CN110164600A - 陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电线电缆技术领域，尤其涉及陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，包括用于排列布置缆芯的缆芯排布层，缆芯排布层外依次包覆有云母带、铜护套、加强层、防水层、低温无卤护套，缆芯排布层内设置有陶瓷硅胶骨架，陶瓷硅胶骨架上开设有至少一条弧形卡槽，缆芯嵌入在弧形卡槽内，加强层的表面螺旋缠绕有钢丝线，缆芯包括导线芯，以及依次包覆在导线芯外的陶瓷化硅橡胶绝缘层、屏蔽层和交联聚乙烯层。本发明通过在导线芯外直接包覆陶瓷化硅橡胶绝缘层，遇到高温时相对电缆整体而言不会发生较明显的体积收缩，且陶瓷化硅橡胶绝缘层外包覆有屏蔽层和交联聚乙烯层，交联聚乙烯具有较强的耐开裂性能，避免电缆开裂，保证电缆长时间使用的安全畅通。
Description
技术领域
本发明涉及电线电缆技术领域，尤其涉及陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆。
背景技术
电缆是用于传输电(磁)能信息和实现电磁能转换的线材产品，狭义的电缆是指由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成，将电力或信息从一处传输到另一处的导线；广义的电缆通常是由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆具有内通电，外绝缘的特征。
电缆有电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆、船用电缆、矿用电缆、铝合金电缆等等，它们都是由单股或多股导线和绝缘层组成，用来连接电路、电器等。电线电缆的衍生/新产品主要是因应用场合、应用要求不同及装备的方便性和降低装备成本等的要求，而采用新材料、特殊材料，或改变产品结构，或提高工艺要求，或将不同品种的产品进行组合而产生，由电缆芯加工开始，在电缆芯的外围一层一层地加上绝缘、屏蔽、成缆、保护层等制成电线电缆产品。
随着经济发展与科技进步，对各种电缆的防火耐温要求也越来越苛刻，现有技术中公开了在电缆中增设陶瓷化硅橡胶层作为耐火层，提高电缆的耐火性，其原理是陶瓷化硅橡胶遇到火焰燃烧后，里面的有机材料硅橡胶会降解或燃烧，燃烧后得到由陶瓷化硅橡胶中的无机颗粒烧结瓷化形成的硬壳，该硬壳具有一定的机械强度，继续绝缘和防火保护其内的导体的正常输电使用。陶瓷化耐火电缆虽具有一定的耐火功能，但是由于普遍添加了低熔点瓷化粉以获得低温陶瓷的效果，使得该种电缆在火焰持续烧蚀下会发生一定的体积形变，导致线缆开裂，最终失去耐火绝缘性能。
中国专利CN104347167A公开了一种新型矿物云母耐火电缆，其导体外包裹绝缘层，绝缘层外包裹云母层，云母层外设有阻水纱，阻水纱外包裹护套层。这种电缆一方面加工工艺较为复杂，另一方面电缆遇火外护层烧毁后，很容易造成云母层和绝缘层的脱落，最终导致电缆失去耐火和绝缘功能。
中国专利CN101404189B公开了一种快速陶瓷化耐火电缆料的制备方法，以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和聚乙烯作为基体，添加一定量的成瓷填料、阻燃剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂制得了在高温条件下能快速陶瓷的电缆料，但是该电缆料由于添加了大量的含有低熔点组分的成瓷填料，在高温下会发生较为明显的体积收缩，导致线缆开裂，无法保证线路长时间的安全畅通。
因此，针对目前电缆防火要求，迫切需要一种综合性能更为优异的陶瓷化硅橡胶绝缘电缆。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，通过在导线芯外直接包覆陶瓷化硅橡胶绝缘层，遇到高温时相对电缆整体而言不会发生较明显的体积收缩，且陶瓷化硅橡胶绝缘层外包覆有屏蔽层和交联聚乙烯层，交联聚乙烯具有较强的耐开裂性能，避免电缆开裂，保证电缆长时间的安全畅通。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，所述绝缘耐温电缆包括用于排列布置缆芯的缆芯排布层，所述缆芯排布层外依次包覆有云母带、铜护套、加强层、防水层、低温无卤护套，所述缆芯排布层内设置有陶瓷硅胶骨架，所述陶瓷硅胶骨架呈圆柱形，且所述陶瓷硅胶骨架圆周上开设有至少一条弧形卡槽，所述缆芯嵌入在弧形卡槽内，所述缆芯排布层填充有矿物化合物，所述加强层的表面螺旋缠绕有钢丝线，所述缆芯包括导线芯和包覆在导线芯外的陶瓷化硅橡胶绝缘层。
加强层采用硫化处理后的硅橡胶材料制成，硅橡胶硫化处理后柔韧性和弹性大大提高，且其表面还缠绕有钢丝线，使得其抵抗外力冲击、挤压和抗拉的能力较强；低温无卤护套采用不含卤的交联聚乙烯阻燃材料制成，不仅具有很好的阻燃特性和隔热性，而且在电缆燃烧时不会释放卤酸等有毒气体。矿物化合物选用云母粉，可以提高电缆的耐温防火性能。
所述陶瓷化硅橡胶绝缘层外包覆有屏蔽层和交联聚乙烯层，所述屏蔽层为铜丝编织层，所述交联聚乙烯层采用交联聚乙烯材料制成。
进一步，所述缆芯的交联聚乙烯层上成型有限位凸起，所述陶瓷硅胶骨架于弧形卡槽的槽底开设有凹槽，所述限位凸起嵌入在凹槽内。通过将缆芯上的限位凸起嵌入在陶瓷硅胶骨架的凹槽内，可以提高缆芯穿设的稳定性。
进一步，所述陶瓷硅胶骨架内至少穿设有一根加强钢缆，所述陶瓷硅胶骨架内于相邻两根缆芯之间设有挤压孔。加强钢缆用于提高电缆的强度，挤压孔可以在各缆芯受力时起到缓冲作用，消除压力，提高电缆的抗压能力。
进一步，所述缆芯排布层内于相邻两根缆芯之间设有芳纶加强芯。芳纶具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，采用芳纶材料制备得到的芳纶加强芯可以进一步提高电缆的强度，提高其抗拉性能。
进一步，所述低温无卤护套表面沿电缆轴向开设有条形槽，所述条形槽内嵌有荧光带。荧光带的设置可以光线较暗的情况下也能看到电缆，起到警示提醒作用。
进一步，所述陶瓷化硅橡胶绝缘层由陶瓷化硅橡胶材料制成，所述陶瓷化硅橡胶材料的制备包括以下重量份数的原料：甲基乙烯基硅橡胶100份、复合瓷化粉40～50份、玻璃纤维10～15份、羟基硅油3～5份、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷2～3份，所述复合瓷化粉主要是由改性硅藻土与二氧化硅/贝壳粉中空微球球磨混合制得。
进一步，所述改性硅藻土是由Si69或硬脂酸钙在功率为200W、频率为260GHz的条件下对酸化硅藻土进行改性后，与纳米氮化硅球磨混合制得。
进一步，所述二氧化硅/贝壳粉中空微球是将经两次煅烧处理后的贝壳粉与正硅酸乙酯、无水乙醇、对甲苯磺酸搅拌混合，氮气氛围微波反应后，得到的前躯体溶液由喷雾器喷至液氮中固化制得。
硅藻土是多孔材料，热导率低，且成瓷效果好，熔点较高，可作为陶瓷化填料，酸化后的硅藻土具有更大的比表面积，更多的活性位点，经过Si69或硬脂酸钙微波改性后，在制备陶瓷化硅橡胶材料的过程中，能够与甲基乙烯基硅橡胶发生交联反应，互相粘合在一起，且该改性硅藻土中还含有高熔点、高硬度、高耐火性能的纳米氮化硅，纳米氮化硅与Si69或硬脂酸钙微波改性的酸化硅藻土协同作用，能够进一步提高陶瓷化硅橡胶材料的耐火性能和材料的强度；经过两次煅烧后的贝壳粉具有耐高温、吸附强的特点，混合在二氧化硅的前驱体溶液中，喷雾至液氮中固化形成具有中空结构的微球，掺混在陶瓷化硅橡胶材料中，在陶瓷化硅橡胶材料遇高温其他材料融化时，能够起到支撑作用；改性硅藻土与二氧化硅/贝壳粉中空微球混合制备的复合瓷化粉在陶瓷化硅橡胶绝缘层遇高温时，由于有耐高温的硅藻土、氮化硅、二氧化硅作为支撑，能够有效避免陶瓷化硅橡胶绝缘层发生明显的体积收缩，从而避免电缆开裂，保证电缆长时间的安全畅通。
本发明的绝缘耐温电缆的导线芯外包覆陶瓷化硅橡胶绝缘层，一是对导线芯起到绝缘屏蔽作用，二是通过陶瓷化硅橡胶绝缘层起到耐温防火作用；本发明的绝缘耐温电缆通过在导线芯外直接包覆陶瓷化硅橡胶绝缘层，由于导线芯的直径较小，可减少陶瓷化硅橡胶材料的用量，同时陶瓷化硅橡胶绝缘层的直径也较小，在遇到高温时，相对电缆整体而言不会发生较明显的体积收缩，且陶瓷化硅橡胶绝缘层外包覆有屏蔽层和交联聚乙烯层，交联聚乙烯具有较强的耐开裂性能，避免电缆开裂，保证电缆长时间的安全畅通；本发明的绝缘耐温电缆内设有加强钢缆，通过加强钢缆加强了电缆抗拉、防断裂的性能；本发明的绝缘耐温电缆的加强层采用硫化处理后的硅橡胶材料制成，硅橡胶硫化处理后柔韧性和弹性大大提高，且其表面还缠绕有钢丝线，抵抗外力冲击和挤压的能力较强。
附图说明
图1是本发明的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆的结构示意图；
图2是本发明的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆的横截面结构示意图；
图3是图1中的缆芯的放大结构示意图；
其中，缆芯 1、云母带 2、铜护套 3、加强层 4、防水层 5、低温无卤护套 6、陶瓷硅胶骨架 7、弧形卡槽 8、矿物化合物 9、钢丝线 10、导线芯 111、陶瓷化硅橡胶绝缘层 112、屏蔽层 113、交联聚乙烯层 114、限位凸起 12、加强钢缆 13、挤压孔 14、荧光带 15、芳纶加强芯 16。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1～图3所示，本发明的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，包括用于排列布置缆芯1的缆芯排布层，缆芯排布层外依次包覆有云母带2、铜护套3、加强层4、防水层5、低温无卤护套6，缆芯排布层内设置有陶瓷硅胶骨架7，陶瓷硅胶骨架7用于将缆芯1分隔独立，陶瓷硅胶骨架7是采用陶瓷硅胶材料制成的圆柱形，陶瓷硅胶材料的拉力强度好，防火耐温性能较好，从而可在一定程度上增强电缆的强度，提高防火能力。陶瓷硅胶骨架7的外圆周上开设有至少一条弧形卡槽8，缆芯1嵌入在弧形卡槽8内，通过将缆芯1嵌入在弧形卡槽8内，避免多根缆芯1相互绞合缠绕，避免缆芯1之间相互干扰。缆芯排布层填充有矿物化合物9，矿物化合物9为云母粉，进一步加强电缆的耐火防火作用。加强层4采用硫化处理后的硅橡胶材料制成，硅橡胶硫化处理后柔韧性和弹性大大提高，抵抗外力冲击和挤压的能力较强，加强层4的表面螺旋缠绕有钢丝线10，螺旋缠绕钢丝线10可以进一步提高电缆的抗拉、抗折、抗压性能。缆芯1包括导线芯111和包覆在导线芯111外的陶瓷化硅橡胶绝缘层112，导线芯111采用20-30股镀铝铜丝束绞形成。
陶瓷化硅橡胶绝缘层112外包覆有屏蔽层113和交联聚乙烯层114，屏蔽层113为铜丝编织层，交联聚乙烯层114采用交联聚乙烯材料制成，交联聚乙烯具有优良的耐热性、电绝缘性、耐低温性和耐化学性，良好的耐辐射性，能够提高电缆的综合性能。
缆芯1的交联聚乙烯层114上成型有限位凸起12，陶瓷硅胶骨架7于弧形卡槽8的槽底开设有凹槽，限位凸起12嵌入在凹槽内。通过将缆芯1上的限位凸起12嵌入在陶瓷硅胶骨架7的凹槽内，可以提高缆芯1穿设的稳定性。
陶瓷硅胶骨架7内至少穿设有一根加强钢缆13，陶瓷硅胶骨架7内于相邻两根缆芯1之间设有挤压孔14。加强钢缆13用于提高电缆的强度，挤压孔14可以在各缆芯1受力时起到缓冲作用，消除压力，提高电缆的抗压能力。
缆芯排布层内于相邻两根缆芯1之间设有芳纶加强芯16。芳纶具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，采用芳纶材料制备得到的芳纶加强芯16可以进一步提高电缆的强度，提高其抗拉性能。
低温无卤护套6表面沿电缆轴向开设有条形槽，条形槽内嵌有荧光带15。荧光带15的设置可以光线较暗的情况下也能看到电缆，起到警示提醒作用。无卤低烟内护套6采用不含卤的交联聚乙烯阻燃材料制成，不仅具有很好的阻燃特性和隔热性，而且在电缆燃烧时不会释放卤酸等有毒气体。防水层5采用乙烯-丙烯共聚物弹性体和阻水粉通过常规方法加工制成的防水膨胀粉，防水膨胀粉具有较好的遇水膨胀性能，当外保护层渗水时迅速膨胀，堵住水向内渗入，防水性能好。
本实施例的陶瓷化硅橡胶绝缘层112由陶瓷化硅橡胶材料制成，该陶瓷化硅橡胶材料包括以下重量份数的原料：甲基乙烯基硅橡胶100份、复合瓷化粉40～50份、玻璃纤维10～15份、羟基硅油3～5份、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷2～3份。具体地，陶瓷化硅橡胶材料的制备包括以下重量份数的原料：甲基乙烯基硅橡胶100份、复合瓷化粉45份、玻璃纤维13份、羟基硅油4份、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷2份。其中的复合瓷化粉主要是由改性硅藻土与二氧化硅/贝壳粉中空微球球磨混合制得，其中的改性硅藻土是由Si69或硬脂酸钙在功率为200W、频率为260GHz的条件下对酸化硅藻土进行改性后，与纳米氮化硅球磨混合制得。其中的二氧化硅/贝壳粉中空微球是将经两次煅烧处理后的贝壳粉与正硅酸乙酯、无水乙醇、对甲苯磺酸搅拌混合，氮气氛围微波反应后，由喷雾器喷至液氮中固化制得。本实施例的陶瓷化硅橡胶材料的制备方法如下：
(1)改性硅藻土的具体制备方法如下：将硅藻土机械破碎球磨，过500目筛，得到的硅藻土粉末于150℃干燥1h，取出冷却，于每升浓度为1mol/L的盐酸溶液中加入35g干燥后的硅藻土粉末，于频率30kHz、功率300W、温度80℃的超声波发生器中超声波反应30min,随后进行离心分离，得到酸化硅藻土，于每500mL无水乙醇中加入5g Si69或5g硬脂酸钙，搅拌溶解，加入95g酸化硅藻土搅拌混合，随后置于功率为200W、频率为260GHz的条件下微波反应30min，取出，过滤洗涤干燥得到的固体与纳米氮化硅按照质量比5:1混合，置于球磨机中球磨至过600目筛，得到改性硅藻土。
(2)取贝壳粉以10℃/min的升温速度在600℃的氩气氛围内煅烧3h，冷却取出，将其置于粉碎机中粉碎至过800目筛，随后置于1200℃的氧气氛围内煅烧2h，冷却取出，将其置于粉碎机中粉碎至过1200目筛，得到预处理后的贝壳粉；按照质量比1.2:5:0.01分别称取正硅酸乙酯、无水乙醇、对甲苯磺酸搅拌混合，再加入预处理后的贝壳粉，预处理后的贝壳粉的加入量是正硅酸乙酯质量的0.2倍，随后置于30℃的氮气氛围下，在功率为200W、频率为300GHz的条件下微波反应20min，得到前躯体溶液，将前躯体溶液装入喷雾器，通过喷雾器将前驱体溶液喷入正在搅拌的液氮中，前驱体溶液通过喷雾器喷出形成小液滴，小液滴与液氮接触，快速冷却固化成颗粒，随后搅拌加入去离子水，继续搅拌至完全固化，随后进行冷冻干燥，取出得到二氧化硅/贝壳粉中空微球。
(3)于每100mL水中加入10g水溶性硅酸钠搅拌至完全溶解，随后加入60g改性硅藻土和30g二氧化硅/贝壳粉中空微球搅拌混匀，置于球磨机中球磨30min，取出，干燥，研磨得到复合瓷化粉。
(4)陶瓷化硅橡胶材料的制备如下：按照以下重量份数分别称取以下原料，甲基乙烯基硅橡胶100份、复合瓷化粉45份、玻璃纤维13份、羟基硅油4份、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷2份，取复合瓷化粉、玻璃纤维搅拌混合均匀，再加入羟基硅油和2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷搅拌混匀，得到混合物，将甲基乙烯基硅橡胶于开放式开炼机上混炼20min，缓慢搅拌加入混合物，随后加入常规的橡胶硫化剂混炼20min，薄通10次，得到陶瓷化硅橡胶材料。
上述实施例的绝缘耐温电缆的导线芯外包覆陶瓷化硅橡胶绝缘层112，一是对导线芯111起到绝缘屏蔽作用，二是通过陶瓷化硅橡胶绝缘层112起到耐温防火作用；本发明的绝缘耐温电缆通过在导线芯111外直接包覆陶瓷化硅橡胶绝缘层112，由于导线芯111的直径较小，可减少陶瓷化硅橡胶材料的用量，同时陶瓷化硅橡胶绝缘层112的直径也较小，在遇到高温时，相对电缆整体而言不会发生较明显的体积收缩，且陶瓷化硅橡胶绝缘层112外包覆有屏蔽层113和交联聚乙烯层114，交联聚乙烯具有较强的耐开裂性能，避免电缆开裂，保证电缆长时间的安全畅通；本发明的绝缘耐温电缆内设有加强钢缆13，通过加强钢缆13加强了电缆抗拉、防断裂的性能；本发明的绝缘耐温电缆的加强层4采用硫化处理后的硅橡胶材料制成，硅橡胶硫化处理后柔韧性和弹性大大提高，且其表面还缠绕有钢丝线，抵抗外力冲击和挤压的能力较强。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述绝缘耐温电缆包括用于排列布置缆芯的缆芯排布层，所述缆芯排布层外依次包覆有云母带、铜护套、加强层、防水层、低温无卤护套，所述缆芯排布层内设置有陶瓷硅胶骨架，所述陶瓷硅胶骨架呈圆柱形，且所述陶瓷硅胶骨架圆周上开设有至少一条弧形卡槽，所述缆芯嵌入在弧形卡槽内，所述缆芯排布层填充有矿物化合物，所述缆芯包括导线芯，以及依次包覆在导线芯外的陶瓷化硅橡胶绝缘层、屏蔽层和交联聚乙烯层。
2.根据权利要求1所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述加强层的表面螺旋缠绕有钢丝线。
3.根据权利要求2所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述缆芯的交联聚乙烯层上成型有限位凸起，所述陶瓷硅胶骨架于弧形卡槽的槽底开设有凹槽，所述限位凸起嵌入在凹槽内。
4.根据权利要求3所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述陶瓷硅胶骨架内至少穿设有一根加强钢缆，所述陶瓷硅胶骨架内于相邻两根缆芯之间开设有挤压孔。
5.根据权利要求4所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述缆芯排布层内于相邻两根缆芯之间设有芳纶加强芯。
6.根据权利要求5所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述低温无卤护套表面沿电缆轴向开设有条形槽，所述条形槽内嵌有荧光带。
7.根据权利要求6所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述陶瓷化硅橡胶绝缘层由陶瓷化硅橡胶材料制成，所述陶瓷化硅橡胶材料的制备包括以下重量份数的原料：甲基乙烯基硅橡胶100份、复合瓷化粉40～50份、玻璃纤维10～15份、羟基硅油3～5份、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷2～3份，所述复合瓷化粉主要是由改性硅藻土与二氧化硅/贝壳粉中空微球球磨混合制得。
8.根据权利要求7所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述改性硅藻土是由Si69或硬脂酸钙在功率为200W、频率为260GHz的条件下对酸化硅藻土进行改性后，与纳米氮化硅球磨混合制得。
9.根据权利要求8所述的陶瓷化硅橡胶绝缘耐温电缆，其特征在于，所述二氧化硅/贝壳粉中空微球是将经两次煅烧处理后的贝壳粉与正硅酸乙酯、无水乙醇、对甲苯磺酸搅拌混合，氮气氛围微波反应后，得到的前躯体溶液由喷雾器喷至液氮中固化制得。
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