CN110590254A - 具有防火层的线缆或线缆配件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括线缆和/或线缆配件的设备、以及制造所述类型的线缆和/或线缆配件的方法，所述线缆和/或线缆配件具有至少一个绝缘防火层。

Description

具有防火层的线缆或线缆配件
技术领域
本发明涉及一种包括线缆和/或线缆配件的设备、以及制造这种类型的线缆和/或线缆配件的方法，所述线缆和/或线缆配件包括至少一个绝缘防火层。
这些线缆通常但并非只应用于电力线缆和/或数据传输线缆，特别是防火安全线缆等领域，它们无卤、能够在着火条件下工作规定的时间、不会使火焰蔓延至其配件(如连接件和/或终端)而产生大量烟雾。这些安全线缆特别地为中压电力传输线缆(尤其是6至45-60kV)或者低频传输线缆(例如控制线缆或信号线缆)。
电力线缆和/或电信线缆为用于传输电能和/或用于数据传输的线缆。通常其包括一个或多个绝缘导体，或者换句话说，一个或多个细长的围绕有至少一个绝缘层的导电体。所述绝缘层通常可以为与所述一个或多个导电体物理接触的电绝缘聚合物层。所述绝缘导体围绕有外部保护鞘，其用于为所述一个或多个绝缘导体提供机械保护。在某些线缆设计中，只有单独一层提供电绝缘和保护鞘两种功能。
通常用来形成所述绝缘层和/或所述保护鞘的材料为基于聚合物的常用复合材料(特别是硅树脂聚合物)和各种添加剂，尤其是强化填料(如二氧化硅)和用于提高其防火性能的防火填料。
尽管存在这些填料，这些绝缘层的防火性能仍然不能完全令人满意。
为了制造一种或多种防火线缆，尤其是专利申请EP-A1-2 760 030已经提出了这样的方案，其涉及具有电绝缘层的线缆，其包括含有云母和玻璃纤维的多个叠加的绝缘带以及与各绝缘带接触的聚合物粘合剂。但是，所述电绝缘层的制造成本高(也就是非常长的制造时间)，并且其体积大。
水泥为粉状矿物材料，其与水或盐溶液形成水泥粘合剂糊剂，当其硬化时能够附聚各种物质。通过铝酸钙和硅酸钙的简单水合作用进行硬化，水泥粘合剂糊剂在硬化后保持其强度和稳定性。这种水泥粘合剂糊剂也被称为胶凝材料。按照标准EN-197-1-2000将水泥分为五个主要类别：波特兰水泥(CEM I)、波特兰复合水泥(CEM II)、高炉水泥(CEMIII)、火山灰水泥(CEM IV)以及复合水泥或渣灰水泥(CEM V)。白水泥为不含金属氧化物的波特兰水泥。一般通过燃烧二氧化硅、氧化铝、石灰石的碳酸盐以及任选的金属氧化物(如氧化铁)的混合物获得人造水泥。
地质聚合物被认为是可以替代上述水泥材料的可选的粘合剂。地质聚合物本质上为通过地质聚合反应(即缩聚反应)产生的无机化合物或包含由硅-氧化物(-Si-O-Si-O-)、硅-铝酸盐(-Si-O-Al-O-)、铁-硅-铝酸盐(-Fe-O-Si-O-Al-O-)、或者铝-磷酸盐(-Al-O-P-O-)型单元构成的化合物的混合物。取决于所需的应用类型，可以单独使用地质聚合物，或者将其与有机聚合物、矿物纤维、金属纤维或有机纤维(玻璃纤维、陶瓷纤维等)、碳纤维、石墨纤维等混合使用。地质聚合物(地质聚合物水泥)通常能够在室温下聚合和硬化。也可以通过对地质聚合物进行热处理以加速其聚合以及由此导致的硬化。
最常用的地质聚合物是那些基于铝硅酸盐的物质，定名为术语“聚(硅铝盐)”或“聚(硅-氧-铝酸盐)”或者(-Si-O-Al-O-)n，其中n表示聚合度。由至少一种铝硅酸盐、碱性试剂(例如硅酸钠或硅酸钾)和水的混合物形成的低聚硅铝酸盐型低聚物的缩聚产生这些铝硅酸盐地质聚合物。根据Si/Al原子比的函数将基于铝硅酸盐的地质聚合物分为三组(该函数可以等于1、2或3)。其分别为对应式Mn(-Si-O-Al-O-)n或(M)-PS的聚(硅铝盐)，对应式Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n或(M)-PPS的聚(硅铝盐-硅氧)，以及对应Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)n或(M)-PSDS的聚(硅铝盐-二硅氧)，其中M表示至少一种碱金属或碱土金属阳离子，例如K、Na、或者Li或Cs，n表示聚合度。
地质聚合物水泥用于很多应用中：土木工程和建筑领域的新材料的设计；雕塑的创作；用于防火保护的隔断和防火门的制作；以及新近作为飞机上“黑盒子”的结构。
例如，专利申请US 6,831,118描述了一种柔性防火板，其包括塑料基材(例如，柔性塑料聚氨酯)和无机填料(例如，地质聚合物颗粒)，其可以用于墙壁开口以及线缆通路的防火保护。
陶瓷型组合物用于填充和封闭线缆通路以防止火焰从一个房间蔓延至其他房间也是已知的。特别地，专利申请JP 2013-060543描述了一种组合物，其包含25至65wt％的硅酸钠溶液(也称为“水玻璃”)；10至45wt％的氢氧化镁或氢氧化铝；10至45wt％的惰性填料(例如云母)；以及2至10％的橡胶(例如，苯乙烯-丁二烯)微粒在水性介质中的分散体，所述分散体包含30至60wt％的所述微粒。但是，该组合物不适合作为线缆的绝缘防火层。
因此，现有技术中没有任何文献描述了这样的电力线缆或数据传输线缆或其配件，其包含基于地质聚合物组合物或材料的绝缘防火层。此外，所提出的溶液不必与保持所述保护材料的良好机械性能和介电性能兼容。
本发明的目的是通过以有利的成本提供具有良好防火性能并且同时具有良好机械性能和有利的成本价格的电力线缆和/或电信线缆和/或线缆配件，以克服现有技术的缺陷。
因此，本发明的第一个目的是一种包括电力线缆和/或电信线缆和/或线缆配件的设备，其特征在于：所述线缆和/或所述线缆配件包括至少一个基于复合材料的防火绝缘层，所述复合材料包含占复合材料总重量5至95wt％的至少一种胶凝材料和至少一种具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料，并且所述层为所述线缆或所述线缆配件的内层。
电力线缆和/或电信线缆通常包括至少一个细长导体和至少一个绝缘保护鞘。
线缆配件(例如连接件或者终端)通常包括这样的组件，该组件具有通常由硅酮橡胶类材料形成的多个层；一个或多个强化层，例如一个或多个金属层；以及防火外部保护鞘，例如弹性体带或云母条。
根据本发明，“内层”是指不构成所述设备最外层的层，更具体地：
-对于线缆，介于细长导体与绝缘保护鞘之间的层，其中所述层可以与所述细长导体直接接触，或者不与所述细长导体直接接触，以及
-对于连接件或终端，介于防火外部保护鞘与由硅酮橡胶类材料形成的层中的一个层和/或强化层中的一个层之间的层，其中所述层可以与所述外部鞘直接接触，或者不与所述外部鞘直接接触。
本发明中，表述“胶凝材料”是指包含硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和至少一种选自钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Cs)和钙(Ca)的元素的固体材料，所述固体材料为地质聚合物水泥或衍生自由无水水泥和水组成的混合物。
由于绝缘层的存在，根据本发明的设备在具有良好机械性能的同时表现出良好的防火性能。特别地，防火绝缘层组合物中所含的复合材料具有足够的柔性以允许线缆操作(例如，卷绕、弯曲、扭转)而不会导致所述层过度的劣化，这种劣化会造成结合力和防火性能降低。另外，即使室温达到等于或高于1000℃(在着火时很容易达到)，所述防火绝缘层能在一定的时间(可能高达120分钟)内保持不变。
有利地，根据本发明的设备满足以下防火标准的至少一个：EN50200、IEC60331-11、IEC60331-21、IEC60331-23、IEC60331-25、DIN4102、NBN713020附录3、EN50577、NFC32070 CR1和BS6387CWZ。
有利地，基于上述复合材料的绝缘层满足防火标准IEC60331-11，其中20kV的电力线缆在775℃下60分钟。
复合材料层优选具有约0.2至10mm范围内的厚度，更优选约0.5至6mm。
根据本发明的第一实施方案，所述胶凝材料得自由常规无水水泥和水组成的混合物。作为硅酸钙和铝酸钙水合作用的结果发生了硬化。
无水水泥可以为波特兰水泥，尤其是白色水泥或渣灰水泥。
根据本发明的第二实施方案，所述胶凝材料为地质聚合物水泥。
本发明中，术语地质聚合物粘合或地质聚合物组合物的硬化，表示通过缩聚型或水热型内部反应发生硬化，并且这并非是单纯的干燥的结果(通常这是基于碱性硅酸盐的粘合剂的情况)。
事实上，与传统的水硬粘合剂不同，通过碱性活化由无机缩聚反应(称为地质合成)形成地质聚合物水泥，其中硬化是铝酸钙和硅酸钙的水合反应的结果。
地质聚合物水泥可以为硅铝酸盐地质聚合物水泥。
铝硅酸盐地质聚合物水泥可以选自对应式(I)Mn(-Si-O-Al-O-)n[(M)-PS]的聚(硅铝盐)、对应式(II)Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n[(M)-PPS]的聚(硅铝盐-硅氧)、对应式(III)Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)n[(M)-PSDS]的聚(硅铝盐-二烷氧)，其中M表示至少一种碱性阳离子K、Na、Li、Cs或它们的混合物，n表示聚合度。在式(I)化合物中Si/Al摩尔比为1，式(II)化合物中Si/Al摩尔比为2，式(III)化合物中Si/Al摩尔比为3。
Si/Al摩尔比影响地质聚合物水泥的机械性能，特别是耐机械压力的性能(杨氏模量)。根据本发明优选的实施方案，地质聚合物水泥选自其中Si/Al摩尔比为约1.9至3、甚至更优选约1.9至2.5的化合物。通过选择这样的地质聚合物水泥，防火绝缘层能够具有足够的柔性，从而可以操作本发明所述设备而不导致复合材料的破裂。
根据本发明，所述胶凝材料优选占所述复合材料总重量的约70至90wt％。
根据本发明的防火绝缘层的复合材料组合物中的非织造纤维材料可以选自以下材料：例如纸，特别是吸墨纸；玻璃纤维；由官能化或非官能化纤维素制造的非织造材料；具有多孔和/或纤维基材的材料，特别是多孔聚丙烯基材、由天然醋酸纤维素纤维制造的具有多孔和/或纤维结构的基材。根据本发明优选的实施方案，非织造纤维材料选自由天然纤维素乙酸酯纤维制造的具有多孔和/或纤维结构的基材。
纤维材料尤其可以是条状或带状的形式。
根据本发明优选的实施方案，纤维材料占复合材料总重量的约5至95wt％，甚至更优选约10至30wt％。
根据本发明特别优选的实施方案，所述复合材料还包含至少一种具有聚合物结构的有机添加剂。这种添加剂用于改善复合材料的结合力以及复合材料与线缆或配件中其即将接触的层的粘合力。具有聚合物结构的有机添加剂优选选自聚丙烯，特别是其纤维形式；苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)；苯乙烯-丁二烯-乙烯共聚物(EBS)；苯乙烯-乙烯共聚物的衍生物，特别是那些Kraton出售的，例如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、苯乙烯-丙烯-乙烯共聚物(EPS)或苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS)；乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物(EVA)、交联的聚有机硅烷(例如使用过氧化物)；任选地为粉末形式的聚乙烯；木质素磺酸盐；纤维素及其衍生物，例如醋酸纤维素；以及它们的混合物。
当使用聚合物添加剂时，其优选占所述复合材料总重量的约2至70wt％，甚至更优选约30至50wt％，根据应用和所要求的柔性来确定。
包含至少一种胶凝材料的层还包含一种或多种选自有机添加剂、无机添加剂和它们的混合物的添加剂。在这些添加剂中，我们可以特别提及的是室温下延缓水泥组合物凝固的试剂，并使水泥组合物保持较长时间的可塑性。所述缓凝剂尤其可以选自铵、碱金属、碱土金属、硼砂、木质素磺酸盐并且特别是木质素磺酸钙的金属盐、纤维素(如羧甲基羟乙基纤维素)、磺烷基化木质素(如磺甲基化木质素)、羟基羧酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的盐和丙烯酸或马来酸的盐的共聚物、饱和的盐、以及它们的混合物。
根据本发明特别优选的实施方案，缓凝剂选自木质素磺酸盐。
当使用缓凝剂时，缓凝剂优选占复合材料总重量的约5至60wt％，更优选约10至30wt％。
当根据本发明的设备为根据本发明的电力线缆和/或电信线缆时，绝缘保护鞘优选地由无卤材料制成。通常可以由延迟火焰传播或抗火焰传播的材料制造。值得注意的是，如果后者不含有卤素，则认为所述鞘为HFFR型(“无卤阻燃剂”的缩写)。
电绝缘鞘为所述线缆的最外层(即，它也被称为外部保护鞘)。
其包含至少一种聚合物材料。
对聚合物材料的选择没有限制，所述聚合物材料为本领域技术人员所熟知。
根据本发明优选的实施方案，聚合物材料选自交联或非交联的聚合物、以及无机型和有机型聚合物。
聚合物材料可以为具有热塑性和/或弹性的均聚物或共聚物。
无机型聚合物可以为聚有机硅氧烷。
有机型聚合物可以为聚氨酯或聚烯烃。
聚烯烃可以选自乙烯和丙烯聚合物。作为乙烯聚合物的例子，我们可以提及线性低密度聚乙烯(LLDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物(EVA)，乙烯与丙烯酸丁酯的共聚物(EBA)、与丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)、与2-己基乙基丙烯酸酯的共聚物(2HEA)，乙烯与α-烯烃的共聚物(例如聚乙烯-辛烯(PEO))，乙烯/丙烯共聚物(EPR)，或乙烯与丙烯的三元共聚物(EPT)(如乙烯丙烯二烯单体的三元共聚物(EPDM))。
电力线缆或电信线缆各自可以包括多个细长导体，各自包括如上所述的复合材料防火层。在这种情况下，电绝缘保护鞘围绕各防火线缆的多个细长导体。
在具体实施方案中，尽管存在复合材料防火绝缘层，各线缆还可任选地包括至少一个介于复合材料防火绝缘层和细长导体元件之间的额外的绝缘层。因此，在这种情况下，电绝缘鞘围绕复合材料防火绝缘层，并且所述复合材料防火绝缘层围绕所述细长导体。根据另一实施方案，也可以在外部鞘和中间鞘这两层鞘之间设置复合材料防火绝缘层，所述中间鞘覆盖所述线缆芯。最后，根据又一实施方案，例如，在所述线缆包括多个绝缘鞘时，可以设置两个复合材料防火绝缘层。
当存在额外的电绝缘层时，其可以包含至少一种选自交联或非交联的聚合物、以及无机型和有机型聚合物的聚合材料。
聚合物材料可以为具有热塑性和/或弹性的均聚物或共聚物。
聚合物材料优选为非卤代的。
无机型聚合物可以为聚有机硅氧烷。
有机型聚合物可以为聚氨酯或聚烯烃。
聚烯烃可以选自乙烯和丙烯聚合物。作为乙烯聚合物的例子，我们可以提及线性低密度聚乙烯(LLDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物(EVA)，乙烯与丙烯酸丁酯的共聚物(EBA)、与丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)、与2-己基乙基丙烯酸酯的共聚物(2HEA)，乙烯与α-烯烃的共聚物(例如聚乙烯-辛烯(PEO))，乙烯/丙烯共聚物(EPR)，或乙烯与丙烯的三元共聚物(EPT)(如乙烯丙烯二烯单体的三元共聚物(EPDM))。
当存在额外的电绝缘层时，其还可以包含防火填料和/或惰性填料(或不可燃填料)。
对防火填料和/或惰性填料的选择没有限制，所述防火填料为本领域技术人员所熟知。
防火填料可以选自水合填料，尤其是选自金属氢氧化物，例如二水合氧化镁(MDH)或三水合氧化铝(ATH)；以及其他无机填料，例如CaO或页状硅酸盐。
这些防火填料主要通过物理机理吸热分解(例如，释放水)起作用，其具有降低电绝缘层温度并且限制火焰沿线缆蔓延的作用。特别是涉及阻燃性能。
惰性填料可以为白垩、云母、粘土(例如高岭土)、炭黑或者碳纳米管。
因此，本发明的第二个目的为一种用于制造包括根据本发明第一目的的电力线缆和/或电信线缆和/或线缆配件的设备的方法，所述设备包括至少一个基于复合材料的防火绝缘层，所述复合材料包含占复合材料总重量5至95wt％的至少一种胶凝材料和至少一种具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料，以及任选的至少一种聚合物添加剂，所述方法的特征在于其至少包括以下步骤：
i)制备水泥组合物的步骤，该组合物包含：
-至少一种地质聚合物组合物或者至少一种由无水水泥和水组成的混合物，以及任选地
-至少一种聚合物添加剂；
ii)围绕以下结构施加具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料的步骤：
-当所述设备为线缆时，围绕一个或多个细长导体、和/或围绕电力线缆和/或电信线缆，以获得线缆/纤维材料组件，
-或者当所述设备为线缆配件时，围绕连接件或终端的至少一个内层，以获得线缆配件/纤维材料组件；
iii)使用所述地质聚合物组合物浸渍上述步骤中获得的线缆/纤维材料组件或者线缆配件/纤维材料组件的步骤；
iv)使浸渍有所述纤维材料的地质聚合物组合物或者由常规无水水泥和水组成的混合物(即水泥糊剂)硬化，以形成基于所述复合材料的防火绝缘层的步骤。
从经济角度看，根据本发明的方法是快速、简单且有利的。它使得线缆或线缆配件表现出良好的防火性能。
步骤i)中使用的常规的无水水泥如本发明第一目的所限定。
步骤i)中的地质聚合物组合物优选为硅铝酸盐地质聚合物组合物。
步骤i)中的地质聚合物组合物优选符合以下摩尔组成(I)：
wSiO2:x Al2O3:y M2O:zH2O (I)
其中：
-M选自Na、K、Li、Cs和它们的混合物，
-w为介于约0.1至8之间的值，
-x介于约0.1至0.3之间的值，
-y介于约0.05至0.2之间的值，
-z介于约0.8至3之间的值，
所述组合物包含占所述组合物总重量约40至79wt％的固体材料(SiO2,Al2O3,M2O)。
所述地质聚合物组合物中固体/水的重量比决定步骤iv)中固化过程的动力学。根据本发明优选的实施方案，所述固体/水的重量比为约0.6至1.65，甚至更优选约0.85至1.40。所述重量比使得可以获得具有相当流动性的水泥组合物以允许浸渍纤维材料，并且具有相当缓慢的固化动力学，以允许在其固化之前施加纤维材料。
通常在高pH下实施步骤i)，尤其是在10至13的范围内。
当所述水泥组合物为硅铝酸盐地质聚合物组合物时，步骤i)优选包括以下子步骤：
i1)制备SiO2/M2O摩尔比在约1.65至3.4范围内的碱性硅酸盐水溶液的步骤，其中水中碱性硅酸盐的重量浓度可以在约35至90％的范围内，以及
i2)将Al2O3/SiO2摩尔比在0.4至0.8范围内的粉末形式的硅铝酸盐与前一步骤中制备的碱性硅酸盐水溶液混合的步骤，其中上述步骤中制备的碱性硅酸盐水溶液中硅铝酸盐的重量浓度可以在约10至80％范围内，优选在约25％至65％范围内。
硅铝酸盐可以选自偏高岭土(即煅烧高岭土)、粉煤灰、高炉矿渣、溶胀粘土如膨润土、煅烧粘土、任何类型的包含铝和煅制二氧化硅的化合物、沸石和它们的混合物。在这些化合物中，优选由Imérys公司销售的硅铝酸盐(如偏高岭土)。
可以通过使二氧化硅SiO2或碱性硅酸盐与碱MOH(M为K或Na)混合制备碱性硅酸盐的水溶液。
二氧化硅SiO2可以选自煅制二氧化硅(即热解二氧化硅)、石英和它们的混合物。
碱性硅酸盐可以选自硅酸钠、硅酸钾和它们的混合物。优选Silmaco公司或PQ公司销售的碱性硅酸盐。
碱MOH可以选自KOH、NaOH和它们的混合物。
可以通过将碱溶解在水中，导致放热(放热反应)，然后加入二氧化硅(或碱性硅酸盐)以实施步骤i1)。然后，释放的热量加速步骤i1)中的二氧化硅(或碱性硅酸盐)和步骤i2)中的硅铝酸盐的溶解，从而使地质聚合物组合物凝固。
在步骤i2)结束时，地质聚合物组合物具有这样的粘度，当其暴露于露天时该粘度随时间推移而增加。
根据本发明优选的实施方案，当所述设备为电力线缆或传输线缆时，具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料为带状或条状，然后通过将所述带或所述条卷绕在一个或多个细长导体周围或卷绕在所述线缆的内层周围以实施施加所述纤维材料的步骤ii)，并且所述卷绕可以重叠进行。
根据本发明特定的实施方案，当所述设备为电力线缆或传输线缆时，该方法还可以包括，在步骤iv)之前、之中或之后，围绕含有经所述水泥组合物浸渍的纤维材料的层制备绝缘保护鞘的其他步骤。
该外部保护鞘尤其可以通过挤压形成。
步骤iv)通常在室温下进行，因为聚合(在形成地质聚合物水泥的情况下)或水合(在由常规无水水泥和水组成的混合物形成胶凝材料的情况下)需要在室温下进行。
25℃(即室温)下步骤iv)中的硬化速率可以为约30至300分钟。
然而，通过向该地质聚合物组合物中添加至少一种缓凝剂，可以延迟步骤iv)中的硬化。如上所述，所述缓凝剂优选选自木质素磺酸盐。
通过以下实施例对本发明进行说明。它们不以任何方式限制权利要求中体现的本发明的整体范围。氧化物的比例为摩尔比，给出的百分比为重量百分比。
实施例
实施例中使用的原料如下：
-“水玻璃”型硅酸钠Simal，分子式Na2O.2SiO2，SiO2/Na2O摩尔比为约2，
-自来水，
-氢氧化钾，Sigma Aldrich，纯度>85％，
-由Imérys公司以商品名200R出售的硅铝酸盐，Al2O3/SiO2摩尔比为41/55(即，约0.745)，
-由ZSCHIMMER&SCHWARZ公司以商品名CELLOTIN PP6销售的聚丙烯纤维。
除非另有说明，所有原料均按制造商提供的形式使用。
实施例1：根据本发明的防火线缆的制造
1.1.地质聚合物组合物的制备(步骤i)
将36g硅酸钠、20g水和8g氢氧化钾混合制备碱性硅酸盐溶液。然后，将39g硅铝酸盐和2.2g聚丙烯纤维与所述碱性硅酸盐的水溶液混合。
所述组合物的固体含量为约80wt％。立即将其用于下一步骤。
1.2.防火线缆的制造
对两种线缆进行评估：
-具有2根铜导体的组件，记为组件1，所述导体各自具有1.5mm2的横截面积；
-具有4根铜导体的组件，记为组件2，所述导体各自具有1.5mm2的横截面积。
根据限定的配对定位装配所述导体。厚度为0.2mm、宽度为30mm的非织造纸带按长度方向围绕各组件1和2卷绕或铺设。
然后将各组件浸渍或浸凃在前一步骤中制备的上述地质聚合物组合物中。
然后，通过热挤出对各组件1和2覆盖基于线性低密度聚乙烯(LLDPE)和EVA的保护聚合物鞘，所述鞘包含63wt％的无机防火填料(三水合氧化铝(ATH)和CaCO3)，所述鞘厚度为1.03mm。由此分别获得线缆CE1和CE2，其包括基于本发明第一目的所限定的复合材料的防火层。
1.3.线缆性能
然后，对线缆CE1和CE2的防火性能进行评价。将所述组件放置在火炉中并暴露在约1000℃的温度下30分钟至2小时的时间(标准DIN 4102-12)。
按照标准EN 50200推荐的方法对线缆CE1和CE2的阻燃性进行测试，即直接将线缆CE1和CE2暴露在丙烷燃烧器的火焰中，保持稳定的理论侵袭温度842℃。
根据本发明的线缆具有这样的防火性能，按照标准DIN 4102-12为90分钟，按照标准EN 50200为121分钟。
作为对比，还按照标准DIN 4102-12测试了非本发明的线缆(CE3)的防火性能，该线缆按照相同的方法制备但不包含基于地质聚合物组合物的复合材料层。线缆CE3表现出的防火性能仅为31分钟。
作为对比，还按照标准EN 50200测试了非本发明的另一线缆(CE4)的防火性能，该线缆按照相同的方法制备，但是其中用厚度为25μm的铝带代替基于地质聚合物组合物的复合材料层。线缆CE4表现出的防火性能仅为17分钟。
因此，测试结果表明复合材料层的存在能够非常显著地改善线缆的防火性能和阻燃性。

Claims (22)

1.一种包括电力线缆和/或电信线缆和/或线缆配件的设备，其特征在于：所述线缆和/或所述线缆配件包括至少一个基于复合材料的防火绝缘层，所述复合材料包含占该复合材料总重量5至95wt％的至少一种胶凝材料和至少一种具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料，并且所述防火绝缘层为所述线缆或所述线缆配件的内层。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述胶凝材料为包含硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和至少一种选自钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Cs)和钙(Ca)的元素的固体材料，所述固体材料为地质聚合物水泥或得自由无水水泥和水组成的混合物。
3.根据权利要求1或2中所述的设备，其特征在于所述复合材料层的厚度在0.2至10mm范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述胶凝材料为硅铝酸盐地质聚合物水泥。
5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述地质聚合物水泥选自其Si/Al摩尔比为1.9至3的化合物。
6.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述无水水泥为白水泥或渣灰水泥。
7.据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述胶凝材料占所述复合材料总重量的70至90wt％。
8.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述非织造纤维材料选自纸、玻璃纤维、由官能化或非官能化纤维素制成的非织造材料、多孔聚丙烯基材和由天然醋酸纤维素纤维制成的具有多孔和/或纤维结构的基材。
9.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述纤维材料为条状或带状。
10.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述纤维材料占所述复合材料总重量的5至95wt％。
11.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述复合材料还包括至少一种具有聚合物结构的有机添加剂。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于所述聚合物添加剂选自聚丙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯共聚物的衍生物、乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物、交联的聚有机硅氧烷、聚乙烯、木质素磺酸盐、纤维素及其衍生物、以及它们的混合物。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于所述聚合物添加剂占所述复合材料总重量的2至70wt％。
14.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述包含至少一种胶凝材料的层还包括一种或多种延缓所述水泥材料在室温下凝固的试剂。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于缓凝剂选自木质素磺酸盐。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于所述缓凝剂占所述复合材料总重量的5至60wt％。
17.一种用于制造包括根据前述任一项权利要求所述的电力线缆和/或电信线缆和/或线缆配件的设备的方法，所述设备包括至少一个基于复合材料的防火绝缘层，所述复合材料包含占该复合材料总重量5至95wt％的至少一种胶凝材料和至少一种具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料，以及任选的至少一种聚合物添加剂，所述方法的特征在于其至少包括以下步骤：
i)制备水泥组合物的步骤，该组合物包含：
-至少一种地质聚合物组合物或者至少一种由无水水泥和水组成的混合物，以及任选地
-至少一种聚合物添加剂；
ii)围绕以下结构施加具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料的步骤：
-当所述设备为线缆时，围绕一个或多个细长的导体或围绕电力线缆和/或电信线缆，以获得线缆/纤维材料组件，
-或者当所述设备为线缆配件时，围绕连接件或终端的至少一个内层，以获得线缆配件/纤维材料组件；
iii)使用所述地质聚合物组合物浸渍上述步骤中获得的线缆/纤维材料组件或者线缆配件/纤维材料组件的步骤；
iv)使浸渍有所述纤维材料的地质聚合物组合物或者由常规无水水泥和水组成的混合物硬化，以形成基于所述复合材料的防火绝缘层的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于步骤i)中的地质聚合物组合物为具有下述摩尔组成(I)硅铝酸盐地质聚合物组合物：
wSiO2:x Al2O3:y M2O:zH2O (I)
其中：
-M选自Na、K、Li、Cs和它们的混合物，
-w为介于0.1至8之间的值，
-x为介于0.1至0.3之间的值，
-y为介于0.05至0.2之间的值，
-z为介于0.8至3之间的值，
所述组合物包含占该组合物总重量40至79wt％的固体材料。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述地质聚合物组合物中的固体/水重量比为0.6至1.65。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于步骤i)包括以下分步骤：
i1)制备SiO2/M2O摩尔比在1.65至3.4范围内的碱性硅酸盐水溶液的步骤，水中碱性硅酸盐的重量浓度在35至90％的范围内，以及
i2)将Al2O3/SiO2摩尔比在0.4至0.8范围内粉末形式的铝硅酸盐与上述步骤制备的碱性硅酸盐水溶液混合的步骤，其中上述步骤中制备的碱性硅酸盐水溶液中硅铝酸盐的重量浓度可以为10至80％。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于所述设备为电力线缆或传输线缆时，并且具有弯曲柔性结构的非织造纤维材料为带或条的形式，然后通过将所述带或所述条卷绕在一个或多个细长导体周围或卷绕在所述线缆的内层周围以实施施加所述纤维材料的步骤ii)，其中所述卷绕还可以重叠进行。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其特征在于所述设备为电力线缆或传输线缆时，并且该方法还包括，在步骤iv)之前、之中或之后，围绕含有经所述水泥组合物浸渍的纤维材料的层制备绝缘保护鞘的其他步骤。
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