CN113445340A - 一种高阻燃耐火电缆填充绳及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高阻燃耐火电缆填充绳及其制备方法，包括以下步骤：利用原料制作纱线；将纱线浸渍在阻燃液中，取出后去除纱线内多余阻燃液；涂覆阻燃胶，压紧并去除多余阻燃胶；喷涂阻燃干粉；涂覆阻燃胶，压紧并去除多余阻燃胶，之后烘干；涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，刮匀，之后烘干；制备填充绳，即得。本发明填充绳伸长率大于15％，具有包括纱线内部阻燃液在内的四层阻燃结构和外部的耐火结构，氧指数大于60％，在950℃下4h不开裂，同时具备优良的阻燃性能和耐火性能；表面具有抗氧化层自锁结构功能，提高产品在高温辐照环境下，阻燃与抗张强度的稳定性；无吸湿性，含水率小于1％。

Description

一种高阻燃耐火电缆填充绳及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆制造技术领域，具体涉及一种高阻燃耐火电缆填充绳及其制备方法。

背景技术

目前电缆产业已成为机械工业中，仅次于汽车行业的第二大产业。2020年其产值已过 15000万亿元左右，而其中的阻燃电缆耐火电缆约占其中的50％。阻燃类耐火电缆2020年需求量达到近5千亿元，而用于其中必不可少的阻燃耐火电缆内部缆芯填充绳达到5万吨以上年用量，并且每年用量仍将以10％左右速度增大。

目前市场上用于阻燃耐火电缆内部填充绳品种多，国内同类产品阻燃耐火填充绳性能参差不齐，稳定性和环保性差。目前国内阻燃性填充绳常用的填充绳有玻璃纤维填充绳、岩棉填充绳、阻燃聚丙烯撕裂网装填充绳、阻燃涤纶棉纱填充绳、阻燃棉纱填充绳和陶瓷硅化橡胶填充绳，其中仅陶瓷硅化橡胶填充绳能够达到较好的耐火性能，但其价格高、比重大、阻燃氧指数小于30％、阻燃性能差。另外，玻璃纤维填充绳、岩棉填充绳、阻燃聚丙烯撕裂网装填充绳环保性较差，抗辐射性能差，无法适用于核级电缆中。阻燃涤纶棉纱填充绳和阻燃棉纱填充绳阻燃氧指数小于30％，阻燃性能差。

因此，目前市场上没有集抗氧化、抗辐射、长寿命、阻燃、耐火于一体的多性能填充材料，难以满足中国领跑世界的核电、高铁等线缆的长寿命、高阻燃、抗辐射的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高阻燃耐火电缆填充绳及其制备方法，该填充绳具有优异的抗氧化、抗辐射、长寿命、阻燃、耐火性能，各项性能指标能够满足高性能阻燃电缆高速发展的要求。

为了实现上述目的，本发明第一方面公开了一种高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，包括如下步骤：

一种高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，包括如下步骤：

S1利用原料制作纱线；

S2将S1制作的纱线浸渍在阻燃液中，取出后去除纱线内多余阻燃液，得到A；

S3在S2得到的A表面涂覆阻燃胶，涂覆完成后将A表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，得到B；

S4在S3得到的B表面喷涂阻燃干粉，得到C；

S5将S4得到的C表面涂覆阻燃胶，涂覆完成后将C表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，之后烘干，得到D；

S6在S5得到的D表面涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，涂覆完成后将E表面陶瓷化硅橡胶功能液刮匀，之后烘干，得到E；

S7取一根或多根S6得到的E制备填充绳，即得。

通过采用上述方案，采用纱线作为基材，首先将纱线浸渍在阻燃液中，阻燃液能够充分渗透到纱线内部纤维，克服了目前同类产品内部无阻燃性特点以及同类产品在外部燃烧后纱线内部仍可再燃烧的问题，提高了产品从内到外具有阻燃的特性；之后再进行第一次涂覆阻燃胶，阻燃胶本身作为一层阻燃层存在，同时也能够将内部易吸湿返潮的阻燃液与外部空气隔绝，有助于纱线内部保持阻燃性；之后利用阻燃胶的粘性在表面喷涂阻燃干粉，阻燃干粉形成另一层阻燃层；之后在阻燃干粉表面第二次涂覆阻燃胶，并烘干将阻燃干粉封闭形成另一层阻燃层，有效防止阻燃干粉脱落、掉粉和飞扬；最后在第二次涂覆的阻燃胶表面涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，增加耐火性。

填充绳整体呈多层结构，保证产品由内至外的阻燃特性，多层阻燃层和外部的耐火性协同作用提高填充绳的阻燃耐火性能和使用寿命。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步的，所述S1中的原料为棉料，所述S1的纱线支数为2～3支，所述纱线的具体制作方法包括如下步骤：

S11采用高速撕裂粉碎机将原料打碎呈细小狭长的碎料，之后用粗开松机处理得到纤维状短丝；

S12采用大仓混棉机处理步骤S11得到的纤维状短丝，得到蓬松纤维；

S13采用精开松机对步骤S12得到的蓬松纤维进一步处理，之后经气压棉箱收集和梳理机梳理得到网状纤维层，之后采用气流纺工艺制造，即得。

通过采用上述方案，本申请纱线的原料可采用废衣棉等，解决市场大量废旧衣服、棉被等废物回收再利用的问题；采用高速撕裂粉碎机打碎原料后，依次粗开松、混棉机蓬松、精开松、梳理、气流纺可快速成纤，成纤合格率高。

进一步的，所述S2中的阻燃液为质量浓度15～25％的磷氮水性阻燃液。

进一步的，所述S3和S5中的阻燃胶包括如下质量份组分：7～8份阻燃料，2～3份乳液，所述阻燃料为氢氧化镁或氢氧化镁或两者混合物，所述乳液为丙烯酸乳液或乙酸乙酯共聚乳液。

进一步的，所述S4中的阻燃干粉为氢氧化镁粉末或氢氧化铝粉末，且阻燃干粉的目数为1000～5000目。

通过采用上述方案，目数过小，会导致阻燃干粉密集度降低，影响阻燃性能；目数过大会导致成本过高。

进一步的，所述S6中S5得到的D在涂覆陶瓷化硅橡胶功能液之前经过表面磨毛处理。

通过采用上述方案，在涂覆陶瓷化硅橡胶功能液之前进行表面磨毛处理，使得阻燃胶表面形成毛糙面，能够有效提高陶瓷化硅橡胶功能液的吸附量，从而提高耐火性能。

进一步的，所述表面磨毛处理具体为：将步骤S5得到的D收卷在盘头上，将盘头在放卷架上放卷，放卷时利用一对表面磨毛辊对D进行表面磨毛处理，所述表面磨毛辊的转速大于放卷速度，所述表面磨毛辊为150～250目镀铬辊。

通过采用上述方案，上下表面磨毛辊均采用镀铬辊，转速大于纱线运行速度，使阻燃胶层表面具有杂乱的划痕现象，便于在下道工序时增加涂覆吸附量。

进一步的，所述步骤S7中的陶瓷化硅橡胶功能液包括以下质量份组分：300～400份纳米带增韧陶瓷粉体，100～150份锑类阻燃剂，250～300份乙酯，100～150份硅胶，0.5～1份二硅化钼，0.5～1份二硅化铬。

通过采用上述方案，纳米带增韧陶瓷粉体提高耐火性能，锑类阻燃剂提高外层阻燃性能；添加二硅化钼和二硅化铬，二硅化钼和二硅化铬与氧气高温下反应生成氧化硅玻璃和钼、铬氧化物，钼、铬氧化物混杂于二氧化硅玻璃中起到增加流动性和稳定玻璃态的作用,使涂覆后表面具有抗氧化层自锁结构功能，提高产品在高温辐照环境下，阻燃与抗张强度的稳定性，克服了目前同类产品抗辐照性能差，表面易氧化缺点。

进一步的，所述步骤S8中的制备填充绳具体为：制备Φ1-6mm规格填充绳时，取1根或多根步骤S6制备的F并股加捻成圆形；制备Φ6-10mm规格填充绳时，取多根步骤S6制备的F并股对铰旋转加捻成圆形；制备Φ10-20mm规格填充绳时，取多根步骤S6制备的F 自然并股后外部缠绕呈“S”型包扎的涤纶阻燃纱线。

通过采用上述方案，填充绳根据规格不同选择不同的制绳方式，小口径填充绳直接并股加捻，中口径则采用对铰加捻工艺，大口径另加涤纶阻燃纱线作为扎带进行S型包扎，保证填充绳的紧度和圆度，达到比重轻、填充圆整的效果，克服传统工艺中需采用不同外径成束对绞，费工费时、效率差的缺点。

本发明第二方面公开了一种采用上述制备方法制备的高阻燃耐火电缆填充绳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的填充绳采用纱线作为基材，保证填充绳的伸长率大于15％，能够在不同工况下避免断裂，有效提高填充绳寿命；

2、本发明的填充绳纱线浸渍在阻燃液，将阻燃液能够充分渗透到纱线内部纤维，克服了目前同类产品内部无阻燃性特点以及同类产品在外部燃烧后纱线内部仍可再燃烧的问题，提高了产品从内到外具有阻燃的特性，之后进行涂覆第一层阻燃胶，阻燃胶本身作为一层阻燃层存在，同时也能够将内部易吸湿返潮的阻燃液与外部空气隔绝，有助于纱线内部保持阻燃性；在涂覆第一层阻燃胶后，利用阻燃胶的粘性在表面喷涂阻燃干粉，阻燃干粉形成另一层阻燃层，阻燃干粉表面第二次涂覆阻燃胶，并烘干将阻燃干粉封闭形成另一层阻燃层，有效防止阻燃干粉脱落、掉粉和飞扬；最后涂覆涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，增加耐火性，使得本发明的填充绳具有包括纱线内部阻燃液在内的四层阻燃结构和外部的耐火结构，氧指数大于60％，在950℃下4h不开裂，同时具备优良的阻燃性能和耐火性能；

3、本发明的填充绳最外部涂覆的陶瓷化硅橡胶功能液中含有二硅化钼、二硅化铬，二硅化钼和二硅化铬与氧气高温下反应生成氧化硅玻璃和钼、铬氧化物，钼、铬氧化物混杂于二氧化硅玻璃中起到增加流动性和稳定玻璃态的作用，使涂覆后表面具有抗氧化层自锁结构功能，提高产品在高温辐照环境下，阻燃与抗张强度的稳定性，克服了目前同类产品抗辐照性能差，表面易氧化缺点；

4、本发明的填充绳在涂覆陶瓷化硅橡胶功能液进行表面磨毛处理，能够有效提高陶瓷化硅橡胶功能液的吸附量，从而提高耐火性能；

5、本发明的填充绳采用多层阻燃结构和最外层耐火结构，无吸湿性，含水率小于1％，能够适应不同工况需求，有效提高使用寿命。

6、本发明的填充绳针对不同直径规格的产品，采用不同的制绳工艺，保证填充绳的紧度和圆度。

具体实施方式

下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例一：

本实施例公开一种高阻燃耐火电缆填充绳，采用以下步骤制备：

S1采用废旧的棉衣布作为原料制备纱线，具体如下：

S11采用高速撕裂粉碎机将原料打碎呈细小狭长的碎料，之后用粗开松机处理得到纤维状短丝；

S12采用大仓混棉机处理步骤S11得到的纤维状短丝，得到蓬松纤维；

S13采用精开松机对步骤S12得到的蓬松纤维进一步处理，之后经气压棉箱收集和梳理机梳理得到网状纤维层，之后采用气流纺工艺制造，即得；

S2将S1制作的纱线浸渍在阻燃液中，取出后用压辊挤压去除纱线内多余阻燃液，得到 A，其中阻燃液为质量浓度15％的磷氮水性阻燃液；

S3在S2得到的A浸渍在阻燃胶中，之后取出采用压辊将表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，得到B，其中阻燃胶包括如下质量份组分：7份氢氧化镁，3份丙烯酸乳液；

S4在S3得到的B表面喷涂阻燃干粉，得到C，其中阻燃干粉为1000目的氢氧化镁粉沫；

S5将S4得到的C浸渍在阻燃胶中，之后取出采用压辊将表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，放入烘箱中，在150℃下烘干，得到D，其中阻燃胶包括如下质量份组分：7份氢氧化镁，3份丙烯酸乳液；

S6在S5得到的D表面涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，涂覆完成后将E表面陶瓷化硅橡胶功能液刮平，之后在150℃下烘干，得到E，其中陶瓷化硅橡胶功能液包括如下质量份组分：300份纳米带增韧陶瓷粉体，150份锑类阻燃剂，250份乙酯，150份硅胶，1份二硅化钼， 0.5份二硅化铬；

S7取两根S6得到的E，直接并股加捻，得到直径2mm的高阻燃耐火电缆填充绳。

实施例二：

本实施例公开一种高阻燃耐火电缆填充绳，采用以下步骤制备：

S1采用废旧的棉衣布作为原料制备纱线，具体如下：

S11采用高速撕裂粉碎机将原料打碎呈细小狭长的碎料，之后用粗开松机处理得到纤维状短丝；

S12采用大仓混棉机处理步骤S11得到的纤维状短丝，得到蓬松纤维；

S13采用精开松机对步骤S12得到的蓬松纤维进一步处理，之后经气压棉箱收集和梳理机梳理得到网状纤维层，之后采用气流纺工艺制造，即得；

S2将S1制作的纱线浸渍在阻燃液中，取出后用压辊挤压去除纱线内多余阻燃液，得到 A，其中阻燃液为质量浓度25％的磷氮水性阻燃液；

S3在S2得到的A浸渍在阻燃胶中，之后取出采用压辊将表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，得到B，其中阻燃胶包括如下质量份组分：5份氢氧化镁，3份氢氧化铝，2份丙烯酸乳液；

S4在S3得到的B表面喷涂阻燃干粉，得到C，其中阻燃干粉为4000目的氢氧化铝粉沫；

S5将S4得到的C浸渍在阻燃胶中，之后取出采用压辊将表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，放入烘箱中，在150℃下烘干，得到D，其中阻燃胶包括如下质量份组分：5份氢氧化镁，3份氢氧化铝，2份丙烯酸乳液；

S6在S5得到的D表面涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，涂覆完成后将E表面陶瓷化硅橡胶功能液刮平，之后在150℃下烘干，得到E，其中陶瓷化硅橡胶功能液包括如下质量份组分：400份纳米带增韧陶瓷粉体，100份锑类阻燃剂，300份乙酯，100份硅胶，0.5份二硅化钼， 1份二硅化铬；

S7取十根S6得到的E，并股对铰加捻，得到直径8mm的高阻燃耐火电缆填充绳。

实施例三：

本实施例公开一种高阻燃耐火电缆填充绳，采用以下步骤制备：

S1采用废旧的棉衣布作为原料制备纱线，具体如下：

S11采用高速撕裂粉碎机将原料打碎呈细小狭长的碎料，之后用粗开松机处理得到纤维状短丝；

S12采用大仓混棉机处理步骤S11得到的纤维状短丝，得到蓬松纤维；

S13采用精开松机对步骤S12得到的蓬松纤维进一步处理，之后经气压棉箱收集和梳理机梳理得到网状纤维层，之后采用气流纺工艺制造，即得；

S2将S1制作的纱线浸渍在阻燃液中，取出后用压辊挤压去除纱线内多余阻燃液，得到 A，其中阻燃液为质量浓度20％的磷氮水性阻燃液；

S3在S2得到的A浸渍在阻燃胶中，之后取出采用压辊将表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，得到B，其中阻燃胶包括如下质量份组分：8份氢氧化镁，2份丙烯酸乳液；

S4在S3得到的B表面喷涂阻燃干粉，得到C，其中阻燃干粉为5000目的氢氧化镁粉沫；

S5将S4得到的C浸渍在阻燃胶中，之后取出采用压辊将表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，放入烘箱中，在150℃下烘干，得到D，其中阻燃胶包括如下质量份组分：8份氢氧化铝，2份丙烯酸乳液；

S6在S5得到的D表面涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，涂覆完成后将E表面陶瓷化硅橡胶功能液刮平，之后在150℃下烘干，得到E，其中陶瓷化硅橡胶功能液包括如下质量份组分：380份纳米带增韧陶瓷粉体，120份锑类阻燃剂，280份乙酯，120份硅胶，1份二硅化钼，1 份二硅化铬；

S7取16根S6得到的E，自然并股后在外部呈“S”型缠绕涤纶阻燃纱线，得到直径12mm 的填充绳。

效果例：

对实施例二得到的填充绳进行性能检测，得到表一。

对实施例一得到的直径2mm填充绳进行性能检测，并与现有技术中不同种类的2mm填充绳进行性能比较，得到表二。

表一实施例二性能检测

表二实施例一与现有技术填充绳性能对照

如表一所示，实施例二的填充绳由于采用包括内部阻燃液在内的四层阻燃结构和最外部的耐火层，氧指数大于60％，耐火性达到950℃下4h表面不开裂，同时具备良好的阻燃性能和耐火性能。

实施例二的填充绳采用废旧棉衣布作为原料，整体不含卤素，成本低，环保型好，符合 ROHS标准。

实施例二的填充绳采用纱线作为基材，伸长率较高，大于15％，在弯曲等使用工况下能避免断裂，有效提高使用寿命。

实施例二的填充绳的内部纱线浸渍阻燃液中，外部被三层阻燃层和一层耐火层包裹，含水率极低，并且无吸湿性，能够适应不同工况需求，有效提高使用寿命。

如表二所示，实施例一的填充绳与现有技术中同规格填充绳相比，克重相差不大，环保性好，能够同时具备良好的阻燃性能、耐火性能、伸长性能，由于外部的陶瓷化硅橡胶功能液添加有二硅化钼、二硅化铬，二硅化钼和二硅化铬与氧气高温下反应生成氧化硅玻璃和钼、铬氧化物，钼、铬氧化物混杂于二氧化硅玻璃中起到增加流动性和稳定玻璃态的作用，使涂覆后表面具有抗氧化层自锁结构功能，提高产品在高温辐照环境下，阻燃与抗张强度的稳定性，具有较强的抗辐射性能，能够应用在核级电缆中。

实施例一的填充绳采用两根纱线作为基材，直接加捻呈圆形，圆整率好。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1利用原料制作纱线；

S2将S1制作的纱线浸渍在阻燃液中，取出后去除纱线内多余阻燃液，得到A；

S3在S2得到的A表面涂覆阻燃胶，涂覆完成后将A表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，得到B；

S4在S3得到的B表面喷涂阻燃干粉，得到C；

S5将S4得到的C表面涂覆阻燃胶，涂覆完成后将C表面阻燃胶压紧并去除多余阻燃胶，之后烘干，得到D；

S6在S5得到的D表面涂覆陶瓷化硅橡胶功能液，涂覆完成后将E表面陶瓷化硅橡胶功能液刮匀，之后烘干，得到E；

S7取一根或多根S6得到的E制备填充绳，即得。

2.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述S1中的原料为棉料，所述S1的纱线支数为2～3支，所述纱线的具体制作方法包括如下步骤：

S11采用高速撕裂粉碎机将原料打碎呈细小狭长的碎料，之后用粗开松机处理得到纤维状短丝；

S12采用大仓混棉机处理步骤S11得到的纤维状短丝，得到蓬松纤维；

S13采用精开松机对步骤S12得到的蓬松纤维进一步处理，之后经气压棉箱收集和梳理机梳理得到网状纤维层，之后采用气流纺工艺制造，即得。

3.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述S2中的阻燃液为质量浓度15～25％的磷氮水性阻燃液。

4.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述S3和S5中的阻燃胶包括如下质量份组分：7～8份阻燃料，2～3份乳液，所述阻燃料为氢氧化镁或氢氧化镁或两者混合物，所述乳液为丙烯酸乳液或乙酸乙酯共聚乳液。

5.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述S4中的阻燃干粉为氢氧化镁粉末或氢氧化铝粉末，且阻燃干粉的目数为1000～5000目。

6.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述S6中S5得到的D在涂覆陶瓷化硅橡胶功能液之前经过表面磨毛处理。

7.根据权利要求6所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述表面磨毛处理具体为：将步骤S5得到的D收卷在盘头上，将盘头在放卷架上放卷，放卷时利用一对表面磨毛辊对D进行表面磨毛处理，所述表面磨毛辊的转速大于放卷速度，所述表面磨毛辊为150～250目镀铬辊。

8.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中的陶瓷化硅橡胶功能液包括以下质量份组分：300～400份纳米带增韧陶瓷粉体，100～150份锑类阻燃剂，250～300份乙酯，100～150份硅胶，0.5～1份二硅化钼，0.5～1份二硅化铬。

9.根据权利要求1所述的高阻燃耐火电缆填充绳的制备方法，其特征在于，所述步骤S8中的制备填充绳具体为：制备Φ1-6mm规格填充绳时，取1根或多根步骤S6制备的F并股加捻成圆形；制备Φ6-10mm规格填充绳时，取多根步骤S6制备的F并股对铰旋转加捻成圆形；制备Φ10-20mm规格填充绳时，取多根步骤S6制备的F自然并股后外部缠绕呈“S”型包扎的涤纶阻燃纱线。

10.一种采用权利要求1至9任一所述的制备方法制备的高阻燃耐火电缆填充绳。