CN110660521B - 高性能耐火阻燃铁路信号电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆，包括缆芯、包覆于缆芯外侧的耐火层、包覆于耐火层外侧的隔离层以及包覆于隔离层外侧的护套层；缆芯包括若干根铜导体，铜导体是由多根铜导线绞合形成的，其表面具有耐高温保护层，耐高温保护层包括涂覆于铜导体表面、厚度为10～30μm的聚酰亚胺涂层以及涂敷于聚酰亚胺涂层表面的、厚度为20～50μm的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；耐火层为绕包于缆芯外侧的玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带；隔离层为可膨胀石墨带，护套层为低烟无卤外护套。本发明还提供了所述电缆的制备方法。本发明的高性能耐火阻燃电缆，能够在高温环境下、尤其是能在火灾中不受影响且不会成为延燃材料，保障电信号稳定传输。

Description

高性能耐火阻燃铁路信号电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆及其制备方法。
背景技术
随着人们对火灾危害的重视，政府为了预防和减少火灾的危害，保护人身和财产安全，出台了一系列的标准制度用以规范各场所的防火要求。同时我国铁路和城市轨道交通事业的快速发展，在给人们的交通运输带来便利的同时，也由于其高密度的人流，成为火灾的隐患区，因此提高铁路和城市轨道交通线缆的阻燃、耐火等级也是势在必行。
目前铁路和城市轨道交通用信号电缆阻燃级别仅C类，虽然信号电缆连接的负载功率较小，自身燃烧的可能性小，信号电缆燃烧主要考虑外部环境引起的燃烧，但阻燃C类的级别已经无法满足人流密集区的阻燃需求，因此提高铁路和城市轨道交通用信号电缆阻燃级别引起了关注。
因此，需要一种能耐高温，尤其是能在火灾中不受影响且不会成为延燃材料，保障电信号稳定传输的耐火阻燃电缆。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆，该电缆采用多层耐火防护层，能够在高温环境下、尤其是能在火灾中不受影响且不会成为延燃材料，保障铁路信号稳定传输。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆，包括缆芯、包覆于所述缆芯外侧的耐火层、包覆于所述耐火层外侧的隔离层以及包覆于所述隔离层外侧的护套层；所述缆芯包括若干根铜导体，所述铜导体是由多根铜导线绞合形成的，其表面具有耐高温保护层，所述耐高温保护层包括涂覆于铜导体表面、厚度为10～30μm的聚酰亚胺涂层以及涂敷于所述聚酰亚胺涂层表面的、厚度为20～50μm的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；所述耐火层为绕包于缆芯外侧的玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带；所述隔离层为可膨胀石墨带，所述护套层为低烟无卤外护套。
PFDCHQ，全称聚10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物-1,1’-二茂铁二甲酯，其是由二茂铁与-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧(DOPO)的衍生物合成的聚酯型阻燃剂，其结构中含有DOPO基和二茂铁基双官能团。其中，DOPO基不但能通过在聚合物表面形成致密的炭层发挥凝聚相阻燃作用，而且在降解时通过释放PO·和PO2·等自由基在气相中发挥作用。二茂铁具有优秀的消烟、促进成炭的作用。在材料燃烧初期，会分解为环戊二烯和铁，环戊二烯会进一步分解为有机小分子或者成炭。
本发明中，在缆芯的表面设置了两层耐高温保护层，其中，铜导体表面的聚酰亚胺涂层具有优异的耐高温性能，对于铜导体起到了很好的保护作用，据报道，聚酰亚胺涂层可在300℃的空气氛围下长期使用。另外，聚酰亚胺涂层外侧涂覆的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层是一种新型的阻燃耐火材料，其中，聚氨酯是一种防火性能极佳的材料，其导热系数低，在燃烧的时候会产生炭，有助于隔离氧气，防止火势蔓延；而PFDCHQ由于分子中同时含有二茂铁基与DOPO基，能够催化成炭，并且能够同时从凝聚相和气相发挥阻燃作用。PFDCHQ/聚氨酯复合后形成的涂层具有极佳的阻燃和耐火性能，对内部的铜导体起到了很好的保护作用。
另外，本发明在缆芯外部还分别设置了耐火层和隔离层，其中，隔离层为可膨胀石墨带，其在高温下可瞬间迅速分解，产生大量气体，并且急剧膨胀，窒息了火焰，同时其生成的石墨膨体材料覆盖在基材表面，隔绝了热能辐射和氧的接触。而耐火层为玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带，均是优良的无机或有机耐火材料，能够将缆芯与外层隔离开来，起到了隔绝火焰，防止火势蔓延进入缆芯的作用。
进一步地，所述PFDCHQ/聚氨酯复合涂层中包括2～8wt％的PFDCHQ以及92～98wt％的聚氨酯。
进一步地，所述耐火层的厚度为100～200μm，所述隔离层的厚度为100～300μm。
进一步地，所述双面合成云母带包括云母纸基材以及贴合在云母纸基材两侧的聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜的厚度为20～50μm。
进一步地，所述聚酰亚胺复合带为陶瓷化聚酰亚胺带，陶瓷化聚酰亚胺带不仅起到耐火阻燃的作用，还有利于提高线缆的强度。
本发明中，所述外护套可采用现有的低烟无卤阻燃护套料制成，例如专利CN103044759A中所公开的护套料。
本发明还提供了所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将多根铜导线绞合在一起形成铜导体，并在铜导体表面涂覆聚酰亚胺涂层；
(2)在100～120℃下，将PFDCHQ/聚氨酯混合液涂敷于所述聚酰亚胺涂层上，得到PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；
(3)在步骤(2)得到的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层外侧绕包耐火层；
(4)在步骤(3)得到的耐火层表面挤出隔离层；
(6)在步骤(4)得到的隔离层的外侧挤出外护套。
进一步地，步骤(2)中，PFDCHQ/聚氨酯混合液是将PFDCHQ、聚氨酯溶于有机溶剂中，加入固化剂得到的。其中有机溶剂可为二氯甲烷、三氯甲烷等常用有机溶剂，固化剂可为胺类固化剂，例如间苯二胺。
进一步地，步骤(2)中，PFDCHQ/聚氨酯混合液涂敷后，需固化1～3h。
进一步地，步骤(3)中，所述耐火层为玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带。
进一步地，步骤(4)中，所述隔离层为可膨胀石墨带。
本发明的有益效果：
1.本发明中，在缆芯的表面设置了两层耐高温保护层，其中，铜导体表面的聚酰亚胺涂层具有优异的耐高温性能，对于铜导体起到了很好的保护作用，据报道，聚酰亚胺涂层可在300℃的空气氛围下长期使用。另外，聚酰亚胺涂层外侧涂覆的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层是一种新型的阻燃耐火材料，其中，聚氨酯是一种防火性能极佳的材料，其导热系数低，在燃烧的时候会产生炭，有助于隔离氧气，防止火势蔓延；而PFDCHQ由于分子中同时含有二茂铁基与DOPO基，能够催化成炭，并且能够同时从凝聚相和气相发挥阻燃作用。PFDCHQ/聚氨酯复合后形成的涂层具有极佳的阻燃和耐火性能，对内部的铜导体起到了很好的保护作用。
2.另外，本发明在缆芯外部还分别设置了耐火层和隔离层，其中，隔离层为可膨胀石墨带，其在高温下可瞬间迅速分解，产生大量气体，并且急剧膨胀，窒息了火焰，同时其生成的石墨膨体材料覆盖在基材表面，隔绝了热能辐射和氧的接触，使得火焰熄灭。而耐火层为玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带，均是优良的无机或有机耐火材料，能够将缆芯与外层隔离开来，起到了隔绝火焰，防止火势蔓延进入缆芯的作用。
3.本发明的高性能耐火阻燃铁路信号电缆，通过在铜导体外依次设置耐高温保护层、耐火层和隔离层，从而起到了层层阻燃的作用，从而能够在高温环境下、尤其是能在火灾中不受影响且不会成为延燃材料，保障信号稳定传输。
附图说明
图1是本发明实施例1的电缆的截面结构示意图；
图2是本发明实施例2的电缆的截面结构示意图；
其中：1、铜导体；2、聚酰亚胺涂层；3、PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；4、耐火层；5、隔离层；6、外护套。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如附图1所示，本实施例提供了一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆，包括缆芯、包覆于所述缆芯外侧的耐火层、包覆于所述耐火层外侧的隔离层以及包覆于所述隔离层外侧的护套层。所述缆芯包括1根铜导体，每根铜导体均是由多根铜导线绞合形成的，其表面具有耐高温保护层。所述耐高温保护层包括涂覆于铜导体表面、厚度为10～30μm的聚酰亚胺涂层以及涂敷于所述聚酰亚胺涂层表面的、厚度为20～50μm的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；其中，PFDCHQ/聚氨酯复合涂层包括5wt％的PFDCHQ以及95wt％的聚氨酯。
所述耐火层的厚度为100～200μm，其为编织形成的玻璃纤维带，并绕包于缆芯的外侧。隔离层为可膨胀石墨带，厚度为100～300μm。护套层挤包于隔离层的外侧，厚度为0.2～0.5mm，其材料为专利CN103044759A实施例2中的低烟无卤阻燃护套料。
实施例2
如附图2所示，本实施例提供了一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆，包括缆芯、包覆于所述缆芯外侧的耐火层、包覆于所述耐火层外侧的隔离层以及包覆于所述隔离层外侧的护套层。所述缆芯包括3根铜导体，每根铜导体均是由多根铜导线绞合形成的，其表面具有耐高温保护层。所述耐高温保护层包括涂覆于铜导体表面、厚度为10～30μm的聚酰亚胺涂层以及涂敷于所述聚酰亚胺涂层表面的、厚度为20～50μm的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；其中，PFDCHQ/聚氨酯复合涂层包括2wt％的PFDCHQ以及98wt％的聚氨酯。
所述耐火层的厚度为100～200μm，其为绕包于缆芯外侧的双面合成云母带，该双面合成云母带包括云母纸基材以及贴合在云母纸基材两侧的厚度为20～50μm的聚酰亚胺膜。隔离层为可膨胀石墨带，厚度为100～300μm。护套层为专利CN103044759A实施例2中的低烟无卤阻燃护套料。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种高性能耐火阻燃铁路信号电缆，其特征在于，包括缆芯、包覆于所述缆芯外侧的耐火层、包覆于所述耐火层外侧的隔离层以及包覆于所述隔离层外侧的护套层；所述缆芯包括若干根铜导体，所述铜导体是由多根铜导线绞合形成的，其表面具有耐高温保护层，所述耐高温保护层包括涂覆于铜导体表面、厚度为10～30μm的聚酰亚胺涂层以及涂敷于所述聚酰亚胺涂层表面的、厚度为20～50μm的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；所述耐火层为绕包于缆芯外侧的玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带；所述隔离层为可膨胀石墨带，所述护套层为低烟无卤外护套；
所述PFDCHQ/聚氨酯复合涂层中包括2～8wt％的PFDCHQ以及92～98wt％的聚氨酯。
2.如权利要求1所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆，其特征在于，所述耐火层的厚度为100～200μm，所述隔离层的厚度为100～300μm。
3.如权利要求1所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆，其特征在于，所述双面合成云母带包括云母纸基材以及贴合在云母纸基材两侧的聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜的厚度为20～50μm。
4.如权利要求1所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆，其特征在于，所述聚酰亚胺复合带为陶瓷化聚酰亚胺带。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多根铜导线绞合在一起形成铜导体，并在铜导体表面涂覆聚酰亚胺涂层；(2)在100～120℃下，将PFDCHQ/聚氨酯混合液涂敷于所述聚酰亚胺涂层上，得到PFDCHQ/聚氨酯复合涂层；(3)在步骤(2)得到的PFDCHQ/聚氨酯复合涂层外侧绕包耐火层；(4)在步骤(3)得到的耐火层表面挤出隔离层；（ 5 ） 在步骤(4)得到的隔离层的外侧挤出外护套。
6.如权利要求5所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，PFDCHQ/聚氨酯混合液是将PFDCHQ、聚氨酯溶于有机溶剂中，加入固化剂得到的。
7.如权利要求5所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，PFDCHQ/聚氨酯混合液涂敷后，需固化1～3h。
8.如权利要求5所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述耐火层为玻璃纤维带、双面合成云母带或聚酰亚胺复合带。
9.如权利要求5所述的高性能耐火阻燃铁路信号电缆的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述隔离层为可膨胀石墨带。
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