成火灾的蔓延和巨大的经济损失。电缆在给各行各业和千家万户带来动力和方便的同时，也带来了火灾的危险性。
目前，许多国家和地区的官方或组织已经制定了针对电缆阻燃的相关标准和规范。如我国的国家标准GB及相关部门制定的标准、国际电工委员会IEC标准、美国保险商实验室的UL标准等。针对电缆的阻燃要求，主要从以下几个方面考虑：1)电缆不易被点燃；2)电缆在燃烧后有自熄功能；3)电缆燃烧后不易蔓延，能够不破坏整个系统工作；4)电缆燃烧后的烟密度及毒性不应太高，有一定可见度有利于人们逃生，且不会发生窒息和中毒。
对于阻燃长寿电缆料，研究最多的就是以热塑性或交联的树脂为基材，如含氯或含氟的树脂、特别是聚氯乙烯(PVC)，聚烯烃树脂如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯共聚物(POE)等。有些高分子材料自身的氧指数较高，属于本质阻燃材料。PVC本身也是本质阻燃材料，其氧指数很高，阻燃效果很好，但纯的PVC是刚性链段，在90℃以上就开始分解，加工就要加入增塑剂，增塑剂都是易燃物，所以软质PVC须加入阻燃剂才有阻燃效果。而上述常用的高分子材料，为了达到阻燃长寿电缆料的要求，必须加入阻燃剂。
此外，由于电缆应用场合不同，其对电缆的性质也提出了不同的要求。例如，地下电缆或者地铁电缆需要一定的防虫作用，但目前电缆的防虫效果不并理想，许多电缆均因虫类生物的啃咬而破坏。
因此，如何提高电缆的防火阻燃效果和防虫效果进而提高电缆寿命是本行业中需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有电缆的防火阻燃效果和防虫效果不佳的技术问题，本发明提出了如下技术方案：
一种高效防火阻燃长寿电缆，从外向内依次包括最外护套、屏蔽层、阻燃层、最内保护层和导体缆芯，屏蔽层为有机硅氧烷树脂和AZO纳米颗粒的复合物，最内保护层为聚苯乙烯和二氧化硅纳米颗粒的复合物。
所述最外护套为聚氯乙烯和防虫剂的混合物，其中防虫剂为3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺，最外护套中聚氯乙烯和防虫剂的质量比为10:1～3。
优选地，阻燃层为聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的复合物，其中，聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的质量比为1:1，所述化合物A的结构式为：
Figure BDA0001888837680000031
优选地，屏蔽层中的AZO纳米颗粒的平均粒径为40～50nm。
优选地，最内保护层中的二氧化硅纳米颗粒的平均粒径为30～40nm。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
1、通过优化阻燃层的组成和配比大幅提高了电缆的防火阻燃效果，创造性地引入了聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A作为阻燃层的组成成分，通过大量试验，获得了两者的最佳配比，实现了聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的协同阻燃效果。所制得的电缆满足高阻燃的需要，适应各种极端环境。
2、防虫剂选为特定的防虫剂，且聚氯乙烯与防虫剂的比值在一定范围内时，电缆样品的防虫性能最好，优于相同含量环烷酸酮和壬酸香草酰胺，且优于超出一定比例的防虫剂。该电缆具有非常高的防虫性能，满足特殊应用场合的需要，可以提高电缆寿命。
具体实施方式
实施例1
一种高效防火阻燃长寿电缆，从外向内依次包括最外护套、屏蔽层、阻燃层、最内保护层和导体缆芯，屏蔽层为有机硅氧烷树脂和AZO纳米颗粒的复合物，最内保护层为聚苯乙烯和二氧化硅纳米颗粒的复合物。
所述最外护套为聚氯乙烯和防虫剂的混合物，其中防虫剂为3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺，最外护套中聚氯乙烯和防虫剂的质量比为10:1。
屏蔽层中的AZO纳米颗粒的平均粒径为40nm。最内保护层中的二氧化硅纳米颗粒的平均粒径为30nm。
其中，阻燃层为聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的复合物，其中，聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的质量比为1:1，所述化合物A的结构式为：
Figure BDA0001888837680000041
实施例2
一种高效防火阻燃长寿电缆，从外向内依次包括最外护套、屏蔽层、阻燃层、最内保护层和导体缆芯，屏蔽层为有机硅氧烷树脂和AZO纳米颗粒的复合物，最内保护层为聚苯乙烯和二氧化硅纳米颗粒的复合物。
所述最外护套为聚氯乙烯和防虫剂的混合物，其中防虫剂为3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺，最外护套中聚氯乙烯和防虫剂的质量比为10:3。
屏蔽层中的AZO纳米颗粒的平均粒径为50nm。最内保护层中的二氧化硅纳米颗粒的平均粒径为40nm。
其中，阻燃层为聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的复合物，其中，聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的质量比为1:1，所述化合物A的结构式为：
Figure BDA0001888837680000042
对比例1～4
对比例1～4仅改变了阻燃层的组成和各组分的配比，其余参数与实施例1相同，具体变化情况参见表1。
下表详细记载了实施例1-2和对比例1-4中阻燃层的组分构成。
表1
编号 阻燃层组成
实施例1 聚苯砜对苯二甲酰胺：化合物A＝1:1
实施例2 聚苯砜对苯二甲酰胺：化合物A＝1:1
对比例1 聚苯砜对苯二甲酰胺：化合物A＝2:1
对比例2 聚苯砜对苯二甲酰胺：化合物A＝1:2
对比例3 仅添加聚苯砜对苯二甲酰胺
对比例4 仅添加化合物A
为了验证实施例1-2及对比例1-4的阻燃效果，将实施例1-2及对比例1-4的电缆样品进行阻燃性能检测。
阻燃性能根据GB/T19216.21-2003在火焰条件下电缆的线路完整性试验第21部分；试验步骤和要求额定电压0.6/1.0kV及以下电缆(GB/T19216.21-2003，IEC60331-21:1999，IDT)进行测试。根据终端指示灯的指示情况判断是否能够能够持续供电。以指示灯熄灭时间作为衡量电缆阻燃效果的指标参数，指示灯熄灭时间越长，阻燃效果越好。
测试结果如下：
表2
编号 指示灯熄灭时间
实施例1 185min
实施例2 190min
对比例1 135min
对比例2 131min
对比例3 106min
对比例4 99min
上述结果表明，当阻燃层中聚苯砜对苯二甲酰胺和化合物A的质量比为1:1时，电缆的阻燃效果最大，聚苯砜对苯二甲酰胺和化合物A协同发挥了阻燃作用。该电缆具有非常高的阻燃性能，满足高阻燃的需要，可以适应各种极端环境。
对比例5～7
对比例5～7仅改变了防虫剂的种类和比例，其余参数与实施例1相同，具体变化情况参见表1。
下表详细记载了实施例1-2和对比例5-7中防虫剂的种类和比例。
表3
编号 防虫剂 聚氯乙烯：防虫剂
实施例1 3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺 10:1
实施例2 3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺 10:3
对比例5 3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺 20:1
对比例6 环烷酸酮 10:1
对比例7 壬酸香草酰胺 10:1
为了验证实施例1-2及对比例5-7的防虫效果，将实施例1-2及对比例5-7的电缆样品进行防虫性能检测。
防虫效果检测采用GB 2951.38-1986《电线电缆白蚁试验方法》中的实验群体法进行检测。
检测结果如下：
表4
编号 实施例1 实施例2 对比例5 对比例6 对比例7
蛀蚀等级 一级 二级 二级 二级 二级
上述结果表明，当防虫剂选为3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺，且聚氯乙烯与防虫剂的比值在一定范围内时，电缆样品的防虫效果最好，优于相同含量环烷酸酮和壬酸香草酰胺，且优于超出一定比例的防虫剂。该电缆具有非常高的防虫效果，满足特殊应用场合的需要，可以提高电缆寿命。

Claims (3)

1.一种高效防火阻燃长寿电缆，其特征在于，从外向内依次包括最外护套、屏蔽层、阻燃层、最内保护层和导体缆芯，屏蔽层为有机硅氧烷树脂和AZO纳米颗粒的复合物，最内保护层为聚苯乙烯和二氧化硅纳米颗粒的复合物；
所述最外护套为聚氯乙烯和防虫剂的混合物，其中防虫剂为3-[2-(3,5-二甲基-2-氧代环己基)-2-羟基乙基]戊二酰亚胺，最外护套中聚氯乙烯和防虫剂的质量比为10:1；
所述阻燃层为聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的复合物，其中，聚苯砜对苯二甲酰胺与化合物A的质量比为1:1，所述化合物A的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的高效防火阻燃长寿电缆，其特征在于，屏蔽层中的AZO纳米颗粒的平均粒径为40～50nm。
3.根据权利要求1所述的高效防火阻燃长寿电缆，其特征在于，最内保护层中的二氧化硅纳米颗粒的平均粒径为30～40nm。
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