CN115746570B - 一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆 - Google Patents

一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐火电缆领域，具体为一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆，以重量份数计，包括以下组成成分：甲基乙烯基硅橡胶80‑100份、有机硅包覆水镁石纤维10‑15份、结构化控制剂3‑6份、双二四硫化剂0.05‑0.1份、四甲基二乙烯基二硅氧烷0.5‑1份、Bi系低熔点玻璃粉5‑10份、白炭黑20‑30份、气相二氧化硅60‑80份、叶腊石10‑20份、硼酸锌5‑10份，本发明所制备中压耐火电缆在950℃火焰下持续通电≥180min额定电压下不击穿。

Description

一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆
技术领域
本发明涉及耐火电缆领域，具体为一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆。
背景技术
随着中国经济的发展，城市内的供电系统的电压逐渐升高。高层、特大型高层建筑物如果采用0.6/1kV低压配电，其电缆用量和工作量巨大。为解决实际的供电难题，高层、特大型高层等建筑物开始采用中压供电(6kV-35kV)。其对中压供电电缆要求的主要性能：在燃烧情况下，能够保证一段时间地正常供电。
现有中压耐火电缆的耐火性要求是能通过温度750-800℃，供火时间90+15min的耐火试验，但是随着对中压电缆耐火性能要求的不断提升，提高中压电缆的耐火性能已经成为亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆。
所采用的技术方案如下：
一种陶瓷化耐火护套料，以重量份数计，包括以下组成成分：
甲基乙烯基硅橡胶80-100份、有机硅包覆水镁石纤维10-15份、结构化控制剂3-6份、双二四硫化剂0.05-0.1份、四甲基二乙烯基二硅氧烷0.5-1份、Bi系低熔点玻璃粉5-10份、白炭黑20-30份、气相二氧化硅60-80份、叶腊石10-20份、硼酸锌5-10份。
其中，结构化控制剂旨在消除硅橡胶-白炭黑体系结构化现象，其组成为带有活性基团的有机硅化合物，抗结构化功能归因于活性基团优先与白炭黑表面的羟基作用，使之钝化而达到抗结构化目的，主要品种包括含羟基硅烷类化合物(如羟基硅油、二苯基硅二醇等)、烷氧基硅氧烷类化合物(如烷氧基低分子聚硅氧烷等)、硅氨烷类化合物(如六甲基二硅氨烷、环状三硅氨烷等)和含硼硅氧烷类化合物等，本发明中优选为羟基硅油。
进一步地，所述陶瓷化耐火护套料的极限氧指数≥38％。
进一步地，所述有机硅包覆水镁石纤维的制备方法如下：
将有机硅化合物加入乙醇中，搅拌溶解后，再将水镁石纤维于其中浸渍，滤出后干燥即可。
进一步地，所述有机硅化合物为正硅酸乙酯。
本发明还提供了一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；
若干个所述缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带绕包固定；
所述陶瓷化硅橡胶复合带外侧依次包覆有陶瓷化耐火护套层、陶瓷化耐火聚烯烃层、无卤绕包带层、钢带铠装层和外护套，所述陶瓷化耐火护套层由上述陶瓷化耐火护套料制成。
进一步地，若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带之间的缝隙填充有无碱玻璃丝。
进一步地，所述缆芯包括导体、内屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外屏蔽层和铜带屏蔽层。
进一步地，所述内屏蔽层和外屏蔽层的材质相同或不同，为金属化纸带或半导体纸带。
进一步地，以重量份数计，所述外护套包括以下组成成分：
三元乙丙橡胶50-70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-30份、高密度聚乙烯10-20份、纳米二氧化硅20-25份、钼掺杂镁铝水滑石80-100份、白炭黑30-50份、其余助剂1-3份。
进一步地，所述钼掺杂镁铝水滑石的制备方法如下：
取硝酸钼、硝酸镁、硝酸铝和尿素溶解在水中，得到混合盐溶液，将氢氧化钠和碳酸钠溶于水中，得到混合碱溶液，将混合碱溶液滴入混合盐溶液中，80-90℃搅拌反应3-5h，再转移至高压反应釜中，升温至110-120℃反应24-48h，抽滤，所得产物水洗后干燥研磨即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种陶瓷化耐火护套料及中压耐火电缆，其中，陶瓷化耐火护套料的极限氧指数≥38％，水镁石纤维既可以在硅橡胶基体中形成网络，具有一定的结构支撑能力而且高温分解时所形成的新的晶相有利于所生成陶瓷体的致密化和强度的提高，有机硅包覆后水镁石纤维的分散性能提高，而且在高温下与水镁石纤维热分解生成的水反应所生成的SiO2能够进一步提高陶瓷化耐火护套层的致密度，中压耐火电缆的外护套中钼掺杂镁铝水滑石兼具氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的优点，能使三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯燃烧所形成炭层的连续性和致密性明显提高，残炭中形成了交联网络状结构，有效地阻碍热量的传递和可燃性气体的扩散，提高阻燃效果；钼元素的引入能通过金属键合，形成交联聚合物链，从而降低可燃物对火灾的贡献，本发明中压耐火电缆在950℃火焰下持续通电≥180min额定电压下不击穿。
附图说明
图1为本发明实施例1中中压耐火电缆的结构示意图；
图中标号分别代表：
1-外护套、2-钢带铠装层、3-无卤绕包带层、4-陶瓷化耐火聚烯烃层、5-陶瓷化耐火护套层、6-陶瓷化硅橡胶复合带、7-无碱玻璃丝、8-导体、9-内屏蔽层、10-交联聚乙烯绝缘层、11-外屏蔽层、12-铜带屏蔽层。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。
实施例1：
一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；
三个缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带(6)绕包固定；
陶瓷化硅橡胶复合带(6)外侧依次包覆有陶瓷化耐火护套层(5)、陶瓷化耐火聚烯烃层(4)、无卤绕包带层(3)、钢带铠装层(2)和外护套(1)。
若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带(6)之间的缝隙填充有无碱玻璃丝(7)；
缆芯包括导体(8)、内屏蔽层(9)、交联聚乙烯绝缘层(10)、外屏蔽层(11)和铜带屏蔽层(12)。
内屏蔽层(9)和外屏蔽层(11)的材质相同均为金属化纸带；
陶瓷化耐火护套层(5)是由陶瓷化耐火护套料制备而成，以重量份数计，包括以下组成成分：
甲基乙烯基硅橡胶90份、有机硅包覆水镁石纤维12份、羟基硅油5份、双二四硫化剂0.05份、四甲基二乙烯基二硅氧烷0.5份、Bi系低熔点玻璃粉8份、白炭黑25份、气相二氧化硅80份、叶腊石15份、硼酸锌10份。
陶瓷化耐火护套料的极限氧指数为38.3％；
采用热失重分析仪进行测试，热失重率为18.3％，测试温度范围30-1500℃，升温速度10℃·min-1，测试气氛为空气，气流速度40mL·min-1；
其中，有机硅包覆水镁石纤维的制备方法如下：
将100g正硅酸乙酯加入100mL乙醇中，搅拌溶解稀释后，再将50g水镁石纤维于其中室温浸渍30min，滤出后60℃真空干燥10h即可。
以重量份数计，外护套(1)包括以下组成成分：
三元乙丙橡胶60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、高密度聚乙烯15份、纳米二氧化硅25份、钼掺杂镁铝水滑石90份、白炭黑40份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶相容剂1份、抗氧剂10100.5份。
其中，钼掺杂镁铝水滑石的制备方法如下：
取99g硝酸钼、474.6g硝酸镁、213g硝酸铝和225g尿素溶解在水中，得到混合盐溶液，将320g氢氧化钠和40g碳酸钠溶于水中，得到混合碱溶液，将混合碱溶液滴入混合盐溶液中，85℃搅拌反应5h，再转移至高压反应釜中，升温至120℃反应48h，抽滤，所得产物水洗后干燥研磨即可。
上述中压耐火电缆的制备方法如下：
在导体(8)上绕包内屏蔽层(9)，再通过挤出机和挤出模具，采用挤出工艺在内屏蔽层(9)外挤包交联聚乙烯绝缘层(10)，再依次绕包外屏蔽层(11)和铜带屏蔽层(12)得到缆芯，将三个缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带(6)绕包固定，绕包时在若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带(6)之间的缝隙填充有无碱玻璃丝(7)，再通过挤出机和挤出模具，采用挤出工艺在陶瓷化硅橡胶复合带(6)外挤包陶瓷化耐火护套层(5)，再依次绕包陶瓷化耐火聚烯烃层(4)、无卤绕包带层(3)、钢带铠装层(2)，最后在钢带铠装层(2)表面挤包外护套(1)，即可得到中压耐火电缆。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电196min额定电压下不击穿。
实施例2：
一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；
三个缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带(6)绕包固定；
陶瓷化硅橡胶复合带(6)外侧依次包覆有陶瓷化耐火护套层(5)、陶瓷化耐火聚烯烃层(4)、无卤绕包带层(3)、钢带铠装层(2)和外护套(1)。
若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带(6)之间的缝隙填充有无碱玻璃丝(7)；
缆芯包括导体(8)、内屏蔽层(9)、交联聚乙烯绝缘层(10)、外屏蔽层(11)和铜带屏蔽层(12)。
内屏蔽层(9)和外屏蔽层(11)的材质相同均为金属化纸带；
陶瓷化耐火护套层(5)是由陶瓷化耐火护套料制备而成，以重量份数计，包括以下组成成分：
甲基乙烯基硅橡胶100份、有机硅包覆水镁石纤维15份、羟基硅油6份、双二四硫化剂0.1份、四甲基二乙烯基二硅氧烷1份、Bi系低熔点玻璃粉10份、白炭黑30份、气相二氧化硅80份、叶腊石20份、硼酸锌10份。
其中，有机硅包覆水镁石纤维的制备方法如下：
将100g正硅酸乙酯加入100mL乙醇中，搅拌溶解稀释后，再将50g水镁石纤维于其中室温浸渍30min，滤出后60℃真空干燥10h即可。
陶瓷化耐火护套料的极限氧指数为38.6％；
采用热失重分析仪进行测试，热失重率为17.6％，测试温度范围30-1500℃，升温速度10℃·min-1，测试气氛为空气，气流速度40mL·min-1；
以重量份数计，外护套(1)包括以下组成成分：
三元乙丙橡胶70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、高密度聚乙烯20份、纳米二氧化硅25份、钼掺杂镁铝水滑石100份、白炭黑50份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶相容剂1份、抗氧剂10100.5份。
其中，钼掺杂镁铝水滑石的制备方法如下：
取99g硝酸钼、474.6g硝酸镁、213g硝酸铝和225g尿素溶解在水中，得到混合盐溶液，将320g氢氧化钠和40g碳酸钠溶于水中，得到混合碱溶液，将混合碱溶液滴入混合盐溶液中，90℃搅拌反应5h，再转移至高压反应釜中，升温至120℃反应48h，抽滤，所得产物水洗后干燥研磨即可。
上述中压耐火电缆的制备方法如下：
在导体(8)上绕包内屏蔽层(9)，再通过挤出机和挤出模具，采用挤出工艺在内屏蔽层(9)外挤包交联聚乙烯绝缘层(10)，再依次绕包外屏蔽层(11)和铜带屏蔽层(12)得到缆芯，将三个缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带(6)绕包固定，绕包时在若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带(6)之间的缝隙填充有无碱玻璃丝(7)，再通过挤出机和挤出模具，采用挤出工艺在陶瓷化硅橡胶复合带(6)外挤包陶瓷化耐火护套层(5)，再依次绕包陶瓷化耐火聚烯烃层(4)、无卤绕包带层(3)、钢带铠装层(2)，最后在钢带铠装层(2)表面挤包外护套(1)，即可得到中压耐火电缆。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电202min额定电压下不击穿。
实施例3：
一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；
三个缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带(6)绕包固定；
陶瓷化硅橡胶复合带(6)外侧依次包覆有陶瓷化耐火护套层(5)、陶瓷化耐火聚烯烃层(4)、无卤绕包带层(3)、钢带铠装层(2)和外护套(1)。
若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带(6)之间的缝隙填充有无碱玻璃丝(7)；
缆芯包括导体(8)、内屏蔽层(9)、交联聚乙烯绝缘层(10)、外屏蔽层(11)和铜带屏蔽层(12)。
内屏蔽层(9)和外屏蔽层(11)的材质相同均为金属化纸带；
陶瓷化耐火护套层(5)是由陶瓷化耐火护套料制备而成，以重量份数计，包括以下组成成分：
甲基乙烯基硅橡胶80份、有机硅包覆水镁石纤维10份、羟基硅油3份、双二四硫化剂0.05份、四甲基二乙烯基二硅氧烷0.5份、Bi系低熔点玻璃粉5份、白炭黑20份、气相二氧化硅60份、叶腊石10份、硼酸锌5份。
其中，有机硅包覆水镁石纤维的制备方法如下：
将100g正硅酸乙酯加入100mL乙醇中，搅拌溶解稀释后，再将50g水镁石纤维于其中室温浸渍30min，滤出后60℃真空干燥10h即可。
陶瓷化耐火护套料的极限氧指数为38.0％；
采用热失重分析仪进行测试，热失重率为18.9％，测试温度范围30-1500℃，升温速度10℃·min-1，测试气氛为空气，气流速度40mL·min-1；
以重量份数计，外护套(1)包括以下组成成分：
三元乙丙橡胶50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、高密度聚乙烯10份、纳米二氧化硅20份、钼掺杂镁铝水滑石80份、白炭黑30份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶相容剂1份、抗氧剂10100.5份。
其中，钼掺杂镁铝水滑石的制备方法如下：
取99g硝酸钼、474.6g硝酸镁、213g硝酸铝和225g尿素溶解在水中，得到混合盐溶液，将320g氢氧化钠和40g碳酸钠溶于水中，得到混合碱溶液，将混合碱溶液滴入混合盐溶液中，80℃搅拌反应3h，再转移至高压反应釜中，升温至110℃反应24h，抽滤，所得产物水洗后干燥研磨即可。
上述中压耐火电缆的制备方法如下：
在导体(8)上绕包内屏蔽层(9)，再通过挤出机和挤出模具，采用挤出工艺在内屏蔽层(9)外挤包交联聚乙烯绝缘层(10)，再依次绕包外屏蔽层(11)和铜带屏蔽层(12)得到缆芯，将三个缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带(6)绕包固定，绕包时在若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带(6)之间的缝隙填充有无碱玻璃丝(7)，再通过挤出机和挤出模具，采用挤出工艺在陶瓷化硅橡胶复合带(6)外挤包陶瓷化耐火护套层(5)，再依次绕包陶瓷化耐火聚烯烃层(4)、无卤绕包带层(3)、钢带铠装层(2)，最后在钢带铠装层(2)表面挤包外护套(1)，即可得到中压耐火电缆。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电194min额定电压下不击穿。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，陶瓷化耐火护套料中不加入有机硅包覆水镁石纤维。
陶瓷化耐火护套料的极限氧指数为33.5％；
采用热失重分析仪进行测试，热失重率为23.2％，测试温度范围30-1500℃，升温速度10℃·min-1，测试气氛为空气，气流速度40mL·min-1。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电182min额定电压下不击穿。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，陶瓷化耐火护套料中水镁石纤维不经过有机硅包覆。
陶瓷化耐火护套料的极限氧指数为35.6％；
采用热失重分析仪进行测试，热失重率为20.4％，测试温度范围30-1500℃，升温速度10℃·min-1，测试气氛为空气，气流速度40mL·min-1。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电190min额定电压下不击穿。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，外护套(1)中不加入钼掺杂镁铝水滑石。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电166min额定电压下不击穿。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，用镁铝水滑石代替外护套(1)中钼掺杂镁铝水滑石。
参考英国耐火电缆标准BS6387中附录D耐火特性试验，对所制备中压耐火电缆的耐火性能进行测试，950℃火焰下持续通电189min额定电压下不击穿。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种中压耐火电缆，其特征在于，包括若干个缆芯；
若干个所述缆芯通过陶瓷化硅橡胶复合带绕包固定；
所述陶瓷化硅橡胶复合带外侧依次包覆有陶瓷化耐火护套层、陶瓷化耐火聚烯烃层、无卤绕包带层、钢带铠装层和外护套，所述陶瓷化耐火护套层由陶瓷化耐火护套料制成；
所述陶瓷化耐火护套料，以重量份数计，包括以下组成成分：
甲基乙烯基硅橡胶80-100份、有机硅包覆水镁石纤维10-15份、结构化控制剂3-6份、双二四硫化剂0.05-0.1份、四甲基二乙烯基二硅氧烷0.5-1份、Bi系低熔点玻璃粉5-10份、白炭黑20-30份、气相二氧化硅60-80份、叶腊石10-20份、硼酸锌5-10份；
所述陶瓷化耐火护套料的极限氧指数≥38％；
所述有机硅包覆水镁石纤维的制备方法如下：
将有机硅化合物加入乙醇中，搅拌溶解后，再将水镁石纤维于其中浸渍，滤出后干燥即可；
所述有机硅化合物为正硅酸乙酯；
以重量份数计，所述外护套包括以下组成成分：
三元乙丙橡胶50-70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-30份、高密度聚乙烯10-20份、纳米二氧化硅20-25份、钼掺杂镁铝水滑石80-100份、白炭黑30-50份、其余助剂1-3份；
所述钼掺杂镁铝水滑石的制备方法如下：
取硝酸钼、硝酸镁、硝酸铝和尿素溶解在水中，得到混合盐溶液，将氢氧化钠和碳酸钠溶于水中，得到混合碱溶液，将混合碱溶液滴入混合盐溶液中，80-90℃搅拌反应3-5h，再转移至高压反应釜中，升温至110-120℃反应24-48h，抽滤，所得产物水洗后干燥研磨即可。
2.如权利要求1所述的中压耐火电缆，其特征在于，若干个所述缆芯与陶瓷化硅橡胶复合带之间的缝隙填充有无碱玻璃丝。
3.如权利要求1所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述缆芯包括导体、内屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外屏蔽层和铜带屏蔽层。
4.如权利要求3所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述内屏蔽层和外屏蔽层的材质相同或不同，为金属化纸带或半导体纸带。
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