CN113831630B - 一种阻燃电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于电缆技术领域,具体涉及一种阻燃电缆及其制备方法,阻燃电缆包括电缆芯和包覆在电缆芯外侧的阻燃护套,所述阻燃护套包括如下重量份的各组分:乙烯‑醋酸乙烯共聚物60‑80份、线性低密度聚乙烯40‑50份、硅橡胶20‑30份、硅烷偶联剂改性阻燃填料30‑50份、润滑剂1‑3份。本申请的阻燃电缆所用阻燃护套中的阻燃填料为硅烷偶联剂改性阻燃填料,通过硅烷偶联剂的改性,可以在阻燃填料表面接枝有机链段,从而有利于阻燃填料更好地分散于有机体系中,更好地发挥阻燃效果,另外也可以避免因填料粒子的团聚而影响阻燃护套的力学性能,提高阻燃电缆的综合性能。
Description
技术领域
本申请属于电缆技术领域,具体涉及一种阻燃电缆及其制备方法。
背景技术
电缆由单股或多股导线和绝缘层构成,有很多种类型,包括电力电缆、屏蔽电缆、控制电缆、信号电缆、计算机电缆、补偿电缆、同轴电缆、耐火电缆、高温电缆、船用电缆、矿用电缆等等。电缆护套通常采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高分子材料制成,这些高分子材料虽然具有良好的耐腐蚀性能、电绝缘性能、柔韧性、已加工成型,但它们的热导率低,散热效果差,不能及时将热量散发出去。而热量的积聚很容易造成火灾事故,造成生命和财产损失。
中国专利文献CN 107163418 A公开了一种电缆料及其制备方法和应用,该电缆料中以三元乙丙橡胶和乙烯-醋酸乙烯共聚物作为主体树脂组分,通过添加由氢氧化铝和/或氢氧化镁组成的无机阻燃填料改善电缆料的阻燃性能。虽然无机阻燃填料的加入可以在一定程度上改善电缆料的阻燃效果,但直接将无机填料加入有机体系中会导致分散效果差,可能还会对电缆料的力学性能造成不利影响。
在此基础上,有必要对阻燃电缆护套中阻燃填料的加入方式进行改进,提高阻燃填料的分散情况,改善阻燃效果,并减少其对电缆护套力学性能的影响,获得综合性能更优的阻燃电缆。
发明内容
为了解决上述问题,本申请公开了一种阻燃电缆及其制备方法,该阻燃电缆的阻燃护套中的阻燃填料为硅烷偶联剂改性阻燃填料,通过硅烷偶联剂的改性,可以在阻燃填料表面接枝有机链段,从而有利于阻燃填料更好地分散于有机体系中,更好地发挥阻燃效果,另外也可以避免因填料粒子的团聚而影响阻燃护套的力学性能,提高阻燃电缆的综合性能。
第一方面,本申请提供一种阻燃电缆,采用如下的技术方案:
一种阻燃电缆,包括电缆芯和包覆在电缆芯外侧的阻燃护套,所述阻燃护套包括如下重量份的各组分:乙烯-醋酸乙烯共聚物60-80份、线性低密度聚乙烯40-50份、硅橡胶20-30份、硅烷偶联剂改性阻燃填料30-50份、润滑剂1-3份。
优选地,上述硅烷偶联剂改性阻燃填料中,阻燃填料包括如下重量份的各组分:壳聚糖5-10份、磷酸二氢镁15-25份、硼酸锌2-5份。
优选地,上述硅烷偶联剂改性阻燃填料的制备方法为:将壳聚糖溶于甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将硅烷偶联剂分散于乙醇水溶液中,然后加入磷酸二氢镁和硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.5-1小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.1-0.5小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物,真空干燥,研磨至一定细度,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料。
优选地,上述硅烷偶联剂的用量为阻燃填料总质量的5-15%。
优选地,上述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、抗静电偶联剂中的一种或几种。
优选地,上述抗静电偶联剂的结构式为:
所述抗静电偶联剂的制备方法为:
(1)将15-十六烯-1-胺加入反应釜内,将反应釜抽真空,并通入氮气多次,排尽反应釜内的空气,然后加入环氧乙烷,将反应釜密闭,搅拌加热至180-190℃,保温反应至反应釜内压力降至常压,之后继续反应30分钟,降温出料得到产物A,15-十六烯-1-胺与环氧乙烷的摩尔比为1:2.1-2.5,反应方程式为:
(2)将产物A溶于乙醇,加入反应釜内,并加入三乙氧基硅烷,二者摩尔比为1:1,并加入20-30ppm的Pt-PMVS催化剂,搅拌下加热至85℃反应8小时,之后压滤去除催化剂,蒸馏出乙醇,即得到抗静电偶联剂,反应方程式为:
优选地,上述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种。
优选地,上述线性低密度聚乙烯的熔融指数为3-6g/10min。
优选地,上述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或两种。
第二方面,本申请提供一种阻燃电缆的制备方法,采用如下的技术方案:
一种阻燃电缆的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料、润滑剂加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
本申请具有如下的有益效果:
(1)本申请的阻燃电缆所用阻燃护套中的阻燃填料为硅烷偶联剂改性阻燃填料,通过硅烷偶联剂的改性,可以在阻燃填料表面接枝有机链段,从而有利于阻燃填料更好地分散于有机体系中,更好地发挥阻燃效果,另外也可以避免因填料粒子的团聚而影响阻燃护套的力学性能,提高阻燃电缆的综合性能。
(2)本申请的硅烷偶联剂改性阻燃填料中,采用壳聚糖、磷酸二氢钠和硼酸锌复配获得阻燃填料,其阻燃效果优于采用其中一种或两种成分的情况,有助于获得更好的阻燃性能;另外,由于壳聚糖中含有大量的羟基和氨基,可以在一定程度上提高电缆护套的抗静电效果。
(3)本申请用硅烷偶联剂将壳聚糖、磷酸二氢钠和硼酸锌在溶液中共同改性,之后在碱性条件下沉淀析出,有利于三种组分在溶液改性条件下更加均匀地分散,而且通过沉淀析出和静置陈化,有利于获得粒径更小、更加均匀的填料颗粒,优化磷酸二氢钠和硼酸锌在壳聚糖体系中的分布,更好地发挥阻燃功效,而且,改性过程中可能会形成壳聚糖磷酸盐等,有利于进一步优化阻燃效果。
(4)本申请的硅烷偶联剂改性阻燃填料中所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、抗静电偶联剂中的一种或几种,可以很好地提高填料在有机体系中的分散均匀性,而且其中的抗静电偶联剂中具有与N,N-二乙醇基十八烷胺抗静电剂类似的结构,其长碳链有助于提高与阻燃护套的树脂体系之间的相容性,羟乙基结构分布于护套的表面,起到良好的抗静电作用,避免电缆在生产、运输、使用过程中因静电积聚造成危害。
具体实施方式
现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。
硅烷偶联剂改性阻燃填料A:
将5份壳聚糖溶于80份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将1.1份硅烷偶联剂KH-550分散于200份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入15份磷酸二氢镁和2份硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.5小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.2小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料A。
硅烷偶联剂改性阻燃填料B:
将10份壳聚糖溶于160份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将6份硅烷偶联剂KH-560分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入25份磷酸二氢镁和5份硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌1小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.5小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料B。
硅烷偶联剂改性阻燃填料C:
将7份壳聚糖溶于100份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将3.1份硅烷偶联剂KH-570分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入20份磷酸二氢镁和4份硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.7小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.3小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料C。
硅烷偶联剂改性阻燃填料D:
将7份壳聚糖溶于100份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将3.1份抗静电偶联剂分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入20份磷酸二氢镁和4份硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.7小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.3小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料D。
硅烷偶联剂改性阻燃填料E:
将3.1份硅烷偶联剂KH-570分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入23份磷酸二氢镁和8份硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液,40℃下搅拌0.7小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.3小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料E。
硅烷偶联剂改性阻燃填料F:
将7份壳聚糖溶于100份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将3.1份硅烷偶联剂KH-570分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入24份硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.7小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.3小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料F。
硅烷偶联剂改性阻燃填料G:
将7份壳聚糖溶于100份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将3.1份硅烷偶联剂KH-570分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,然后加入24份磷酸二氢镁,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.7小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.3小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料G。
改性阻燃填料H:
将7份壳聚糖溶于100份甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将20份磷酸二氢镁和4份硼酸锌分散于300份乙醇水溶液(乙醇的质量百分比为80%)中,搅拌均匀得到混合液;将壳聚糖溶液加入混合液中,40℃下搅拌0.7小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.3小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物各三次,真空干燥,研磨至粒径达到1μm以下,得到改性阻燃填料H。
阻燃填料I:
7份壳聚糖、20份磷酸二氢镁、4份硼酸锌。
实施例和对比例所用线性低密度聚乙烯的熔融指数为4g/10min。
实施例1:
各组分及用量:60份乙烯-醋酸乙烯共聚物、40份线性低密度聚乙烯、20份甲基乙烯基硅橡胶、30份硅烷偶联剂改性阻燃填料A、1份硬脂酸锌。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料A、硬脂酸锌加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
实施例2:
各组分及用量:80份乙烯-醋酸乙烯共聚物、50份线性低密度聚乙烯、30份甲基乙烯基硅橡胶、50份硅烷偶联剂改性阻燃填料B、3份硬脂酸钙。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料B、硬脂酸钙加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
实施例3:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份硅烷偶联剂改性阻燃填料C、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料C、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
实施例4:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份硅烷偶联剂改性阻燃填料D、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料D、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
对比例1:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份硅烷偶联剂改性阻燃填料E、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料E、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
对比例2:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份硅烷偶联剂改性阻燃填料F、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料F、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
对比例3:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份硅烷偶联剂改性阻燃填料G、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料G、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
对比例4:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份改性阻燃填料H、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、改性阻燃填料H、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
对比例5:
各组分及用量:70份乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份线性低密度聚乙烯、25份甲基乙烯基硅橡胶、40份阻燃填料I、2份聚乙烯蜡。
制备方法:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、阻燃填料I、聚乙烯蜡加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
对实施例1-4和对比例1-5所制备的阻燃电缆料进行性能测试,测试结果见表1。
表1
从表1可以看出,本申请实施例1-4所制备的阻燃电缆料的抗拉强度达到21.2MPa以上,同时,断裂伸长率达到307%以上,氧指数达到35%以上,阻燃效果优异,体积电阻率在3.8×1010Ω·m以下,实施例4中由于采用了抗静电偶联剂对阻燃填料进行改性,体积电阻率达到了1.2×106Ω·m,具有良好的抗静电效果。从对比例1可以看出,当对比例1所用的硅烷偶联剂改性阻燃填料E中未添加壳聚糖时,氧指数下降至35%,阻燃效果变差,可能是由于缺乏了壳聚糖的协同作用,导致阻燃效果下降,另外,由于未添加含有大量羟基和氨基的壳聚糖,对比例1的体积电阻率也上升至2.5×1012Ω·m。从对比例2和对比例3可以看出,当对比例2所用的硅烷偶联剂改性阻燃填料F中未添加磷酸二氢镁时,对比例2的氧指数下降至34%,当对比例3所用的硅烷偶联剂改性阻燃填料G中未添加硼酸锌时,对比例3的氧指数下降至36%,由此可以看出,壳聚糖、磷酸二氢镁和硼酸锌三者在阻燃方面具有协同增效作用,三者同时添加有助于获得更好的阻燃效果。从对比例4可以看出,当对比例4中的阻燃填料未采用硅烷偶联剂进行改性时,所制备的阻燃电缆料的抗拉强度和断裂伸长率都下降明显,氧指数也有所下降,这可能是由于未改性的阻燃填料分散均匀性较差导致的。从对比例5可以看出,当对比例5中的阻燃填料是未进行任何处理的壳聚糖、磷酸二氢镁和硼酸锌时,所制备阻燃电缆料的氧指数进一步下降到32%。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种阻燃电缆,包括电缆芯和包覆在电缆芯外侧的阻燃护套,其特征在于:所述阻燃护套包括如下重量份的各组分:乙烯-醋酸乙烯共聚物60-80份、线性低密度聚乙烯40-50份、硅橡胶20-30份、硅烷偶联剂改性阻燃填料30-50份、润滑剂1-3份;
所述硅烷偶联剂改性阻燃填料中,阻燃填料包括如下重量份的各组分:壳聚糖5-10份、磷酸二氢镁15-25份、硼酸锌2-5份;
所述硅烷偶联剂改性阻燃填料的制备方法为:将壳聚糖溶于甲磺酸中,得到壳聚糖溶液;将硅烷偶联剂分散于乙醇水溶液中,然后加入磷酸二氢镁和硼酸锌,搅拌均匀得到硅烷偶联剂混合液;将壳聚糖溶液加入硅烷偶联剂混合液中,40℃下搅拌0.5-1小时,降至室温;用pH调节剂调节溶液的pH至弱碱性使沉淀析出,然后继续搅拌0.1-0.5小时,静置陈化,过滤得到沉淀物,分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀物,真空干燥,研磨至一定细度,得到硅烷偶联剂改性阻燃填料。
2.如权利要求1所述的阻燃电缆,其特征在于:所述硅烷偶联剂的用量为阻燃填料总质量的5-15%。
3.如权利要求1所述的阻燃电缆,其特征在于:所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的阻燃电缆,其特征在于:所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的阻燃电缆,其特征在于:所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为3-6 g/10min。
6.如权利要求1所述的阻燃电缆,其特征在于:所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或两种。
7.一种如权利要求1所述的阻燃电缆的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)制备电缆芯;
(2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、硅橡胶、硅烷偶联剂改性阻燃填料、润滑剂加入挤出机中混炼、挤出、造粒,得到阻燃电缆料;
(3)将阻燃电缆料于电缆挤出生产线上挤出包覆于电缆芯外侧,得到阻燃电缆。
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