CN117558510A - 一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，属于电线电缆的技术领域。将金属丝绞合成导体，采用挤出工艺在导体外包覆绝缘层，将多根绝缘金属丝绞成电缆单元，接着在其外部包覆屏蔽层，随后将包带缠绕于多根电磁屏蔽电缆线的外部并将填充料填于相邻两个电磁屏蔽电缆线之间，最后采用挤出工艺在最外层包覆保护套，形成电缆。本发明中N、B、Si与氢氧化镁协同阻燃，显著提升电缆的阻燃性能和抑烟效果；Si‑O‑Si的交联网络结构、阻燃剂上碳碳双键在熔融过程中与乙烯‑醋酸乙烯酯产生的化学作用，促进了交联乙烯‑醋酸乙烯酯聚合物的形成，极大提高电缆综合性能的同时还能让其长期保持优异的阻燃性能和抑烟效果。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆技术领域，具体地，涉及一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法。
背景技术
城市化进程的加快与人口数量的迅速增加促进了城市轨道交通的快速发展，电线电缆在城市轨道交通基础设施建设与使用过程中发挥着重要作用，阻燃电缆成为上述场所配套电缆的首要选择。因为这些场所一旦发生火灾，由于人员密集、建筑物建构复杂等因素，人员疏散和救援工作开展具有较大难度。
早期人们通过在电线电缆制造过程中添加一定量的含卤素阻燃剂或使用聚氯乙烯和锑系阻燃剂来达到阻燃的目的，但是这类电缆在燃烧过程中会释放出卤素、酸雾和烟雾，这些物质会在人们逃亡和救援过程中造成二次伤害，严重时还会导致人的窒息死亡，同时电缆的机械性能和电性能有所下降。现有的无卤阻燃电缆材料在燃烧时虽然不会产生有毒有害物质，但是其在燃烧时依旧会发出较多烟雾，很难作为城市轨道交通用电缆被使用，且现有的无卤阻燃电缆材料的阻燃剂可能会受到外界环境的影响而失效、阻燃性能也有待进一步地提升，因此亟待设计一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，包括以下步骤：将拉丝、退火后的多根金属丝绞合成金属导体，采用挤出工艺在金属导体的外表面包覆绝缘层以制得绝缘金属丝，将多根绝缘金属丝绞成电缆单元，接着将电磁屏蔽物以绕包的形式包覆于电缆单元的外部形成屏蔽层，随后将隔热包带缠绕于多根电磁屏蔽电缆线的外部并将填充料填充于相邻的两个电磁屏蔽电缆线之间以制得毛坯电缆，最后采用挤出工艺在最外层包覆保护套，形成电缆。
进一步地，所述绝缘层为云母带。
进一步地，所述屏蔽层为镀锡铜丝编织。
进一步地，所述包带为薄型无纺布。
进一步地，所述填充料为芳尼龙丝。
进一步地，所述保护套材料通过如下步骤制备：
将70-80份乙烯-醋酸乙烯酯树脂、3-10份的阻燃剂、0.04-0.24份过氧化二异丙苯、6-12份的增塑剂、5-10份的钙锌热稳定剂、2-3份的1076抗氧剂、2-4份的UV234抗紫外线剂、2-5份的硅油润滑剂和1-2份的色母，加入双螺杆挤出机熔融混合后挤出，制成保护套材料。
进一步地，所述阻燃剂通过如下步骤制备：
S1、氮气保护下在四口烧瓶中依次加入苯硼酸、十一烯醇和二甲基亚砜，充分搅拌至均匀，随后缓慢加入浓盐酸，在室温、350r/min下搅拌反应1h，反应结束后进行离心并用去离子水洗涤直至上清液呈中性，洗涤后将产物于110℃真空干燥12h，得到中间体1；
苯硼酸的硼羟基可与十一烯醇的羟基在酸催化剂的促进下发生酯化反应，控制苯硼酸与十一烯醇的摩尔比为1：1且苯硼酸略过量。反应过程如下：
S2、氮气保护下在四口烧瓶中依次加入中间体1、1,4-丁二醇和二甲基亚砜，充分搅拌至均匀，随后缓慢加入浓盐酸，在室温、350r/min下搅拌反应4h，反应结束后进行离心并用去离子水洗涤直至上清液呈中性，洗涤后将产物于110℃真空干燥12h，得到中间体2；
中间体1的硼羟基可与1,4-丁二醇的羟基在酸催化剂的促进下发生酯化反应，控制中间体1与1,4-丁二醇的摩尔比为1：1且1,4-丁二醇略过量。反应过程如下：
S3、在四口烧瓶中依次加入中间体2、二甲基亚砜、异氰酸丙基三乙氧基硅烷和催化剂辛酸亚锡，充分搅拌至均匀，在60-90℃、350r/min下搅拌反应6h，反应结束后进行离心并用无水乙醇洗涤3-5次，洗涤结束后将产物于80℃真空干燥12h，得到中间体3；
异氰酸丙基三乙氧基硅烷的异氰基与中间体2的羟基发生亲核加成反应，羟基中的氧原子攻击异氰基的碳原子，形成一个新的碳-氧化合物键，控制中间体2与异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：1。反应过程如下：
S4、称取氢氧化镁放入烧杯中,用去离子水混合均匀后，向烧杯中滴加浓盐酸调节pH值为5，随后将混合物倒入三口烧瓶中，开启搅拌并加热，使混合物温度保持在55-75℃。接着，将无水乙醇与中间体3混合均匀后缓慢滴加入三口烧瓶中，滴加完毕后在55-75℃持续加热搅拌10h，最后冷却至室温，将混合物进行抽滤，用无水乙醇洗涤3-5次，洗涤结束后将产物于80℃下真空干燥12h，得到阻燃剂。氢氧化镁与中间体3的质量比为8：1。
中间体3上的三乙氧基硅烷可以发生水解后再缩合，形成Si-O-Si和Si-OH；其中硅羟基中的羟基可以与Mg(OH)2表面的羟基形成氢键，再脱水缩合形成共价键，反应过程如下所示：
无卤阻燃元素N、B、Si发挥协同阻燃效应，提高了阻燃剂和保护套的阻燃性能；氢氧化镁不仅可以阻燃，其受热分解时生成的活性MgO除阻燃外还具有抑烟作用；硅醇与氢氧化镁之间的共价键可以在牢固结合氢氧化镁的同时分散氢氧化镁，最大限度地发挥无机阻燃剂的阻燃效果和抑烟效果，同时也能产生有机-无机杂化阻燃效应，显著提升阻燃剂和保护套的阻燃性能和抑烟效果；阻燃剂上的硅醇之间缩合形成交联，产生Si-O-Si的交联网络结构，另外阻燃剂上还有碳碳双键，其在熔融过程中能够与乙烯-醋酸乙烯酯产生化学作用，从而接枝于乙烯-醋酸乙烯酯，进而形成交联乙烯-醋酸乙烯酯聚合物，这种结构使保护套的耐热性、绝缘性、机械强度、耐腐蚀性都得到进一步的提升，极大提高了保护套的综合性能，这种交联结构还能让阻燃剂和保护套不受外界环境变化的影响，长期保持优异的阻燃性能和抑烟效果。
本发明的有益效果：N、B、Si发挥协同阻燃效应，提高电缆的阻燃性能；氢氧化镁不仅可以阻燃，其受热分解时生成的活性MgO除阻燃外还具有抑烟作用；硅醇与氢氧化镁间的共价键可在牢固结合氢氧化镁的同时分散氢氧化镁，最大限度地发挥氢氧化镁的阻燃效果和抑烟效果，同时也能产生有机-无机杂化阻燃效应，显著提升电缆的阻燃性能和抑烟效果；Si-O-Si的交联网络结构、阻燃剂上碳碳双键在熔融过程中与乙烯-醋酸乙烯酯产生的化学作用，促进了交联乙烯-醋酸乙烯酯聚合物的形成，极大提高电缆综合性能的同时还能让其长期保持优异的阻燃性能和抑烟效果。
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
制备阻燃剂，具体包括以下步骤：
S1、氮气保护下在250mL的四口烧瓶中依次加入10.9g的苯硼酸、20mL的十一烯醇和100mL的二甲基亚砜，充分搅拌至均匀，随后缓慢加入6mL的浓盐酸，在室温、350r/min下搅拌反应1h，反应结束后进行离心并用去离子水洗涤直至上清液呈中性，洗涤后将产物于110℃真空干燥12h，得到中间体1；
S2、氮气保护下在250mL的四口烧瓶中依次加入15g的中间体1、4.5g的1,4-丁二醇和100mL的二甲基亚砜，充分搅拌至均匀，随后缓慢加入4.5mL的浓盐酸，在室温、350r/min下搅拌反应4h，反应结束后进行离心并用去离子水洗涤直至上清液呈中性，洗涤后将产物于110℃真空干燥12h，得到中间体2；
S3、在250mL的四口烧瓶中依次加入17.8g的中间体2、100mL的二甲基亚砜、8.1g的异氰酸丙基三乙氧基硅烷和0.05g的辛酸亚锡，充分搅拌至均匀，在60℃、350r/min下搅拌反应6h，反应结束后进行离心并用无水乙醇洗涤5次，洗涤结束后将产物于80℃真空干燥12h，得到中间体3；
S4、称取24g的氢氧化镁放入烧杯中,再加200mL的去离子水混合均匀，接着向烧杯中滴加浓盐酸调节pH值为5，随后将混合物倒入500mL的三口烧瓶中，开启搅拌并加热，使混合物温度保持在65℃。接着，将15mL的无水乙醇与3g的中间体3混合均匀后缓慢加入三口烧瓶中，滴加完毕后在65℃持续搅拌10h，最后冷却至室温，进行抽滤，并用无水乙醇洗涤5次，洗涤结束后将产物于80℃下真空干燥12h，得到阻燃剂。
实施例2
其余步骤不变，将实施例1中的步骤S4去除，得到阻燃剂。
实施例3
制备保护套材料，包括以下步骤：
将70份乙烯-醋酸乙烯酯树脂、3份实施例1的阻燃剂、0.04份过氧化二异丙苯、6份的增塑剂、5份的钙锌热稳定剂、2份的1076抗氧剂、2份的UV234抗紫外线剂、2份的硅油润滑剂和1份的色母，加入双螺杆挤出机熔融混合后挤出，制成保护套材料。
实施例4
制备保护套材料，包括以下步骤：
将80份乙烯-醋酸乙烯酯树脂、10份实施例1的阻燃剂、0.24份过氧化二异丙苯、12份的增塑剂、10份的钙锌热稳定剂、3份的1076抗氧剂、4份的UV234抗紫外线剂、5份的硅油润滑剂和2份的色母，加入双螺杆挤出机熔融混合后挤出，制成保护套材料。
实施例5
制备保护套材料，包括以下步骤：
将75份乙烯-醋酸乙烯酯树脂、5份实施例1的阻燃剂、0.06份过氧化二异丙苯、8份的增塑剂、7份的钙锌热稳定剂、2.5份的1076抗氧剂、3份的UV234抗紫外线剂、3份的硅油润滑剂和1.5份的色母，加入双螺杆挤出机熔融混合后挤出，制成保护套材料。
实施例6
其余步骤不变，去除实施例5的阻燃剂，得到保护套材料。
实施例7
其余步骤不变，实施例5的阻燃剂用实施例2的阻燃剂替代，得到保护套材料。
实施例8
其余步骤不变，实施例5的阻燃剂用上海锶铭橡塑科技有限公司的有机硅阻燃剂FS2081替代，得到保护套材料。
实施例9
其余步骤不变，最后采用挤出工艺在最外层包覆实施例3的保护套，形成电缆。
实施例10
其余步骤不变，最后采用挤出工艺在最外层包覆实施例4的保护套，形成电缆。
实施例11
其余步骤不变，最后采用挤出工艺在最外层包覆实施例5的保护套，形成电缆。
对比例1
其余步骤不变，最后采用挤出工艺在最外层包覆实施例6的保护套，形成电缆。
对比例2
其余步骤不变，最后采用挤出工艺在最外层包覆实施例7的保护套，形成电缆。
对比例3
其余步骤不变，最后采用挤出工艺在最外层包覆实施例8的保护套，形成电缆。
将实施例3-8制得的保护套材料根据不同测试标准制成相应形状进行测试，测试结果如下表1所示：
表1
| 项目 | 极限氧指数/％ |
| 试验标准 | GB/T 2406-2008 |
| 实施例3 | 41.9 |
| 实施例4 | 42.3 |
| 实施例5 | 42.5 |
| 实施例6 | 19.8 |
| 实施例7 | 34.1 |
| 实施例8 | 35.4 |
将实施例9-11和对比例1-3制得的电缆，根据不同测试标准制成相应形状进行性能测试，测得结果如下表2所示：
表2
| 项目 | 耐火测试 | 毒性 | 烟密度 | 阻燃等级 |
| 试验标准 | EN 50200 | NES-713 | GB/T 8323 | IEC 60332 |
| 实施例9 | 通过 | 3 | 50 | A |
| 实施例10 | 通过 | 3 | 49 | A |
| 实施例11 | 通过 | 3 | 49 | A |
| 对比例1 | 不通过 | 7 | 160 | D |
| 对比例2 | 通过 | 4 | 70 | A |
| 对比例3 | 通过 | 4 | 80 | B |
由测试结果可知，实施例3-5制得的保护套具有显著的阻燃性，实施例9-11制得的电缆具有稳定且高效的阻燃性、超低的烟密度和毒性，综合性能远优于对比例3中利用现有阻燃剂制得的电缆，在城市轨道交通用电缆有着重要的应用意义。
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 (10)
1.一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属丝绞合成导体，采用挤出工艺在导体外包覆绝缘层，将多根绝缘金属丝绞成电缆单元，接着在电缆单元外部包覆屏蔽层，随后将包带缠绕于多根电磁屏蔽电缆线的外部并将填充料填充于相邻两个电磁屏蔽电缆线之间，最后采用挤出工艺在最外层包覆保护套，形成电缆。
2.根据权利要求1所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述保护套材料通过如下步骤制备：
将70-80份乙烯-醋酸乙烯酯树脂、3-10份的阻燃剂、0.04-0.24份过氧化二异丙苯、6-12份的增塑剂、5-10份的钙锌热稳定剂、2-3份的1076抗氧剂、2-4份的UV234抗紫外线剂、2-5份的硅油润滑剂和1-2份的色母，加入双螺杆挤出机熔融混合后挤出，制成保护套材料。
3.根据权利要求2所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述阻燃剂通过如下步骤制备：
S1、氮气保护下在烧瓶中加入苯硼酸、十一烯醇、二甲基亚砜、浓盐酸，在350r/min下搅拌1h，结束后离心，用去离子水洗涤直至上清液呈中性，洗涤后将产物于110℃真空干燥12h，得到中间体1；
S2、氮气保护下在烧瓶中加入中间体1、1,4-丁二醇、二甲基亚砜、浓盐酸，在350r/min下搅拌4h，结束后离心，用去离子水洗涤直至上清液呈中性，洗涤后将产物于110℃真空干燥12h，得到中间体2；
S3、在烧瓶中加入中间体2、二甲基亚砜、异氰酸丙基三乙氧基硅烷和辛酸亚锡，在60℃、350r/min下搅拌6h，结束后离心并用无水乙醇洗涤，洗涤结束后将产物于80℃真空干燥12h，得到中间体3；
S4、将氢氧化镁、去离子水混合均匀，随后滴加浓盐酸调节pH值为5，接着倒入烧瓶中搅拌并加热至65℃，随后将无水乙醇与中间体3混合均匀后加到烧瓶内，滴加完毕后在65℃搅拌10h，结束后冷却、抽滤和用无水乙醇洗涤，洗涤结束后将产物于80℃下真空干燥12h，得到阻燃剂。
4.根据权利要求3所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述步骤S1的苯硼酸与十一烯醇的摩尔比为1：1且苯硼酸略过量。
5.根据权利要求3所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述步骤S2的中间体1与1,4-丁二醇的摩尔比为1：1且1,4-丁二醇略过量。
6.根据权利要求3所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述步骤S3的中间体2与异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：1。
7.根据权利要求3所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述步骤S4的氢氧化镁与中间体3的质量比为8：1。
8.根据权利要求1所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述绝缘层为云母带。
9.根据权利要求1所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述屏蔽层为镀锡铜丝编织。
10.根据权利要求1所述的一种低烟阻燃城市轨道交通用电缆的生产方法，其特征在于，所述填充料为芳尼龙丝。
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