一种阻燃耐火电缆线及其制备方法
技术领域
本发明属于电线电缆技术领域,具体涉及一种阻燃耐火电缆线及其制备方法。
背景技术
电线电缆是国民经济的血管与神经,在各个行业、领域中都得到广泛的应用,已经成为生活和生产必备的工业产品。电线电缆行业的进步、首先需要以电缆料的发展作为基本条件,没有电缆料的创新和开发,电线电缆行业发展无异于空谈。随着电缆行业国家环保标准的强制实施,用于护套成型的电缆料也将向绿色环保、高性能的方向发展;为此要求电缆料要有较好的力学性能、耐老化、耐介质性能等,以保护绝缘,防止电缆短路发生击穿;同时,还要有良好的阻燃性能、燃烧时排烟量低,无有毒有害气体产生等环保优势。
目前常用的电缆料多使用聚氯乙烯材料或者橡胶作为主要材料。比如一种柔性耐磨交叉嵌入式橡胶电缆(CN 110444323 B)公开了该橡胶电缆包括电缆线芯以及包裹在电缆线芯外部橡胶;所述橡胶为复合式结构,由软性橡胶与耐磨柔性橡胶相互交叉嵌入组合而成;该电缆通过相互嵌入的两种橡胶材料使得电缆绝缘性好,同时柔性高,耐磨腐蚀性强。弹簧电缆(CN 100589212 B)中公开了该电缆橡皮护套由50-70wt%天然橡胶与30-50wt%氯丁橡胶混合基料,及与天然橡胶、氯丁橡胶相匹配的橡胶配合剂组成,挤制护套后,绕成螺旋状再硫化定型;弹簧电缆弹性获得主要依靠橡皮弹性,所得弹簧弹性持久,并且因无硬钢丝安全性好,有效延长了弹簧电缆的有效使用寿命。虽然在上述专利申请中公开了橡胶材料可以增加弹性、抗腐蚀性等优点,但是橡胶材料在耐火阻燃性能方面难以满足人们的使用要求,且高温条件下,橡胶容易熔化分解,产生对环境有较大污染物的物质,耐老化、耐候性都有待提高。聚氯乙烯材料具有优良的机械物力性能、柔韧性、耐化学试剂性能,价格便宜,并且加工性能优异,成为橡胶材料的理想替代品。比如,一种雾面阻燃聚氯乙烯电线电缆料(CN 103524932 B)以聚氯乙烯为主要成分制备得到,该电缆料具有阻燃、耐油、耐老化、耐酸碱的特点,且比重较低、成本低。一种聚氯乙烯护套电缆(CN 106941023B)公开了以聚氯乙烯作为护套主要成分,延长了护套的使用寿命,耐热性能和阻燃性能优良。但是聚氯乙烯废弃物在处理过程中会带来很大的环境污染问题。所以需要寻找一种对环境优异的材料来生产电缆阻燃材料。
木质素是自然界中储量仅次于纤维素的生物质资源,并且每年再生数量很大,具有资源丰富、无毒、廉价、可再生、可生物降解等优点,但是木质素的有效利用还有一定的局限性,多数木质素分离浓缩后烧掉,既浪费了资源,又造成环境污染。于是对木质素的改性研究慢慢发展起来,木质素结构中含有丰富的官能团,可以进行磺化反应、羟甲基化反应、酚化反应、氧化反应、胺化反应和接枝共聚反应,通过以上改性方法经过一系列化学反应可以合成脲醛树脂、酚醛树脂、聚氨酯、环氧树脂和离子交换树脂等高分子材料,大大扩大了木质素的应用范围。对于将改性木质素应用于阻燃电缆线中的应用研究还很少,如何将绿色环保的木质素原料高效应用于电缆线的生产中成为现在研究的难点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明要解决的技术问题在于提供一种阻燃耐火电缆线,由绝缘线芯和包裹在其外面的阻燃层、屏蔽层和护套层组成,阻燃层的主成分木质素胺基聚醚多元醇是采用绿色环保的木质素制备得到,并且阻燃效果良好。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种阻燃耐火电缆线的制备方法,制备方法简单,操作方便,可以进行工业化生产。
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种阻燃耐火电缆线,包括缆芯和护套层,所述缆芯由四股绝缘线芯绞合成缆后合成一根多芯电缆;所述绝缘线芯由导体以及挤包在导体外的绝缘层组成;所述缆芯外包有一层阻燃层,在阻燃层的外侧绕包有屏蔽层,屏蔽层外面包裹一层护套层;所述阻燃层由以下重量份数组分组成:木质素胺基聚醚多元醇40~50份,635聚醚20~30份,二氧化硅10~20份,聚乙二醇10~20份,氢氧化镁5~10份,氯丁橡胶5~10份,阻燃纤维5~10份,有机过氧化物引发剂1~5份,偶联剂1~5份,有机硅改性丙烯酸胶1~5份;所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的一种或几种;所述护套层由以下重量份数组分组成:硅树脂40~50份,玻璃纤维20~30份,聚氨酯橡胶10~20份,钛酸酯偶联剂10~15份,蓖麻油5~10份,硫磺5~10份。
所述阻燃耐火电缆线,所述阻燃层、屏蔽层和护套层的厚度比为1:0.5~0.8:0.1~0.3;所述绝缘层为聚乙烯材料制成;所述屏蔽层由镀锡铜丝束和高密度纤维纱束组成。
所述阻燃耐火电缆线,所述阻燃层由以下重量份数组分组成:木质素胺基聚醚多元醇45~50份,635聚醚20~25份,二氧化硅12~18份,聚乙二醇10~15份,氢氧化镁5~8份,氯丁橡胶7~10份,阻燃纤维8~10份,有机过氧化物引发剂2份,偶联剂3份,有机硅改性丙烯酸胶1份;所述护套层由以下重量份数组分组成:硅树脂42~48份,玻璃纤维25~30份,聚氨酯橡胶10~15份,钛酸酯偶联剂10~15份,蓖麻油10份,硫磺5份。
所述阻燃耐火电缆线,所述阻燃层由以下重量份数组分组成:木质素胺基聚醚多元醇45份,635聚醚20份,二氧化硅12份,聚乙二醇10份,氢氧化镁5份,氯丁橡胶7份,阻燃纤维8份,有机过氧化物引发剂2份,硅烷偶联剂KH550 3份,有机硅改性丙烯酸胶1份;所述护套层由以下重量份数组分组成:硅树脂42份,玻璃纤维25份,聚氨酯橡胶10份,钛酸酯偶联剂10份,蓖麻油10份,硫磺5份。
所述阻燃耐火电缆线,所述阻燃层由以下重量份数组分组成:木质素胺基聚醚多元醇50份,635聚醚25份,二氧化硅18份,聚乙二醇15份,氢氧化镁8份,氯丁橡胶10份,阻燃纤维10份,有机过氧化物引发剂2份,硅烷偶联剂KH570 3份,有机硅改性丙烯酸胶1份;所述护套层由以下重量份数组分组成:硅树脂48份,玻璃纤维30份,聚氨酯橡胶15份,钛酸酯偶联剂15份,蓖麻油10份,硫磺5份。
所述阻燃耐火电缆线,其特征在于,所述阻燃层由以下重量份数组分组成:木质素胺基聚醚多元醇48份,635聚醚22份,二氧化硅15份,聚乙二醇14份,氢氧化镁6份,氯丁橡胶7份,阻燃纤维9份,有机过氧化物引发剂2份,硅烷偶联剂KH560 3份,有机硅改性丙烯酸胶1份;所述护套层由以下重量份数组分组成:硅树脂45份,玻璃纤维27份,聚氨酯橡胶13份,钛酸酯偶联剂14份,蓖麻油10份,硫磺5份。
所述阻燃耐火电缆线,所述木质素胺基聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤:
(1)对农林废弃物进行粉碎,加入质量分数为20%~30%的苯磺酸盐,升温至85~150℃条件下蒸煮,蒸煮3~5h后冷却至室温,过滤,将滤液加入反应器中;
(2)向反应容器中充入氮气,在氮气环境下加入甲醛水溶液和部分二乙醇胺,搅拌均匀;
(3)将反应体系温度加热至预定温度,然后滴加入剩余二乙醇胺,继续反应;二乙醇胺的滴加时间为2.0~5.0h;所述反应温度为100~150℃;
(4)向反应溶液中加入硫酸溶液,使木质素胺基多元醇析出,离心分离并用去离子水洗涤,取沉淀物,置于50℃的电热鼓风干燥箱中烘干,待用;所述硫酸溶液的质量分数为10%,硫酸溶液的用量为反应液质量的20%~30%。
所述阻燃耐火电缆线,所述苯磺酸盐与农林废弃物的质量比为3:1~5:1;所述甲醛水溶液的浓度为20%~40%;所述甲醛与木质素的质量比为0.1:1~1:1。
所述阻燃耐火电缆线,所述二乙醇胺与木质素的质量比为1:1~5:1;步骤(2)中加入的二乙醇胺用量为二乙醇胺总量的1/3,步骤(3)中加入的二乙醇胺用量为二乙醇胺总量的2/3。
一种阻燃耐火电缆线的制备方法,包括以下步骤:
(1)将导线通过束绞合成导体束,经过单螺旋挤出机进行熔融挤出,在自然条件下在导体束外周进行交联,形成若干组电缆芯;
(2)将阻燃层混合料木质素胺基聚醚多元醇、635聚醚、二氧化硅、聚乙二醇、氢氧化镁、氯丁橡胶、阻燃纤维、有机过氧化物引发剂、偶联剂和有机硅改性丙烯酸胶充分混合后投入单螺杆挤出机进行熔融挤出,在电缆线芯的外侧进行包覆阻燃层;
(3)在绝缘层的外表面包覆一层屏蔽层,然后进入步骤(4);
(4)将护套层混合料硅树脂、玻璃纤维、聚氨酯橡胶、钛酸酯偶联剂、蓖麻油和硫磺充分混合后投入挤出机,经过挤出机进行熔融挤出,在屏蔽层的外侧包覆护套层;
(5)经过步骤(4)得到的阻燃耐火电缆线,缠绕成圈,采用防潮包装,并在干燥环境下进行贮存。
有益效果:与现有的技术相比,本发明的优点包括:
(1)本发明电缆线由绝缘线芯和包裹在其外面的阻燃层、屏蔽层和护套层组成,阻燃层的主成分木质素胺基聚醚多元醇是采用绿色环保的木质素制备得到;护套层配方简单,合理,对电缆线起到很好的保护作用,耐磨损,延长了电缆线的使用寿命。
(2)本发明制备所得阻燃耐火电缆性能优良,拉伸强度49~59MPa,断裂伸长率903%~968%,极限氧指数60%~63%,20℃体积阻抗率9.8×1013~9.9×1013Ω·m,可见,该阻燃耐火电缆产品具有较好的拉伸性能、防火阻燃性和绝缘性。
(3)本发明产品生产用原料价格低廉,环保无污染,无论在生产过程中还是在对废弃电缆线处理过程中都不会产生坏境污染问题。
(4)该阻燃耐火电缆线的制备方法简单,操作方便,可以进行工业化生产。
附图说明
图1为阻燃耐火电缆结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明实施例1~3中的农林废弃物采用杨木屑,按照标准NREL过程进行固体部分纤维素,半纤维素和木质素的组成分析。以质量计算,木质素占比为25.19%。
实施例1
一种阻燃耐火电缆线,包括缆芯和护套层,缆芯由四股绝缘线芯绞合成缆后合成一根多芯电缆;绝缘线芯由导体1以及挤包在导体1外的绝缘层2组成;缆芯外包有一层阻燃层3,在阻燃层3的外侧绕包有屏蔽层4,屏蔽层4外面包裹一层护套层5;阻燃层3、屏蔽层4和护套层5的厚度比为1:0.5:0.1;绝缘层由聚乙烯材料制成;屏蔽层由镀锡铜丝束和高密度纤维纱束组成。
阻燃层由木质素胺基聚醚多元醇45份,635聚醚20份,二氧化硅12份,聚乙二醇10份,氢氧化镁5份,氯丁橡胶7份,阻燃纤维8份,有机过氧化物引发剂2份,硅烷偶联剂KH5503份,有机硅改性丙烯酸胶1份组成;护套层由硅树脂42份,玻璃纤维25份,聚氨酯橡胶10份,钛酸酯偶联剂10份,蓖麻油10份,硫磺5份组成。
木质素胺基聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤:
(1)将100g杨木屑加入300g质量分数为20%的苯磺酸盐,升温至85℃条件下蒸煮,蒸煮3h后冷却至室温,过滤,将滤液加入反应器中;
(2)向反应容器中充入氮气,在氮气环境下加入浓度为20%的甲醇溶液63g和二乙醇胺4.2g,搅拌均匀;
(3)将反应体系温度加热至120℃,然后滴加入二乙醇胺8.4g,继续反应;二乙醇胺的滴加时间为2.0h;所述反应温度为100~150℃;
(4)向反应溶液中加入质量分数为10%硫酸溶液81g,使木质素胺基多元醇析出,离心分离并用去离子水洗涤,取沉淀物,置于50℃的电热鼓风干燥箱中烘干,待用。
上述阻燃耐火电缆线的制备方法,包括以下步骤:
(1)将导线通过束绞合成导体束,经过单螺旋挤出机进行熔融挤出,在自然条件下在导体束外周进行交联,形成若干组电缆芯;
(2)将阻燃层混合料木质素胺基聚醚多元醇45份、635聚醚20份、二氧化硅12份、聚乙二醇10份、氢氧化镁5份、氯丁橡胶7份、阻燃纤维8份、有机过氧化物引发剂2份、硅烷偶联剂KH550 3份和有机硅改性丙烯酸胶1份充分混合后投入单螺杆挤出机进行熔融挤出,在电缆线芯的外侧进行包覆阻燃层;
(3)在绝缘层的外表面包覆一层屏蔽层,然后进入步骤(4);
(4)将护套层混合料硅树脂42份、玻璃纤维25份、聚氨酯橡胶10份、钛酸酯偶联剂10份、蓖麻油10份和硫磺5份充分混合后投入挤出机,经过挤出机进行熔融挤出,在屏蔽层的外侧包覆护套层;
(5)经过步骤(4)得到的阻燃耐火电缆线产品一,缠绕成圈,采用防潮包装,并在干燥环境下进行贮存。
实施例2
一种阻燃耐火电缆线,结构同实施例1。其中,阻燃层由木质素胺基聚醚多元醇50份,635聚醚25份,二氧化硅18份,聚乙二醇15份,氢氧化镁8份,氯丁橡胶10份,阻燃纤维10份,有机过氧化物引发剂2份,硅烷偶联剂KH570 3份,有机硅改性丙烯酸胶1份组成;护套层由硅树脂48份,玻璃纤维30份,聚氨酯橡胶15份,钛酸酯偶联剂15份,蓖麻油10份,硫磺5份组成。
上述木质素胺基聚醚多元醇的制备过程,包括以下步骤:
(1)向1000g杨木屑中加入4000g质量分数为30%的苯磺酸盐,升温至150℃蒸煮5h,蒸煮结束后冷却至室温,过滤,将滤液加入反应器中;
(2)向反应容器中充入氮气,在氮气环境下加入浓度为30%甲醇溶液672g和部分二乙醇胺336g,搅拌均匀;
(3)将反应体系温度加热至150℃,然后滴加入二乙醇胺671g,继续反应;二乙醇胺的滴加时间为4.0h;
(4)向反应溶液中加入质量分数为10%的硫酸溶液1816g,使木质素胺基多元醇析出,离心分离并用去离子水洗涤,取沉淀物,置于50℃的电热鼓风干燥箱中烘干,待用。
采用与实施例1相同的方法制备得到阻燃耐火电缆产品二。
实施例3
一种阻燃耐火电缆线,结构同实施例1。其中,阻燃层由木质素胺基聚醚多元醇48份,635聚醚22份,二氧化硅15份,聚乙二醇14份,氢氧化镁6份,氯丁橡胶7份,阻燃纤维9份,有机过氧化物引发剂2份,硅烷偶联剂KH560 3份,有机硅改性丙烯酸胶1份组成,其中木质素胺基聚醚多元醇采用实施例2中的方法制备得到;护套层由硅树脂45份,玻璃纤维27份,聚氨酯橡胶13份,钛酸酯偶联剂14份,蓖麻油10份,硫磺5份组成。
采用与实施例1相同的方法制备得到阻燃耐火电缆产品三。
对实施例1~3中制备得到的阻燃耐火电缆产品进行拉伸强度、断裂伸长率、极限氧指数和20℃体积阻抗率性能测试,测试结果如表1所示。由表1可知,所得阻燃耐火电缆性能优良,拉伸强度49~59MPa,断裂伸长率903%~968%,极限氧指数60%~63%,20℃体积阻抗率9.8×1013~9.9×1013Ω·m,可见,本发明实施例公开的阻燃耐火电缆产品具有较好的拉伸性能、防火阻燃性和绝缘性;而且产品制备原料价格低廉,环保无污染,无论在生产过程中还是在对废弃电缆线处理过程中都不会产生坏境污染问题。
表1实施例1~3制备得到的产品测试结果