CN112552057A - 耐火材料以及由其制作耐火包覆层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐火材料以及由其制作耐火包覆层的方法，其中，绝缘耐火材料，包括第一原料和第二原料；构成第一原料的物质及重量份数为：二氧化硅砾石20‑30份；二氧化硅砂砾20‑30份；石英颗粒10‑20份；二氧化硅粉末10‑20份；矿石原料阻燃剂10‑20份；玻璃微珠1‑10份；第二原料包括按照以下顺序添加到第一原料的物质：无溶剂自熄型树脂，重量为第一原料重量的10‑20%；无溶剂自熄型硬化脂，重量为无溶剂自熄型树脂重量的20‑40%；无溶剂自熄型粘合剂，重量为无溶剂自熄型硬化脂重量的1‑10%；耐热熔性染色剂，重量为第一原料、无溶剂自熄型树脂、无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂重量总和的0.1‑1%。本发明的耐火材料耐火性能好，材料自身强度高，造价低，市场广阔。

Description

耐火材料以及由其制作耐火包覆层的方法

技术领域

本发明涉及电力输送领域，具体为一种耐火材料以及由其制作耐火包覆层的方法。

背景技术

现代高层建筑和大型的车间需要巨大的电能，而面对这庞大负荷所需成百上千安培的强大电流就要选用安全可靠的传导设备，母线系统便是很好的选择。母线槽系统是一个高效输送电流的配电装置，尤其适应了越来越高的建筑物和大规模工厂经济合理配线的需要。

浇注母线作为高防护等级的母线，具有防水、防火、防腐及防爆的功能，可应用于户外、电缆沟、沿海地区和含可燃性气体粉尘的环境。

目前在国内市场上用于耐火的电气产品，以母线槽为例，主要分为普通耐火母线槽、树脂浇注式耐火母线槽和火山岩耐火母线槽三种。下面按照耐火方式的不同、材料和功能几个方面进行如下分析。

（一）普通耐火母线槽和树脂浇注母线槽

普通耐火母线槽是普通密集母线或空气母线槽，外包10-20公分的耐高温防火石棉，再外包钢板外壳，壳体外喷涂防火涂料，实现耐火性能，称为普通耐火母线槽。

浇注式耐火母线是采用浇注式母线外包20公分左右的防火石棉或防火板，也有的生产厂家再加一层金属外壳加涂防火涂料，实现耐火性能。

以上两种耐火母线槽的特性是靠防火石棉（高硅酸棉）来实现耐火性能。如果要保证180分钟的耐火时间（根据《母线干线系统（母线槽）阻燃、防火、耐火性能的试验方法》和IEC60331，的有关规定），外包石棉的厚度就需要20公分以上，但由于耐火材料的特性，热能无法散发，在同等的电流、同等温升的条件下，导体需要加大3-4倍，造价高、体积大。有些厂家因为成本比价格因素，选用普通母线的导体规格或接近于普通母线槽的导体规格，使得所生产的“耐火母线槽”的载流能力只有符合规定的普通母线槽的25%-30%左右，造成设备无法正常工作。

还有些厂家外包石棉层没有达到一定的厚度，耐火时间达不到，耐火时间只有20-30分钟。其实浇注母线按GA/T 537-2005.4.3.2试验，供火10分钟左右，测试灯灭已短路，拿出炉时浇注的树脂受火部位全部熔化，只剩铜排。以上这两类的产品，实际上难以达到使用要求。

（二）火山岩耐火母线槽

火山岩耐火母线槽的浇注采用混合材料，其占比70%以上的矿物质原料是火山岩颗粒材料，粒径规格范围在0.1mm-3mm之间。

由于火山岩（Effusive rock）材料是由火山喷发时喷出地表的岩浆冷却凝固而成的岩石，所以火山岩中含有丰富的金属矿物质，如钠、镁、铝、硅、锰、铁等。如果要将火山岩材料用做电气产品的绝缘浇注材料，比如母线槽，必须要去除火山岩中导电的金属成分，使得硅含量达到95%以上，目前的火山岩石去金属杂质的工艺主要是酸洗、除铁器（罐）除铁和分筛等，这些去除铁杂质的工艺过程耗时费力，也不环保（如酸洗工艺），使得符合要求的火山岩原料的价格非常高，进而提高了火山岩母线的成本，市场适应性不好。更重要的是，铁杂质去除工艺不可控，去除不彻底，浇注后的成品母线槽产品时有击穿事故发生，潜在危害性较大。

此外，由于火山岩矿物是火山喷发时喷出岩浆冷却后形成，所以火山岩矿物多具有气孔和流纹等构造，集中应力很难释放。一旦遇到急速热胀冷缩的工艺条件，由火山岩矿物浇注的电气绝缘体（如母线槽），很容易开裂。按照国家耐火母线槽权威试验检测部门，天津消防局的试验检测标准（IEC 60439-2：2000 ），母线槽受试件，需要在180分钟1000摄氏度的耐火试验后，带电喷淋15分钟，在这种热胀冷缩的条件下，以火山岩矿物为主的电气产品浇注绝缘层发生开裂，所有的火山岩矿物母线都没有通过该试验检测。

由此可见，提供一种耐火性能好、材料自身强度高、造价低的耐火电气产品, 是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐火材料以及由其制作耐火包覆层的方法，以解决现有技术中材料耐火性能差、强度低和造价高的问题。

为实现上述目的，本发明提供的绝缘耐火材料，包括第一原料和第二原料，二者混合制得，其中，构成第一原料的物质及重量份数为：

二氧化硅砾石20-30份；二氧化硅砂砾20-30份；石英颗粒10-20份；二氧化硅粉末10-20份；矿石原料阻燃剂10-20份；玻璃微珠1-10份；

第二原料包括按照以下顺序添加到第一原料的物质：

无溶剂自熄型树脂，重量为第一原料重量的10-20%；

无溶剂自熄型硬化脂，重量为无溶剂自熄型树脂重量的20-40%；

无溶剂自熄型粘合剂，重量为无溶剂自熄型硬化脂重量的1-10%；

耐热熔性染色剂，重量为第一原料、无溶剂自熄型树脂、无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂重量总和的0.1-1%。

优选的，第一原料中每种物质的含水量均小于自身重量的0.1%。

优选的：

第一原料中含有SiO2的重量大于第一原料总重量的97%；

第一原料中含有Fe2O3的重量小于第一原料总重量的1%；

第一原料中含有Al2O3的重量为小于第一原料总重量的2%。

优选的，无溶剂自熄型树脂的规格参数为：

粘稠度：清液；

颜色：透明；

加德纳颜色指标: 0-3.00；

环氧值:5.4-5.8eq/kg；

25摄氏度的黏度：800-1400 mPa.s。

优选的，无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂的规格参数为：

粘稠度：清液；

颜色：棕色；

加德纳颜色指标: 0-12.00；

环氧值:9.3-10.3eq/kg；

25摄氏度的黏度：800- 1400mPa。

本发明还提供了一种耐火包覆层的制作方法，采用上述的绝缘耐火材料制成，包括以下步骤：

将第一原料和第二原料中的物质按照重量由大到小的顺序依次加入到混合罐中并搅拌；

搅拌完成后放料浇注，养成浇注体。

优选的，每种物质加入后将混合罐静置2分钟，向混合罐填料的时间间隔为5分钟。

优选的，混合罐的转速为： 40转/分钟以下。

优选的，浇注体养成环境应为：25摄氏度恒温、恒湿、无尘，养成期间可人工刷除浇注体表面的气泡。

优选的，搅拌的同时应进行脱泡作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的产品是采用多种以二氧化硅成分为主的非金属矿物质材料与多种化学材料在指定工艺条件下的物理性合成，作为电气产品导体的浇注原料。其中非金属矿物质材料耐火温度高于1500摄氏度，多种粒径的非金属无机矿物质原料经无溶剂自熄型树脂、硬化脂、粘合剂等少量化学原料均匀搅拌合成，并与玻璃微珠等矿物质原料充分混合；

合成过程是在指定的温、湿度条件下，按照每种原料的特性依次加入、搅拌结合，是一个材料特性累加的过程，浇注完成后，包裹、覆盖电气产品的导体外周，最后形成一个封闭型电气产品，例如母线；

2、多种原料的合成形成了逐层阻燃、分层防火的阻燃防火特性；合成浇注料结构紧密、强度功能累加，由于所有绝缘材料的耐火温度均高于1500摄氏度以上，使得合成的浇注料耐火温度在1200摄氏度左右；

由于合成材料形成了特殊的组合结构，又因为矿物质原料的晶间结构特点，使得导体本体散热性能优越，符合耐火试验的相关标准；而矿物质材料本身的绝缘特性，使得单支标准组件的绝缘电阻超过10GΩ；

3、本发明的产品不需要任何包裹物和防护外壳；

以母线为例，体积不到现有耐火母线槽的三分之一，价格也只有包裹耐火石棉和金属防护外壳的耐火母线槽的一半左右，可在同等电流、同等温升、同等耐火时间的基础上长期满负荷运行。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供了一种绝缘耐火材料，包括第一原料和第二原料；第一原料为固体矿物质颗粒状原料，第二原料为流体状化学原料，具体有：

构成第一原料的物质及重量份数为：

二氧化硅砾石20-30份；二氧化硅砂砾20-30份；石英颗粒10-20份；二氧化硅粉末10-20份；矿石原料阻燃剂10-20份；玻璃微珠1-10份；

本发明中，二氧化硅砾石和二氧化硅砂砾均为石英矿石，其中，二氧化硅砾石为直径大于2mm小于3.5mm的磨圆颗粒；二氧化硅砂砾为直径大于0.5mm小于1.5mm的角形颗粒和圆形颗粒混合；

石英颗粒为含水晶石英颗粒；二氧化硅粉末为硅微粉，硅含量98.5%，过400目筛网；矿石原料阻燃剂是由天然阻燃矿石材料组成的阻燃组合物；玻璃微珠由硼硅酸盐原料加工而成，粒度为10-250微米，壁厚1-2微米；

第二原料包括按照以下顺序添加到第一原料的物质：

无溶剂自熄型树脂，重量为第一原料重量的10-20%；

无溶剂自熄型硬化脂，重量为无溶剂自熄型树脂重量的20-40%；

无溶剂自熄型粘合剂，重量为无溶剂自熄型硬化脂重量的1-10%；

耐热熔性染色剂，重量为第一原料、无溶剂自熄型树脂、无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂重量总和的0.1-1%。

第一原料中每种物质的含水量均小于自身重量的0.1%。

第一原料中含有SiO2的重量大于第一原料总重量的97%；

第一原料中含有Fe2O3的重量小于第一原料总重量的1%；

第一原料中含有Al2O3的重量为小于第一原料总重量的2%。

无溶剂自熄型树脂的规格参数为：

粘稠度：清液；

颜色：透明；

加德纳颜色指标: 0-3.00；

环氧值:5.4-5.8eq/kg；

25摄氏度黏度：800-1400 mPa.s。

无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂的规格参数为：

粘稠度：清液；

颜色：棕色；

加德纳颜色指标: 0-12.00；

环氧值:9.3-10.3eq/kg；

25摄氏度黏度：800- 1400mPa。

本发明优选实施方式中，提供一种绝缘耐火材料配比方案。

该方案第一原料的物质及重量百分比为：

二氧化硅砾石26%；二氧化硅砂砾22%；石英颗粒18%；二氧化硅粉末15%；矿石原料阻燃剂15%；玻璃微珠4%；

第二原料包括按照以下顺序添加到第一原料的物质：

无溶剂自熄型树脂，重量为第一原料重量的15%；

无溶剂自熄型硬化脂，重量为无溶剂自熄型树脂重量的30%；

无溶剂自熄型粘合剂，重量为无溶剂自熄型硬化脂重量的2%；

耐热熔性染色剂，重量为第一原料、无溶剂自熄型树脂、无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂重量总和的0.2%。

本发明还提供了一种耐火包覆层的制作方法，采用上述的绝缘耐火材料制成，包括以下步骤：

将第一原料和第二原料中的物质按照重量由大到小的顺序依次加入到混合罐中并搅拌；

搅拌完成后放料浇注，养成浇注体。

原料的添加方法和搅拌方法为：每种物质加入后将混合罐静置2分钟，向混合罐填料的时间间隔为5分钟。

混合罐的转速为： 40转/分钟以下。

浇注体养成环境应为：25摄氏度恒温、恒湿、无尘，养成期间可人工刷除浇注体表面的气泡。搅拌的同时应进行脱泡作业。

本发明的方法可以制成多种电气产品，所制成的电气产品包括而不仅限于耐火封闭母线槽、耐火绝缘子、耐火电加热管、耐火穿墙套管。下面给出本发明耐火母线槽的制作方法，作为其中一种电气产品的示例。

将无溶剂自熄型硬化脂、无溶剂自熄型硬化剂、无溶剂自熄型粘合剂分别在恒定温度容器内储存，浇注工作开始前泵送至准备罐加温至45摄氏度；

裸母线铜排预制在高分子模具内固定，在不低于25摄氏度的室内放置4小时以上，固体矿物质原料经气流输送、流体原料经泵送至混合罐；

以流量及时间为参数控制各料合成比例，各物质按照比重由大到小的次序依次、分别进入混合罐，每物质进罐后需静置2分钟、低转速（40转/分钟以下）搅拌3分钟，最后一种物质入罐后搅拌3分钟后，即可放料浇注；

通过搅拌使第一、第二原料中的各物质充分混合，通过混合形成合成浇注料，在搅拌的同时应进行脱泡作业；

浇注过程确保合成浇注料对每根裸母线铜排完全包裹/覆盖，各母线铜排之间被合成浇注料相间隔开，按模具容积浇注完成后，另按模具容积的5%加料，以备成型过程中由于温度下降导致合成浇注料体积缩减；

浇注形成浇注体，浇注体养成环境应为25摄氏度恒温、恒湿、无尘，养成期间依靠浇注体自身重量排出剩余的气泡，并释放应力，养成期间可人工刷除浇注体表面气泡；

上述第一、第二原料的各物质在准备、输送及合成过程中须在封闭环境中进行，整个浇注生产环境温度不低于25摄氏度、湿度不高于30%，与合成浇注料有接触的工作人员需着全身工作服及口鼻面具；

完成每批次连续浇注合成浇注料作业后，需制备20公分长、5公分直径的试料棒3根，检测密度、扰度、剪切力、绝缘强度后存档备查；

浇注作业完成后，可以在不同温度的条件下完成母线槽成型过程，25摄氏度需6小时，30摄氏度需4小时，温度不超过30摄氏度。

下表是本申请材料制作的耐火母线槽的性能参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的产品是采用多种以二氧化硅成分为主的非金属矿物质材料与多种化学材料在指定工艺条件下的物理性合成，作为电气产品导体的浇注原料。其中非金属矿物质材料耐火温度高于1500摄氏度，多种粒径的非金属无机矿物质原料经无溶剂自熄型树脂、硬化脂、粘合剂等少量化学原料均匀搅拌合成，并与玻璃微珠等矿物质原料充分混合；

合成过程是在指定的温、湿度条件下，按照每种原料的特性依次加入、搅拌结合，是一个材料特性累加的过程，浇注完成后，包裹、覆盖电气产品的导体外周，最后形成一个封闭型电气产品，例如母线；

2、多种原料的合成形成了逐层阻燃、分层防火的阻燃防火特性；合成浇注料结构紧密、强度功能累加，由于所有绝缘材料的耐火温度均高于1500摄氏度以上，使得合成的浇注料耐火温度在1200摄氏度左右；

由于合成材料形成了特殊的组合结构，又因为矿物质原料的晶间结构特点，使得导体本体散热性能优越，符合耐火试验的相关标准；而矿物质材料本身的绝缘特性，使得单支标准组件的绝缘电阻超过10GΩ；

3、本发明的产品不需要任何包裹物和防护外壳；

以母线为例，体积不到现有耐火母线槽的三分之一，价格也只有包裹耐火石棉和金属防护外壳的耐火母线槽的一半左右，可在同等电流、同等温升、同等耐火时间的基础上长期满负荷运行。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.绝缘耐火材料，其特征在于，包括第一原料和第二原料；

构成第一原料的物质及重量份数为：

二氧化硅砾石20-30份；二氧化硅砂砾20-30份；石英颗粒10-20份；二氧化硅粉末10-20份；矿石原料阻燃剂10-20份；玻璃微珠1-10份；

第二原料包括按照以下顺序添加到第一原料的物质：

无溶剂自熄型树脂，重量为第一原料重量的10-20%；

无溶剂自熄型硬化脂，重量为无溶剂自熄型树脂重量的20-40%；

无溶剂自熄型粘合剂，重量为无溶剂自熄型硬化脂重量的1-10%；

耐热熔性染色剂，重量为第一原料、无溶剂自熄型树脂、无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂重量总和的0.1-1%。

2.根据权利要求1所述的绝缘耐火材料，其特征在于，第一原料中每种物质的含水量均小于自身重量的0.1%。

3.根据权利要求1所述的绝缘耐火材料，其特征在于：

第一原料中含有SiO2的重量大于第一原料总重量的97%；

第一原料中含有Fe2O3的重量小于第一原料总重量的1%；

第一原料中含有Al2O3的重量为小于第一原料总重量的2%。

4.根据权利要求1所述的绝缘耐火材料，其特征在于，无溶剂自熄型树脂的规格参数为：

粘稠度：清液；

颜色：透明；

加德纳颜色指标: 0-3.00；

环氧值:5.4-5.8eq/kg；

25摄氏度的黏度：800-1400 mPa.s。

5.根据权利要求1所述的绝缘耐火材料，其特征在于，无溶剂自熄型硬化脂和无溶剂自熄型粘合剂的规格参数为：

粘稠度：清液；

颜色：棕色；

加德纳颜色指标: 0-12.00；

环氧值:9.3-10.3eq/kg；

25摄氏度的黏度：800-1400mPa。

6.耐火包覆层的制作方法，采用如权利要求1-5项任一项的绝缘耐火材料制成，其特征在于，包括以下步骤：

将第一原料和第二原料中的物质按照重量由大到小的顺序依次加入到混合罐中并搅拌；

搅拌完成后放料浇注，养成浇注体。

7.根据权利要求6所述的耐火包覆层的制作方法，其特征在于，每种物质加入后将混合罐静置2分钟，向混合罐填料的时间间隔为5分钟。

8.根据权利要求6所述的耐火包覆层的制作方法，其特征在于，混合罐的转速为： 40转/分钟以下。

9.根据权利要求6所述的耐火包覆层的制作方法，其特征在于，浇注体养成环境应为：25摄氏度恒温、恒湿、无尘，养成期间可人工刷除浇注体表面的气泡。

10.根据权利要求6所述的耐火包覆层的制作方法，其特征在于，搅拌的同时应进行脱泡作业。