CN106504817A - 一种柔性无卤阻燃防火电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于线缆技术领域，涉及一种新型的柔性无卤阻燃防火电缆及其制备方法。该电缆共四层结构，由导电铜线芯，特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料所构成的绝缘防火层，无机复合带耐火层和无卤阻燃聚合物护套层所组成。导电铜线芯被绝缘防火层所包覆，该层通过橡胶挤出加工设备挤出成型；在绝缘防火层之上绕包耐火无机复合带，构成耐火层，最后在耐火层外围通过挤出加工包覆无卤阻燃聚合物护套层。本发明与其它防火电缆相比具有以下特点：柔性好，可以较大程度弯曲；具有极好的耐火防火性能；阻燃性能优良，烟量低；生产过程中电缆的长短不受限制；铺设方便，成本低。
Description
技术领域
本发明属于线缆技术领域，涉及一种新型的柔性无卤阻燃防火电缆及其制备方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展和对建筑物安全的重视，防火电缆得到更加广泛的应用，国家及地方政府相关部门在各类建筑物防火设计规范中对于防火电缆的选择及使用也有较为明确的要求。防火电缆的结构与普通电缆最主要的不同点就是防火电缆增加防火层。目前，市面上使用的防火电缆仍以传统的两层或多层云母带重叠绕包工艺为主。这种电缆在高温高压下易被击穿，从而失去绝缘性。其次是氧化镁矿物绝缘电缆。这种电缆具有优异的防火性能，但由于矿物绝缘电缆需要专门的生产加工设备，设备昂贵，资金投入较大；另外，电缆的外护层是全铜的，造价较高，在实际应用方面受到一定程度的限制；加上铜护套氧化镁矿物绝缘电缆在运输、敷设安装和使用等过程中的特殊要求，很难大规模地普及使用，特别难以在民用建筑上推广。而本发明涉及一种新型的柔性无卤阻燃防火电缆及其制备方法，有助于解决上述这些问题。
发明内容
本发明的目的在于解决目前各种防火电缆所存在的缺点，研制出一种新型的柔性无卤阻燃防火电缆，并提供其制备方法。本发明的防火电缆具有导电线芯，防火绝缘层，耐火层和无卤阻燃护套层等四层结构。防火绝缘层选用具有优异防火性能的特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，以硅橡胶为基料及载体，加入无机纳米二氧化硅粒子、结构控制剂，硫化剂以及其它助剂通过共混挤出制备得到。在常温下无毒、无味，具有耐高低温、耐臭氧老化、耐气候老化及优良的电绝缘性能，最重要的是具备了普通硅橡胶的良好的加工性能，使用普通的电缆挤出设备即可成型，从而降低了投资成本，简化了防火电缆的生产工艺。在护套层的制备上，通过在聚烯烃中添加一定用量的无卤阻燃剂，制备出无卤阻燃聚烯烃电缆料，将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在耐火层之上，使得电缆具有良好的阻燃性能，燃烧时发烟量小，不产生有毒、腐蚀性气体。本发明制备得到的柔性无卤阻燃防火电缆产品，柔性好，可以较大程度弯曲；具有极好的耐火防火性能；阻燃性能优良，低烟无毒；生产过程中电缆的长短不受限制；铺设方便，成本低，具有极大的市场前景。
其技术方案为：首先制备铜芯导线，将铜杆在拉丝机上进行拉丝，使其直径达到合适的尺寸，然后进行退火处理后卷线待用，或者进一步通过绞线机进行绞线后再卷线待用。其次，制备特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，方法是将100质量份的硅橡胶，20-80份无机纳米二氧化硅粒子，1-10份的结构控制剂，0.5-5份的硫化剂，1-5份的其它助剂，经过真空捏合机捏合3-15分钟、接着采用密炼机混炼5-20分钟，制得可供挤出成型的特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，接着将特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料通过橡胶电缆专用挤出机，在50-100℃温度范围内挤出包覆在铜芯导线上，从而构成特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料绝缘防火层。然后，将合适尺寸的耐火性能良好的复合云母带，通过绕包机将其重叠绕包在上述的绝缘防火层之上。绕包过程中的重叠率为25％-50％，绕包角为40-50°。以电缆级聚烯烃为基料，加入无卤阻燃剂和其它助剂，制备无卤阻燃聚烯烃电缆料。再次，将聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂经过混料机进行混合，混合组分的用量按聚烯烃为100份，阻燃剂为1-20份，其它助剂为1-5份，接着通过挤出机在130-180℃温度范围内混炼均匀，得到无卤阻燃聚烯烃电缆料。最后，将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在160-220℃温度范围内，将其挤出包覆在无机复合云母带所构成耐火层之上，最终得到柔性无卤阻燃防火电缆产品。
所述的硅橡胶基体可以是二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶，氟硅橡胶，乙基硅橡胶，硅氮橡胶，苯撑硅橡胶，腈硅橡胶等橡胶中的一种或几种的混合物。
所述的无机纳米二氧化硅粒子的粒径范围为50-500纳米。
所述的结构控制剂是二苯基硅二醇，二苯基二羟基硅氧烷中的一种或两种的混合物。
所述的硫化剂是过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷等中的一种或几种的混合物。
所述的特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，其各种组分所占的重量份数为：以100份硅橡胶为基准，无机纳米二氧化硅粒子为20-80份，结构控制剂为1-10份，硫化剂为0.5-5份，其它助剂为1-5份。
所述的电缆级聚烯烃可以是聚乙烯或聚丙烯中的一种。
所述的无卤阻燃剂可以是氢氧化铝，氢氧化镁，聚磷酸铵，磷酸氢二铵，磷酸酯，亚磷酸酯，磷氮复配型阻燃剂，硅树脂阻燃剂，聚硅硼氧烷阻燃剂中的一种或几种的混合物。
所述的无卤阻燃聚烯烃电缆料，其各种组分所占的重量份数为：以聚烯烃100份为基准，阻燃剂为1-20份，其它助剂为1-5份。
本发明与现有技术相比，其优点为：特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料构成绝缘防火层，即可起到绝缘的作用，又具有防火层的作用。特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料在火焰的烧蚀下，首先由配方中的结构控制剂作用，溢出有机物质，燃烧2-4min后开始烧结，生成类似陶瓷状壳体的绝缘层。这种隔绝层可以非常有效地阻挡火焰的继续燃烧。在接下来的烧蚀过程中，这种隔绝层会生成更加致密的SiO2无机防火层，形成经得起700-1300℃高温火焰烧蚀的绝缘体，并具有一定的机械性能，能够抵御火灾现场水浇和间接的机械振动。与氧化镁矿物绝缘电缆相比，加工工艺简单、敷设安装方便、价格较低，具有良好的市场前景。
附图说明
图1柔性无卤阻燃防火电缆的截面图。其中，1.导线线芯，2.绝缘防火层，3.耐火层，4.护套层。
具体实施方式：
实施例1
将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后卷线待用。将100质量份的二甲基硅橡胶，20份粒径为100纳米的二氧化硅粒子，2份的二苯基硅二醇，1份的过氧化二异丙苯，2份其它助剂，在真空捏合机捏合5分钟、接着采用密炼机混炼10分钟，制得特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，接着将特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料通过橡胶电缆专用挤出机，60℃挤出包覆在铜芯导线上，构成特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料绝缘防火层。然后将复合云母带通过绕包机，重叠绕包在绝缘防火层之上。绕包过程中的重叠率为50％，绕包角为50°。将100份聚乙烯和20份聚磷酸铵以及5份其它助剂经过混料机进行混合5分钟，接着通过挤出机在130℃混炼均匀，得到无卤阻燃聚烯烃电缆料。最后，将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在180℃将其挤出包覆在无机复合云母带所构成耐火层之上，最终得到柔性无卤阻燃防火电缆产品。
实施例2
将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后卷线待用。将100质量份的甲基乙烯基硅橡胶，30份粒径为100纳米的二氧化硅粒子，2份的二苯基硅二醇，2份的过氧化二异丙苯，5份其它助剂，在真空捏合机捏合8分钟、接着采用密炼机混炼20分钟，制特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，接着将特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料通过橡胶电缆专用挤出机，80℃挤出包覆在铜芯导线上，构成绝缘防火层。然后将复合云母带通过绕包机，重叠绕包在特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料绝缘防火层之上。绕包过程中的重叠率为30％，绕包角为40°。将100份聚丙烯和15份亚磷酸酯以及3份其它助剂经过混料机进行混合8分钟，接着通过挤出机在170℃混炼均匀，得到无卤阻燃聚烯烃电缆料。最后，将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在200℃将其挤出包覆在无机复合云母带所构成耐火层之上，最终得到柔性无卤阻燃防火电缆产品。
实施例3
将铜杆在拉丝机上进行拉丝，然后进行退火处理后进行绞线并卷线待用。将100质量份的乙基硅橡胶，25份的粒径为300纳米的无机二氧化硅粒子，2份的二苯基二羟基硅氧烷，2份的过氧化苯甲酰，2份其它助剂，在真空捏合机捏合10分钟、接着采用密炼机混炼15分钟,制得特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料,接着将特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料通过橡胶电缆专用挤出机，70℃挤出包覆在铜芯导线上，构成绝缘防火层。然后将复合云母带通过绕包机，重叠绕包在特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料绝缘防火层之上。绕包过程中的重叠率为40％，绕包角为45°。将100份聚丙烯和18份聚硅硼氧烷以及5份其它助剂经过混料机进行混合10分钟，接着通过挤出机在190℃混炼均匀，得到无卤阻燃聚烯烃电缆料。最后，将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在210℃将其挤出包覆在无机复合云母带所构成耐火层之上，最终得到柔性无卤阻燃防火电缆产品。
表一 实施例一柔性无卤阻燃防火电缆的防火性能(耐火特性试验)
Claims (10)
1.一种柔性无卤阻燃防火电缆，其特征在于，该电缆由四层组成，铜线芯构成导电层，特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料构成绝缘防火层，无机复合带构成耐火层，无卤阻燃聚合物构成护套层。
2.权利要求1所述的柔性无卤阻燃防火电缆，其特征在于，该电缆由金属铜导体构成线芯，既可以是单线芯，也可以是多线芯绞合在一起所形成；特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料构成绝缘防火层，该特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料由硅橡胶和纳米二氧化硅粒子以及助剂组成；所述的无机复合带为云母带；所述的无卤阻燃聚合物为无卤阻燃聚烯烃。
3.权利要求1或2所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
（1）首先制备铜芯导线，将铜杆在拉丝机上进行拉丝，使其直径达到合适的尺寸，进行退火处理后卷线待用，或者进一步通过绞线机进行绞线后再卷线待用；
（2）其次，制备特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，以硅橡胶为基料及载体, 加入无机纳米二氧化硅粒子，结构控制剂，硫化剂以及助剂，经过真空捏合机捏合、密炼机混炼，制成可供挤出成型的特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，接着将特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料通过橡胶电缆专用挤出机包覆在铜芯导线上，从而构成特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料绝缘防火层；
（3）将复合云母带通过绕包机将其重叠绕包在上述的绝缘防火层之上；
（4）以电缆级聚烯烃为基料，加入无卤阻燃剂和助剂，制备无卤阻燃聚烯烃电缆料，将聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂经过混料机进行混合，然后通过挤出机混炼均匀，挤出得到无卤阻燃聚烯烃电缆料，最后将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在无机复合云母带所构成耐火层之上成型，最终得到柔性无卤阻燃防火电缆产品。
4.权利要求3所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，铜杆在拉丝机上进行拉丝，拉丝后可以直接使用，也可以将3-10根铜丝进行绞线后制备成铜绞线后使用。
5. 权利要求3所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，制备所述的橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，以硅橡胶为基料及载体，硅橡胶可以是二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶，氟硅橡胶，乙基硅橡胶，硅氮橡胶，苯撑硅橡胶，腈硅橡胶等橡胶中的一种或几种的混合物；所述的补强填充剂为无机纳米二氧化硅粒子；所述的结构控制剂是二苯基硅二醇，二苯基二羟基硅氧烷中的一种或两种的混合物；所述的硫化剂是氧化苯甲酰, 过氧化二异丙苯、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰) 、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷等中的一种或几种的混合物；其各种组分所占的重量份数为：以硅橡胶100份为基准，无机纳米二氧化硅粒子为20-80份，结构控制剂为1-10份，硫化剂为0.5-5份，其它助剂为1-5份。
6.权利要求5所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，制备橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料，常温下将各组分在真空捏合机捏合3-15分钟、密炼机混炼5-20分钟，然后在50-100℃温度范围内通过橡胶电缆专用挤出机包覆在铜芯导线上，从而构成特种橡胶/无机纳米粒子杂化复合材料绝缘防火层。
7.权利要求3所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，将复合云母带通过绕包机重叠绕包在上述的绝缘防火层之上，重叠率为25%-50%，绕包角为40-50o。
8.权利要求3所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，以电缆级聚烯烃为基料，制备无卤阻燃聚烯烃电缆料，电缆级聚烯烃可以是聚乙烯或聚丙烯中的一种；所所添加的无卤阻燃剂是氢氧化铝，氢氧化镁，聚磷酸铵，磷酸氢二铵，磷酸酯，亚磷酸酯，磷氮复配型阻燃剂，硅树脂阻燃剂，聚硅硼氧烷阻燃剂中的一种或几种的混合物，其各种组分所占的重量份数为：以聚烯烃100份为基准，阻燃剂为1-20份，其它助剂为1-5份。
9.权利要求8所述的柔性无卤阻燃防火电缆的制备方法，其特征在于，将各组分按比例在混料机里混合3-10分钟，然后在130-180℃通过挤出机混炼均匀，挤出得到无卤阻燃聚烯烃电缆料，最后将该电缆料通过专用电缆挤出成型设备，在160-220℃温度范围内挤出包覆在无机复合云母带所构成耐火层之上，最终得到柔性无卤阻燃防火电缆产品。
10.权利要求1-9任一项所述的柔性无卤阻燃防火电缆在制备防火电缆上的应用。
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