CN114974705A - 一种防火型电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防火型电缆，属于电缆技术领域，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层包括如下重量份的原料：聚乙烯树脂70‑80份、乙烯‑甲基丙烯酸甲酯共聚物15‑20份、阻燃添加剂4‑6份、稳定剂2‑3份、交联敏化剂1‑3份；将外护套层各原料熔融共混、基础造粒后，包覆于导电芯层表面，再经辐照交联，获得耐火型电缆。本发明通过采用聚乙烯树脂和乙烯‑甲基丙烯酸甲酯共聚物作为聚合物基料，并加入了交联敏化剂，通过辐照交联处理外护套层，使护套层具备良好的力学性能；通过加入阻燃添加剂，使外护套层获得良好的阻燃耐火性能，能够提高电缆的适用范围以及使用安全性。

Description

一种防火型电缆
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体地，涉及一种防火型电缆。
背景技术
电缆是建筑物中用于电力连接的线路，而随着当今社会电力的迅速发展，对电力的需求也在不断提高，在此情况下因电而产生的火灾数量也在不断增加，其原因是电缆在输电过程中阻燃性较差，一旦出现过负荷、短路、接触电阻过大或外部热源过高的情况时，极易引起电缆起火现象，进而导致火灾的产生，由此可知防火电缆的设计及生产具有较好的应用前景。现有技术中多采用具备阻燃性能的绝缘护套或者导线与保护套之间均填充耐火材料，以此达到防火效果；后者相对来说，由于需要保证填充的均匀性和致密性，因此，制备工艺相对前者来说更加麻烦。因此，绝缘护套阻燃性能以及力学性能的改进，对于防火型电缆来说具备十分重要的意义。
现有技术中申请号为202111223944.1的发明专利公开了一种防火电缆及其制备方法，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层由包括如下原料：氟醚橡胶、氢化丁腈橡胶、超细球形氧化铝、聚碳酸酯聚氨酯、五溴乙基苯。该专利的防火电缆的耐草酸和耐氢氧化钠的拉伸强度变化率较低，表现出较优的耐腐蚀性能，同时，均表现为难燃材料，具有较优阻燃性。在该专利中，通过聚碳酸酯聚氨酯的加入提升其阻燃性能和耐腐蚀性能。聚碳酸酯聚氨酯是一种弹性体材料，本身虽然不可燃性，但是其对于其余材料的阻燃性提升仍然有很大的局限性，难以满足电缆对于高阻燃性的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种防火型电缆。
本发明通过采用聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物作为聚合物基料，并加入了交联敏化剂，通过辐照交联处理外护套层，使护套层具备良好的力学性能；通过加入阻燃添加剂，使外护套层获得良好的阻燃耐火性能，能够提高电缆的适用范围以及使用安全性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种防火型电缆，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层包括如下重量份的原料：聚乙烯树脂70-80份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物15-20份、阻燃添加剂4-6份、稳定剂2-3份、交联敏化剂1-3份；
该防火型电缆通过如下方法制备：
第一步、按照重量份计，将原料混合，混合温度达到145-160℃后出料；采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在115-180℃，经造粒、冷却、包装制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为1.8-2.1Mev，电子束流为25-30mA，电缆的线速度为60-80m/min，辐照交联2-3次，再经风冷、收卷后，获得防火型电缆。
进一步地，稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照任意比例的混合。
进一步地，交联敏化剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的一种。
进一步，阻燃添加剂通过如下步骤制备：
S1、烧瓶置于冰浴条件下，将6-己烯基-1-甲胺和苯加入烧瓶中，再加入三乙胺，混合均匀；
S2、将氯代磷酸二苯酯加入到恒压滴液漏斗中，缓慢滴加进上述烧瓶中，滴加完毕后，先于冰浴条件下搅拌1h，再升温回流反应2-3h，反应结束后，旋蒸除去溶剂，获得阻燃添加剂；
6-己烯基-1-甲胺、苯、三乙胺和氯代磷酸二苯酯的用量之比为0.11mol:150mL:3mL:0.1mol；
6-己烯基-1-甲胺分子上的-NH2与氯代磷酸二苯酯分子上的-Cl基发生反应，获得阻燃添加剂，该阻燃添加剂为磷酸二苯酯的衍生物，通过化学键合作用接枝有己烯分子链，也即在磷酸二苯酯上引入了碳碳双键基团，具体反应方程式如下所示：
Figure BDA0003698052220000031
阻燃添加剂是以磷酸二苯酯为基体，磷酸二苯酯本身是一种有机磷系助燃剂，其具有低烟、低毒、无卤等优点，将其加入至外护套材料中，能够有效提高外护套层的防火性能；更进一步地，阻燃添加剂分子上接枝了己烯分子链，从而引入了碳碳双键基团，在护套基料(聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物)熔融共混的过程中以及辐照交联的过程中，能够参与基料的交联、聚合反应，从而增大阻燃添加剂与聚合物基料的相互作用力，不仅能够促进阻燃剂的均匀分散，也能有效避免在贮存过程中的迁出现象，促进阻燃剂充分发挥阻燃效果。
本发明的有益效果：
本发明电缆的外护套采用聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物作为聚合物基料，并加入了交联敏化剂，通过辐照交联处理外护套层，辐照交联作为一种高效率、低能耗、无污染的交联方法，制备出的产品具有不溶、不熔、耐热、抗化学腐蚀、燃烧时不滴落等特性；
本发明通过在外护套料中加入阻燃添加剂，阻燃添加剂是以磷酸二苯酯为基体，磷酸二苯酯本身是一种有机磷系助燃剂，其具有低烟、低毒、无卤等优点，将其加入至外护套材料中，能够有效提高外护套层的防火性能；更进一步地，阻燃添加剂分子上接枝了己烯分子链，从而引入了碳碳双键基团，在护套基料(聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物)熔融共混的过程中以及辐照交联的过程中，能够参与基料的交联、聚合反应，从而增大阻燃添加剂与聚合物基料的相互作用力，不仅能够促进阻燃剂的均匀分散，也能有效避免在贮存过程中的迁出现象，促进阻燃剂充分发挥阻燃效果；
综上，本发明通过采用聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物作为聚合物基料，并加入了交联敏化剂，通过辐照交联处理外护套层，使护套层具备良好的力学性能；通过加入阻燃添加剂，使外护套层获得良好的阻燃耐火性能，能够提高电缆的适用范围以及使用安全性。
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
制备阻燃添加剂：
S1、烧瓶置于冰浴条件下，将0.11mol的6-己烯基-1-甲胺和150mL苯加入烧瓶中，再加入3mL三乙胺，混合均匀；
S2、将0.1mol氯代磷酸二苯酯加入到恒压滴液漏斗中，缓慢滴加进上述烧瓶中，滴加完毕后，先于冰浴条件下搅拌1h，再升温回流反应2h，反应结束后，旋蒸除去溶剂，获得阻燃添加剂。
实施例2
制备阻燃添加剂：
S1、烧瓶置于冰浴条件下，将0.22mol的6-己烯基-1-甲胺和300mL苯加入烧瓶中，再加入6mL三乙胺，混合均匀；
S2、将0.2mol氯代磷酸二苯酯加入到恒压滴液漏斗中，缓慢滴加进上述烧瓶中，滴加完毕后，先于冰浴条件下搅拌1h，再升温回流反应3h，反应结束后，旋蒸除去溶剂，获得阻燃添加剂。
实施例3
制备防火型电缆：
第一步、将70g聚乙烯树脂、15g乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、4g实施例1制得的阻燃添加剂、2g稳定剂、1g三烯丙基异氰脲酸酯(交联敏化剂)混合，混合温度达到145℃后出料；采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在115℃，经造粒、冷却、包装制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为1.8Mev，电子束流为25mA，电缆的线速度为60m/min，辐照交联2次，再经风冷、收卷后，获得防火型电缆。
上述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照1:1的质量比混合物。
实施例4
制备防火型电缆：
第一步、将75g聚乙烯树脂、18g乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、5g实施例2制得的阻燃添加剂、2.5g稳定剂、2g三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯(交联敏化剂)混合，混合温度达到155℃后出料；采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在150℃，经造粒、冷却、包装制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为1.9Mev，电子束流为28mA，电缆的线速度为70m/min，辐照交联3次，再经风冷、收卷后，获得防火型电缆。
上述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照1:2的质量比混合物。
实施例5
制备防火型电缆：
第一步、将80g聚乙烯树脂、20g乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、6g实施例1制得的阻燃添加剂、3g稳定剂、3g三烯丙基异氰脲酸酯(交联敏化剂)混合，混合温度达到160℃后出料；采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在180℃，经造粒、冷却、包装制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为2.1Mev，电子束流为30mA，电缆的线速度为80m/min，辐照交联3次，再经风冷、收卷后，获得防火型电缆。
上述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照2:1的质量比混合物。
对比例
将实施例3中的阻燃添加剂换成氯代磷酸二苯酯，其余原料及制备过程不变。
对实施例3-5和对比例获得的电缆，进行如下性能测试：
力学性能：按照GB/T 2951《电线和电缆绝缘和护套材料通用测试方法》对电缆进行测试拉伸强度和断裂伸长率；
老化性能：按照GB/T 2951《电线和电缆绝缘和护套材料通用测试方法》，测试185℃/120h空气箱热老化后断裂伸长率保持率；
燃烧性能：参照GB 8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》中6.3“电线电缆套管类塑料材料”对电缆的外护套层材料进行燃烧性能测试，测试外护套层的氧指数和燃烧性能级别；
测得的结果如下表所示：
Figure BDA0003698052220000071
由上表数据可知，实施例3-5制得的电缆的拉伸断裂强度为9.5MPa及以上、断裂伸长率为238％及以上、185℃/120h空气箱热老化后断裂伸长率保持率为58.5％及以上，说明本发明制得的电缆具备符合要求的力学性能和耐老化性能；氧指数为29.6％及以上、燃烧性能等级均达到了B2级，说明本发明制得的电缆具备较高的阻燃、防火性能；结合对比例的数据可知，阻燃添加剂通过在分子上引入己烯链段，能够有效提升阻燃剂与基料的作用力，从而提升阻燃效果。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种防火型电缆，包括导电芯层和外护套层，其特征在于，所述外护套层包括如下重量份的原料：聚乙烯树脂70-80份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物15-20份、阻燃添加剂4-6份、稳定剂2-3份、交联敏化剂1-3份；
其中，阻燃添加剂通过如下步骤制备：
S1、烧瓶置于冰浴条件下，将6-己烯基-1-甲胺和苯加入烧瓶中，再加入三乙胺，混合均匀；
S2、将氯代磷酸二苯酯加入到恒压滴液漏斗中，缓慢滴加进上述烧瓶中，滴加完毕后，先于冰浴条件下搅拌1h，再升温回流反应2-3h，反应结束后，旋蒸除去溶剂，获得阻燃添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种防火型电缆，其特征在于，阻燃添加剂制备过程中6-己烯基-1-甲胺、苯、三乙胺和氯代磷酸二苯酯的用量之比为0.11mol:150mL:3mL:0.1mol。
3.根据权利要求1所述的一种防火型电缆，其特征在于，所述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照任意比例的混合。
4.根据权利要求1所述的一种防火型电缆，其特征在于，所述交联敏化剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种防火型电缆，其特征在于，通过如下方法制备：
第一步、按照重量份计，将原料混合，混合温度达到145-160℃后出料；采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在115-180℃，经造粒、冷却、包装制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，辐照交联2-3次，再经风冷、收卷后，获得防火型电缆。
6.根据权利要求5所述的一种防火型电缆，其特征在于，辐照交联中参数：控制电子的能量为1.8-2.1Mev，电子束流为25-30mA，电缆的线速度为60-80m/min。
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