CN114420360B - 松套层绞式煤矿用阻燃电缆 - Google Patents

松套层绞式煤矿用阻燃电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了松套层绞式煤矿用阻燃电缆，属于电缆技术领域，包括导体，导体外层设置有松套层，导体和松套层组成一组线芯，六组线芯内部设置有加强芯，六组线芯外部设置有芳纶纱层，线芯和芳纶纱层之间设置有填充绳，芳纶纱层外部设置有内护套，内护套外层设置有涂塑钢带层，涂塑钢带层外部设置有外护套，外护套由耐火硅橡胶材料制成；其中，耐火硅橡胶材料由以下步骤制成：将硅橡胶、天然橡胶、防老剂DTPD、耐热填充料搅拌均匀，混炼，挤出，造粒，得到耐火硅橡胶材料，本发明通过在硅橡胶材料中加入耐热填充料，使电缆具有较高的阻燃性能和耐漏电起痕性能。

Description

松套层绞式煤矿用阻燃电缆
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种松套层绞式煤矿用阻燃电缆。
背景技术
煤炭工业逐渐朝着现代化的方向发展，其重要标志就是电缆线路逐渐增长，这也带来了很多安全隐患。煤矿中的煤炭是可燃物，且许多煤矿存在瓦斯(易燃易爆)，因此容易发生瓦斯爆炸或者火灾，进而将电缆烧毁，造成火灾危险等级升高，电缆烧穿后还有可能引发触电危险，对煤矿带来不可预期的严重后果，且增加了救援难度，因此煤矿电缆通常需要具有阻燃性。
而现有的煤矿用电缆阻燃性能差，且随着粉尘的堆积，污秽闪络与漏电起痕破坏严重影响煤矿用电缆的安全性，现有的耐漏电起痕剂添加量大，与硅橡胶相容性差和功能单一等缺点，因此，提供一种具有耐漏电起痕的煤矿用阻燃电缆是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种松套层绞式煤矿用阻燃电缆，以解决背景技术中的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
松套层绞式煤矿用阻燃电缆，包括导体，导体外层设置有松套层，导体和松套层组成一组线芯，六组线芯内部设置有加强芯，六组线芯外部设置有芳纶纱层，线芯和芳纶纱层之间设置有填充绳，芳纶纱层外部设置有内护套，内护套外层设置有涂塑钢带层，涂塑钢带层外部设置有外护套，外护套由耐火硅橡胶材料制成；
进一步地，耐火硅橡胶材料由以下步骤制成：
第一步、准备以下重量份原料：硅橡胶90-100份、天然橡胶10-15份、防老剂DTPD1-2份、耐热填充料5-8份；
第二步、按配方比例称取各组原料，将称取的各组原料置于高速混合机中搅拌均匀，混炼，经双螺杆机挤出，造粒，得到耐火硅橡胶材料。
进一步地，耐热填充料由以下步骤制成：
步骤A1、将六方氮化硼置于三口烧瓶中，加入浓度5mol/L的氢氧化钠溶液，升温至回流反应6-8h，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，再于90℃下干燥至恒重，得到中间产物1，六方氮化硼、氢氧化钠溶液的用量比为5g：50mL；
步骤A2、将KH-550、无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：1：3混合均匀，并于30℃下水解30min得到水解液，将水解液加入装有球形氧化铝的高速混合机中，110℃搅拌混合6-8h，过滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到改性氧化铝，水解液和球形氧化铝的用量比为50mL：5g；
步骤A3、将中间产物1和改性氧化铝分别超声分散于无水乙醇中，将两种分散液混合，转速100-150r/min搅拌混合4-6h，过滤，滤饼于110℃下干燥至恒重，得到组合填料，中间产物1和改性氧化铝的质量比为1：2；
步骤A4、将组合填料置于质量分数40％的乙醇溶液中，加入脲基偶联剂，搅拌反应4-6h，转速1000r/min条件下离心5-10min，沉淀洗涤，100℃下干燥至恒重，得到耐热填充料，组合填料、乙醇溶液和脲基偶联剂的用量比为4-5g：100-120mL：1.2-1.4g。
进一步地，脲基偶联剂由以下步骤制成：
步骤B1、将4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶和1，4-二氧六环加入三口烧瓶中，室温搅拌3min后，加入烯丙基异氰酸酯，回流反应24h，旋蒸去除1，4-二氧六环，得到脲基受阻胺化合物；其中4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶、1，4-二氧六环、烯丙基异氰酸酯的用量比为0.05mol：68.5-74.2mL：0.05mol，利用4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶的-NH2和烯丙基异氰酸酯的-NCO反应化学反应得到脲基受阻胺化合物；
步骤B2、在氮气保护下，将脲基受阻胺化合物和甲苯混合，升温至50℃，加入Karstedt催化剂，搅拌反应30-60min，加入3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅，升温至70℃，搅拌反应24h，冷却后抽滤，滤液旋蒸去除甲苯，得到脲基偶联剂，脲基受阻胺化合物、甲苯、Karstedt催化剂和3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅的用量比为6g：200mL：0.2mL：4.5-4.8g，在Karstedt催化剂的作用下，使脲基受阻胺化合物与3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅发生硅氢加成反应得到脲基偶联剂。
本发明的有益效果：
本发明为了克服现有煤矿用阻燃电缆阻燃性能差的问题，提供了一种松套层绞式煤矿用阻燃电缆，该阻燃电缆的外护套由耐火硅橡胶材料制成，兼具高导热性能和高阻燃性能，主要归因于本发明在耐火硅橡胶材料加入了耐热填充料，该材料为六方氮化硼和氧化铝复合材料，其中六方氮化硼热容大，能够吸收较大热量，在高温下才开始分解，具有延缓降解的作用，将其加入橡胶材料中能够提高材料的耐火性能，并且氧化铝也具有较高的分解温度，能够与六方氮化硼协同发挥阻燃效应，该耐热填充料为脲基偶联剂改性后的填料，表面含有硅氧键、脲基、受阻胺和氟甲基，与橡胶基体具有较高的相容性同时还具有疏水作用，脲基偶联剂还起到耐漏电起痕的作用，可以提高硅橡胶的热分解温度及质量残余量，在材料表面形成较为致密的陶瓷层，抑制电痕的发生和发展，增强阻燃效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明松套层绞式煤矿用阻燃电缆的结构示意图；
图中：1、导体；2、松套层；3、加强芯；4、芳纶纱层；5、内护套；6、涂塑钢带层；7、外护套；8、填充绳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种耐热填充料，由以下步骤制成：
步骤A1、将5g六方氮化硼置于三口烧瓶中，加入50mL浓度5mol/L的氢氧化钠溶液，升温至回流反应6h，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，再于90℃下干燥至恒重，得到中间产物1；
步骤A2、将KH-550、无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：1：3混合均匀，并于30℃下水解30min得到水解液，将50mL水解液加入装有5g球形氧化铝的高速混合机中，110℃搅拌混合6h，过滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到改性氧化铝；
步骤A3、将中间产物1和改性氧化铝分别超声分散于无水乙醇中，将两种分散液混合，转速100r/min搅拌混合6h，过滤，滤饼于110℃下干燥至恒重，得到组合填料，中间产物1和改性氧化铝的质量比为1：2；
步骤A4、将4g组合填料置于100mL质量分数40％的乙醇溶液中，加入1.2g脲基偶联剂，搅拌反应4h，转速1000r/min条件下离心5min，沉淀洗涤，100℃下干燥至恒重，得到耐热填充料。
所述脲基偶联剂由以下步骤制成：
步骤B1、将0.05mol 4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶和68.5mL 1，4-二氧六环加入三口烧瓶中，室温搅拌3min后，加入0.05mol烯丙基异氰酸酯，回流反应24h，旋蒸去除1，4-二氧六环，得到脲基受阻胺化合物；
步骤B2、在氮气保护下，将6g脲基受阻胺化合物和200mL甲苯混合，升温至50℃，加入0.2mL Karstedt催化剂，搅拌反应30min，加入4.5g3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅，升温至70℃，搅拌反应24h，冷却后抽滤，滤液旋蒸去除甲苯，得到脲基偶联剂。
实施例2
本实施例提供一种耐热填充料，由以下步骤制成：
步骤A1、将5g六方氮化硼置于三口烧瓶中，加入50mL浓度5mol/L的氢氧化钠溶液，升温至回流反应7h，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，再于90℃下干燥至恒重，得到中间产物1；
步骤A2、将KH-550、无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：1：3混合均匀，并于30℃下水解30min得到水解液，将50mL水解液加入装有5g球形氧化铝的高速混合机中，110℃搅拌混合7h，过滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到改性氧化铝；
步骤A3、将中间产物1和改性氧化铝分别超声分散于无水乙醇中，将两种分散液混合，转速120r/min搅拌混合5h，过滤，滤饼于110℃下干燥至恒重，得到组合填料，中间产物1和改性氧化铝的质量比为1：2；
步骤A4、将4.5g组合填料置于110mL质量分数40％的乙醇溶液中，加入1.3g脲基偶联剂，搅拌反应5h，转速1000r/min条件下离心8min，沉淀洗涤，100℃下干燥至恒重，得到耐热填充料。
所述脲基偶联剂由以下步骤制成：
步骤B1、将0.05mol 4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶和72.2mL 1，4-二氧六环加入三口烧瓶中，室温搅拌3min后，加入0.05mol烯丙基异氰酸酯，回流反应24h，旋蒸去除1，4-二氧六环，得到脲基受阻胺化合物；
步骤B2、在氮气保护下，将6g脲基受阻胺化合物和200mL甲苯混合，升温至50℃，加入0.2mL Karstedt催化剂，搅拌反应40min，加入4.7g3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅，升温至70℃，搅拌反应24h，冷却后抽滤，滤液旋蒸去除甲苯，得到脲基偶联剂。
实施例3
本实施例提供一种耐热填充料，由以下步骤制成：
所述耐热填充料由以下步骤制成：
步骤A1、将5g六方氮化硼置于三口烧瓶中，加入50mL浓度5mol/L的氢氧化钠溶液，升温至回流反应8h，过滤，滤饼洗涤至洗涤液呈中性，再于90℃下干燥至恒重，得到中间产物1；
步骤A2、将KH-550、无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：1：3混合均匀，并于30℃下水解30min得到水解液，将50mL水解液加入装有5g球形氧化铝的高速混合机中，110℃搅拌混合8h，过滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到改性氧化铝；
步骤A3、将中间产物1和改性氧化铝分别超声分散于无水乙醇中，将两种分散液混合，转速150r/min搅拌混合6h，过滤，滤饼于110℃下干燥至恒重，得到组合填料，中间产物1和改性氧化铝的质量比为1：2；
步骤A4、将5g组合填料置于120mL质量分数40％的乙醇溶液中，加入1.4g脲基偶联剂，搅拌反应6h，转速1000r/min条件下离心10min，沉淀洗涤，100℃下干燥至恒重，得到耐热填充料。
所述脲基偶联剂由以下步骤制成：
步骤B1、将0.05mol 4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶和74.2mL 1，4-二氧六环加入三口烧瓶中，室温搅拌3min后，加入0.05mol烯丙基异氰酸酯，回流反应24h，旋蒸去除1，4-二氧六环，得到脲基受阻胺化合物；
步骤B2、在氮气保护下，将6g脲基受阻胺化合物和200mL甲苯混合，升温至50℃，加入0.2mL Karstedt催化剂，搅拌反应60min，加入4.8g3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅，升温至70℃，搅拌反应24h，冷却后抽滤，滤液旋蒸去除甲苯，得到脲基偶联剂。
对比例1
将实施例1中的脲基偶联剂去除，其余原料及制备过程不变。
对比例2
将实施例2中的脲基偶联剂替换成硅烷偶联剂KH-550，其余原料及制备过程不变。
对比例3
所述耐热填充料由以下步骤制成：
将5g六方氮化硼置于120mL质量分数40％的乙醇溶液中，加入1.4gKH-550，转速200r/min条件下搅拌反应10min，转速1000r/min条件下离心10min，沉淀洗涤，100℃下干燥至恒重，得到耐热填充料。
实施例4
请参阅图1，松套层绞式煤矿用阻燃电缆，包括导体1，导体1外层设置有松套层2，导体1和松套层2组成一组线芯，六组线芯内部设置有加强芯3，六组线芯外部设置有芳纶纱层4，线芯和芳纶纱层4之间设置有填充绳8，芳纶纱层4外部设置有内护套5，内护套5外层设置有涂塑钢带层6，涂塑钢带层6外部设置有外护套7，外护套7由耐火硅橡胶材料制成，耐火硅橡胶材料由以下步骤制成：
按重量份将硅橡胶90份、天然橡胶10份、防老剂DTPD 1份、实施例1的耐热填充料5份置于高速混合机中搅拌均匀，混炼，经双螺杆机挤出，造粒，得到耐火硅橡胶材料。
实施例5
请参阅图1，松套层绞式煤矿用阻燃电缆，包括导体1，导体1外层设置有松套层2，导体1和松套层2组成一组线芯，六组线芯内部设置有加强芯3，六组线芯外部设置有芳纶纱层4，线芯和芳纶纱层4之间设置有填充绳8，芳纶纱层4外部设置有内护套5，内护套5外层设置有涂塑钢带层6，涂塑钢带层6外部设置有外护套7，外护套7由耐火硅橡胶材料制成，耐火硅橡胶材料由以下步骤制成：
按重量份硅橡胶100份、天然橡胶12份、防老剂DTPD 1.5份、实施例2的耐热填充料7份置于高速混合机中搅拌均匀，混炼，经双螺杆机挤出，造粒，得到耐火硅橡胶材料。
实施例6
请参阅图1，松套层绞式煤矿用阻燃电缆，包括导体1，导体1外层设置有松套层2，导体1和松套层2组成一组线芯，六组线芯内部设置有加强芯3，六组线芯外部设置有芳纶纱层4，线芯和芳纶纱层4之间设置有填充绳8，芳纶纱层4外部设置有内护套5，内护套5外层设置有涂塑钢带层6，涂塑钢带层6外部设置有外护套7，外护套7由耐火硅橡胶材料制成，耐火硅橡胶材料由以下步骤制成：
按重量份硅橡胶100份、天然橡胶15份、防老剂DTPD 2份、实施例3耐热填充料8份置于高速混合机中搅拌均匀，混炼，经双螺杆机挤出，造粒，得到耐火硅橡胶材料。
对比例4
将实施例4中的耐热填充料替换成对比例1的材料，其余原料及制备过程不变。
对比例5
将实施例4中的耐热填充料替换成对比例2的材料，其余原料及制备过程不变。
对比例6
将实施例6中的耐热填充料替换成对比例3的材料，其余原料及制备过程不变。
将实施例4-6和对比例4-6的电缆进行测试，测试过程如下：
参照标准GB/T 18380.33-2008标准规定的垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验A类方法对各组的电缆样品进行阻燃性检测，参照标准GB/T6553-2003标准对各组外护套用耐漏电起痕试验仪测试，施加电压为4.5kV，采用恒定电压法，当通过试样的电流超过60mA时认为耐漏电起痕差，小于60mA则为良好，测试结果如表1所示：
表1
项目 成束垂直燃烧电缆碳化高度/m 耐漏电起痕性能
实施例4 1.25 良好
实施例5 1.23 良好
实施例6 1.21 良好
对比例4 1.82 差
对比例5 1.64 差
对比例6 1.71 差
由表1可以看出，实施例4-6所制备的电缆不仅阻燃性能较高，还耐漏电起痕性能优异。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.松套层绞式煤矿用阻燃电缆，其特征在于，包括导体（1），导体（1）外层设置有松套层（2），导体（1）和松套层（2）组成一组线芯，六组线芯内部设置有加强芯（3），六组线芯外部设置有芳纶纱层（4），线芯和芳纶纱层（4）之间设置有填充绳（8），芳纶纱层（4）外部设置有内护套（5），内护套（5）外层设置有涂塑钢带层（6），涂塑钢带层（6）外部设置有外护套（7），外护套（7）由耐火硅橡胶材料制成，耐火硅橡胶材料由以下步骤制成：
将硅橡胶、天然橡胶、防老剂DTPD、耐热填充料搅拌均匀，混炼，挤出，造粒，得到耐火硅橡胶材料;
耐热填充料由以下步骤制成：
将组合填料置于乙醇溶液中，加入脲基偶联剂，搅拌反应4-6h，离心，洗涤，干燥，得到耐热填充料;
组合填料由以下步骤制成：
步骤A1、将六方氮化硼置于三口烧瓶中，加入氢氧化钠溶液，回流反应6-8h，后处理，得到中间产物1；
步骤A2、将中间产物1和改性氧化铝分别超声分散于无水乙醇中，将两种分散液混合，搅拌混合4-6h，后处理，得到组合填料;
脲基偶联剂由以下步骤制成：
步骤B1、将4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶和1，4-二氧六环混合，加入烯丙基异氰酸酯，回流反应24h，旋蒸，得到脲基受阻胺化合物；
步骤B2、在氮气保护下，将脲基受阻胺化合物和甲苯混合，升温至50℃，加入Karstedt催化剂，搅拌反应30-60min，加入3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅，升温至70℃，搅拌反应24h，冷却后抽滤，滤液旋蒸，得到脲基偶联剂;
步骤B1中4-氨基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶、1，4-二氧六环、烯丙基异氰酸酯的用量比为0.05mol：68.5-74.2mL：0.05mol,步骤B2中脲基受阻胺化合物、甲苯、Karstedt催化剂和3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅的用量比为6g：200mL：0.2mL：4.5-4.8g；
改性氧化铝由以下步骤制成：
将KH-550、无水乙醇和蒸馏水混合，于30℃下水解30min得到水解液，将水解液加入装有球形氧化铝的混合机中，110℃搅拌混合6-8h，后处理，得到改性氧化铝。
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