一种中压耐火电缆的制作方法

1.本发明涉及耐火电缆领域，具体为一种中压耐火电缆。


背景技术：

2.耐火电缆是指在火焰燃烧情况下能够保持一定时间安全运行的电缆。耐火电缆广泛应用于高层建筑、地下铁道、地下街、大型电站及重要的工矿企业等与防火安全和消防救生有关的地方，一旦火灾发生，耐火电缆在燃烧条件下仍然能维持控制、监视、导引及报警等系统供电回路一段时间的正常工作，为消防救援和人员疏散提供宝贵时间，目前市售的耐火电缆最高能做到950℃火焰下持续通电180min不击穿，但是随着火情的复杂，已无法满足使用需求。


技术实现要素：

3.发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种中压耐火电缆。
4.所采用的技术方案如下：一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；若干个所述缆芯通过第一玻纤带绕包固定；所述玻纤带外依次包覆有第一气凝胶耐火层、第二玻纤带、第二气凝胶耐火层、第三玻纤带、钢带铠装层、第四玻纤带和外护套；所述第一气凝胶耐火层和第二气凝胶耐火层的材质相同，均由氮化硼气凝胶材料制成。
5.进一步地，所述氮化硼气凝胶材料的制备方法如下：将硼酸与三聚氰胺加入水和叔丁醇的混合溶剂中，加热搅拌直至得到均一透明的溶液，将碱土金属的可溶性盐溶于水中得到金属盐溶液，将两者混合后搅拌均匀，再加入十六烷基三甲基溴化铵和草酸，快速搅拌后静电场诱导，得到湿凝胶，对所述湿凝胶进行溶剂置换后，低温冷冻干燥得到前驱体，将所述前驱体在氮气氛围下升温至1100-1200℃焙烧即可得到所述氮化硼气凝胶材料。
6.进一步地，所述硼酸与三聚氰胺的质量比为1-4：1。
7.进一步地，所述碱土金属为镁。
8.进一步地，所述缆芯包括导体，所述导体外依次包覆有导体屏蔽层、聚乙烯内护套、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层。
9.进一步地，所述缆芯与所述第一玻纤带之间填充有金属氢氧化物。
10.进一步地，所述金属氢氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁。
11.进一步地，以重量份数计，所述外护套包括：氯化聚乙烯树脂80-100份、氯化丁基橡胶20-40份、环氧树脂10-20份、气相法白炭黑10-15份、改性氮化硼气凝胶材料30-50份、蒙脱土10-20份、硬脂酸钙2-4份、抗氧剂1010 0.1-1份、增塑剂1-3份、促进剂1-3份、硫化剂2-3份。
12.进一步地，所述改性氮化硼气凝胶材料的制备方法如下：将聚氧化乙烯、聚硅氧烷、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、乙腈混匀得到浸渍液，再将氮化硼气凝胶材料于其中浸渍后滤出并干燥即可。
13.进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的任意一种或多种与环氧大豆油的组合物。
14.本发明的有益效果：本发明提供了一种中压耐火电缆，氮化硼气凝胶材料具有低密度、高孔隙率、大的比表面积、良好的力学性能，作为第一和第二气凝胶耐火层能够提高电缆的隔热、耐火性能，而且对其重量增加不多，镁具有比硼更低的电负性，在溶解过程中镁离子易与三聚氰胺发生络合反应从而占据了一定的硼位点，作为隔断阻碍了硼原子与氮原子的结合，在静电场作用下，能够促进前驱体的快速析出，镁离子还能与草酸结合生成草酸镁，在焙烧时分解产生气体，产生大量孔洞和氮边缘缺陷，使得制成的氮化硼气凝胶材料具有较高的比表面积和保温、隔热性能，而且氮化硼气凝胶材料经过改性后能够作为填料应用到外护套中，能够均匀分散，并提高外护套的耐火、阻燃性能，经过测试，本发明所制备的中压耐火电缆能做到950℃火焰下持续通电300min不击穿，耐火、阻燃性能优异。
附图说明
15.图1为本发明实施例1所制备中压耐火电缆的结构示意图；图中标号分别代表：1-导体、2-导体屏蔽层、3-聚乙烯内护套、4-绝缘屏蔽层、5-金属屏蔽层、6-氢氧化镁粉末、7-第一玻纤带、8-第一气凝胶耐火层、9-第二玻纤带、10-第二气凝胶耐火层、11-第三玻纤带、12-钢带铠装层、13-第四玻纤带、14-外护套。
16.图2为本发明实施例1所制备的氮化硼气凝胶材料。
具体实施方式
17.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，除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
实施例1
18.一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；缆芯包括导体1和导体1外依次包覆的导体屏蔽层2、聚乙烯内护套3、绝缘屏蔽层4和金属屏蔽层5；导体屏蔽层2和绝缘屏蔽层4的材质均为半导电纸带；金属屏蔽层5的材质为镀锡铜编织网；三个呈品字形排列的缆芯通过第一玻纤带7绕包固定；第一玻纤带7外依次包覆有第一气凝胶耐火层8、第二玻纤带9、第二气凝胶耐火层
10、第三玻纤带11、钢带铠装层12、第四玻纤带13和外护套14；缆芯与第一玻纤带7之间填充有氢氧化镁粉末6；第一气凝胶耐火层8和第二气凝胶耐火层10的材质相同，均由氮化硼气凝胶材料制成，氮化硼气凝胶材料的制备方法如下：将46.4g硼酸与31.5g三聚氰胺加入到由100ml水和250ml叔丁醇组成的混合溶剂中，加热到80℃搅拌直至得到均一透明的溶液，将4.75g氯化镁溶于水中得到镁盐溶液，将两者混合后搅拌均匀，再加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵和4.6g草酸，快速搅拌30min，再转移至置于2000 v/m的静电场中诱导48h，得到湿凝胶，将湿凝胶依次放入20%正己烷/水混合溶剂、40%正己烷/水混合溶剂、60%正己烷/水混合溶剂、80%正己烷/水混合溶剂、正己烷中进行溶剂置换，每个浓度置换时间为24h，再低温冷冻干燥得到前驱体，将前驱体在氮气氛围下以5℃/min的速度升温至1150℃焙烧3h即可得到氮化硼气凝胶材料。
19.以重量份数计，外护套包括：氯化聚乙烯树脂90份、氯化丁基橡胶30份、环氧树脂15份、气相法白炭黑12份、改性氮化硼气凝胶材料40份、蒙脱土20份、硬脂酸钙3份、抗氧剂1010 0.5份、邻苯二甲酸二甲酯1份、环氧大豆油1份、促进剂tmtd 2份、硫化剂tcy 2.5份。
20.外护套的制备方法如下：将氯化聚乙烯树脂、氯化丁基橡胶、环氧树脂加入到密炼机中70℃塑炼5min，得到塑炼料，再将塑炼料与气相法白炭黑、改性氮化硼气凝胶材料、蒙脱土、硬脂酸钙、抗氧剂1010、邻苯二甲酸二甲酯、环氧大豆油、促进剂tmtd投入密炼机中混炼10min，混炼温度为145
±
5℃，再加入硫化剂tcy，继续混炼2min后，得到混炼胶料，将混炼胶料送入开炼机炼胶，切割下片、冷却即可；其中，改性氮化硼气凝胶材料的制备方法如下：将50g聚氧化乙烯、10g聚硅氧烷-15、2.5g 1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、250ml乙腈混匀得到浸渍液，再取氮化硼气凝胶材料粉末5g于其中室温浸渍30min后滤出并于60℃烘箱中干燥10h即可。
21.参考英国耐火电缆标准 bs6387中附录d耐火特性试验，对本实施例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335min不击穿。
实施例2
22.与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，外护套包括：氯化聚乙烯树脂100份、氯化丁基橡胶40份、环氧树脂20份、气相法白炭黑15份、改性氮化硼气凝胶材料50份、蒙脱土20份、硬脂酸钙4份、抗氧剂1010 1份、邻苯二甲酸二甲酯1.5份、环氧大豆油1.5份、促进剂tmtd 3份、硫化剂tcy 3份。
23.参考英国耐火电缆标准 bs6387中附录d耐火特性试验，对本实施例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320min不击穿。
实施例3
24.与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，外护套包括：氯化聚乙烯树脂80份、氯化丁基橡胶20份、环氧树脂10份、气相法白炭黑10份、改
性氮化硼气凝胶材料30份、蒙脱土10份、硬脂酸钙2份、抗氧剂1010 0.1份、邻苯二甲酸二甲酯0.5份、环氧大豆油0.5份、促进剂tmtd 1份、硫化剂tcy 2份。
25.参考英国耐火电缆标准 bs6387中附录d耐火特性试验，对本实施例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314min不击穿。
实施例4
26.与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，外护套包括：氯化聚乙烯树脂100份、氯化丁基橡胶20份、环氧树脂20份、气相法白炭黑10份、改性氮化硼气凝胶材料50份、蒙脱土10份、硬脂酸钙4份、抗氧剂1010 0.1份、邻苯二甲酸二甲酯1.5份、环氧大豆油0.5份、促进剂tmtd 3份、硫化剂tcy 2份。
27.参考英国耐火电缆标准 bs6387中附录d耐火特性试验，对本实施例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326min不击穿。
实施例5
28.与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，外护套包括：氯化聚乙烯树脂80份、氯化丁基橡胶40份、环氧树脂10份、气相法白炭黑15份、改性氮化硼气凝胶材料30份、蒙脱土20份、硬脂酸钙2份、抗氧剂1010 1份、邻苯二甲酸二甲酯0.5份、环氧大豆油1.5份、促进剂tmtd 1份、硫化剂tcy 3份。
29.参考英国耐火电缆标准 bs6387中附录d耐火特性试验，对本实施例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309min不击穿。
30.与实施例1基本相同，区别在于，外护套中不加入改性氮化硼气凝胶材料。
31.与实施例1基本相同，区别在于，外护套中直接加入氮化硼气凝胶材料，不经过改性。
32.将本发明实施例1-5及对比例1-2中所制备外护套作为试样进行性能测试；阻燃性能：依据gb/t 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为》的方法测定试样的氧指数；拉伸强度、断裂伸长率：依据gb/t 2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用实验方法》中的方法测定试样的拉伸强度和断裂伸长率；结果如下表1所示：
。
33.由上表1可知，本发明所制备的外护套具有较为良好的力学性能和较高的极限氧指数。
34.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。

技术特征：
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第一玻纤带绕包固定；所述玻纤带外依次包覆有第一气凝胶耐火层、第二玻纤带、第二气凝胶耐火层、第三玻纤带、钢带铠装层、第四玻纤带和外护套；所述第一气凝胶耐火层和第二气凝胶耐火层的材质相同，均由氮化硼气凝胶材料制成；以重量份数计，所述外护套包括：氯化聚乙烯树脂80-100份、氯化丁基橡胶20-40份、环氧树脂10-20份、气相法白炭黑10-15份、改性氮化硼气凝胶材料30-50份、蒙脱土10-20份、硬脂酸钙2-4份、抗氧剂1010 0.1-1份、增塑剂1-3份、促进剂1-3份、硫化剂2-3份；所述改性氮化硼气凝胶材料的制备方法如下：将聚氧化乙烯、聚硅氧烷、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、乙腈混匀得到浸渍液，再将氮化硼气凝胶材料于其中浸渍后滤出并干燥即可。2.如权利要求1所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述氮化硼气凝胶材料的制备方法如下：将硼酸与三聚氰胺加入水和叔丁醇的混合溶剂中，加热搅拌直至得到均一透明的溶液，将碱土金属的可溶性盐溶于水中得到金属盐溶液，将两者混合后搅拌均匀，再加入十六烷基三甲基溴化铵和草酸，快速搅拌后静电场诱导，得到湿凝胶，对所述湿凝胶进行溶剂置换后，低温冷冻干燥得到前驱体，将所述前驱体在氮气氛围下升温至1100-1200℃焙烧即可得到所述氮化硼气凝胶材料。3.如权利要求2所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述硼酸与三聚氰胺的质量比为1-4：1。4.如权利要求2所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述碱土金属为镁。5.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，所述导体外依次包覆有导体屏蔽层、聚乙烯内护套、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层。6.如权利要求1所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述缆芯与所述第一玻纤带之间填充有金属氢氧化物。7.如权利要求6所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述金属氢氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁。8.如权利要求1所述的中压耐火电缆，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的任意一种或多种与环氧大豆油的组合物。

技术总结
本发明涉及耐火电缆领域，具体为一种中压耐火电缆，包括若干个缆芯；若干个所述缆芯通过第一玻纤带绕包固定，所述玻纤带外依次包覆有第一气凝胶耐火层、第二玻纤带、第二气凝胶耐火层、第三玻纤带、钢带铠装层、第四玻纤带和外护套，所述第一气凝胶耐火层和第二气凝胶耐火层的材质相同，均由氮化硼气凝胶材料制成，本发明所制备的中压耐火电缆能做到950℃火焰下持续通电300min不击穿。下持续通电300min不击穿。下持续通电300min不击穿。


技术研发人员：李华斌 易智敏 聂磊
受保护的技术使用者：湖南华菱线缆股份有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/9/9