本發(fā)明涉及材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅碳摻雜的絕緣耐火電纜及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前普通的耐火電纜的耐火層和絕緣層大多采用氧化鎂、氫氧化鎂或云母帶纏繞等的防火耐火電纜，耐火溫度較高（1000℃左右），但此類電纜生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對設(shè)備要求較高，資金投入較大，并且防水、防撞擊等功能較差，已很難滿足市場的需求。探究具有更高耐火溫度、生產(chǎn)工藝簡單及具有相關(guān)特異性功能的電纜，成為了近些年來研究的熱點。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種硅碳摻雜的絕緣耐火電纜及其制備方法，能夠保障電力、通訊線路在火災(zāi)的情況下的安全暢通。
本發(fā)明技術(shù)方案為：
一種硅碳摻雜的絕緣耐火電纜，所述電纜內(nèi)部從內(nèi)而外依次設(shè)有四根電纜線芯，金屬護套、絕緣層、第一包帶、耐火層、第二包帶，以及外護套，內(nèi)部四根線芯中心設(shè)有中心填充層。
優(yōu)選地，所述內(nèi)部線芯、中心填充層和金屬護套間有硅橡膠填充層。硅橡膠在金屬內(nèi)芯和金屬繞包層間形成另一填充層，在遇到火災(zāi)時，此填充層可以形成陶瓷結(jié)構(gòu)，從而阻止火焰燃燒時產(chǎn)生的熱量傳遞到金屬內(nèi)芯，延長電纜的有效利用時間，同時也可以在滅火時，阻止水分對電纜內(nèi)芯的接觸，起到隔離作用。
優(yōu)選地，所述中心填充層材質(zhì)為玻璃纖維；所述金屬護套的材質(zhì)為金屬鋁。提高光纜的柔性。鋁金屬由于能連續(xù)擠包，是柔性礦物絕緣電纜理想的金屬護套材質(zhì)。
優(yōu)選地，所述第一包帶和第二包帶，分別繞包在絕緣層和耐火層之外，不需絞合，均用玻璃纖維繞包而成。不需要絞合，防水性能好。所述的第一包帶和第二包帶，均為玻璃纖維帶繞包而成，柔性較好。優(yōu)選地，所述的外護套為低煙無鹵環(huán)保阻燃外護套，其材質(zhì)為陶瓷化高聚物或低煙無鹵聚烯烴或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
優(yōu)選地，所述絕緣層為和耐火層的材質(zhì)為氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土的混合物。使得絕緣層和耐火層具有較高熔點，在火焰條件下也不易燃燒。
進一步優(yōu)選地，所述氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土的重量比為1~2:0.4~0.8:0.6~1:3.5~4.5:1.5~2.5。
更進一步優(yōu)選地，所述碳硅復(fù)合物的制備方法為：硅源、碳源、還原劑、添加劑按照重量比為0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反應(yīng)釜中，密閉加熱至100-500℃，恒溫0.5-2.5天，冷卻后即可得到。
所述硅源為硅粉或二氧化硅或四氯化硅或其組合，所述碳源為乙醇或葡萄糖或麥芽糖或其組合，所述還原劑為鎂粉或鋁粉或鈉或其組合，所述添加劑為硫化亞鐵或硫化鈉或碘或其組合。
所述的摻雜的絕緣耐火電纜的制備方法，所述方法包括以下步驟：
1）硅源、碳源、還原劑、添加劑制得耐火的碳化硅復(fù)合物；
2）氧化鎂、步驟1）制得的碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土按照重量比為1~2:0.4~0.8:0.6~1:3.5~4.5:1.5~2.5混合后形成絕緣層和耐火層；
3）將導體經(jīng)過絞線機進行絞線后得到線芯；
4）金屬鋁通過橡膠電纜專用擠出機包覆在線芯的表面，形成金屬護套，同時注入硅橡膠，使得硅橡膠填滿線芯、中心填充層和金屬護套之間的縫隙處形成硅橡膠填充層；
5）通過繞包機，在金屬護套外層依次繞包絕緣層、第一包帶、耐火層、第二包帶；
6）聚烯烴和無鹵阻燃劑以及助劑經(jīng)過混合，然后通過擠出機擠出得到低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料，最后將低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料通過專用電纜擠出成型設(shè)備將其包覆在第二包帶之上成型得到外護套，得到絕緣耐火電纜。
所述步驟3）導體為金屬銅或鋁合金或多芯銅絞線或多芯鋁絞線。
本發(fā)明有益效果：
1、本發(fā)明絕緣耐火電纜耐火溫度提高至1400℃左右，解決現(xiàn)有的防火耐火電纜存在的問題，改變生產(chǎn)工藝，得到耐高溫，生產(chǎn)工藝相對簡單，且具有防水、防撞擊等相關(guān)特異性功能的電纜，能夠保障電力、通訊線路在火災(zāi)的情況下的安全暢通。
2、絕緣耐火電纜，各層結(jié)構(gòu)之間緊密貼合，提高其耐火特性。
3、采用硅橡膠及其他助劑在金屬內(nèi)芯和金屬繞包層間形成另一填充層，在遇到火災(zāi)時，此填充層可以形成陶瓷結(jié)構(gòu)，從而阻止火焰燃燒時產(chǎn)生的熱量傳遞到金屬內(nèi)芯，延長電纜的有效利用時間，同時也可以在滅火時，阻止水分對電纜內(nèi)芯的接觸，起到隔離作用。
4、金屬繞包層采用延展性較好的鋁，鋁金屬由于能連續(xù)擠包，是柔性礦物絕緣電纜理想的金屬護套材質(zhì)。
5、絕緣層和耐火層摻雜耐熱的氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土中的任意一種或幾種的混合物，使得絕緣層和耐火層具有較高熔點，在火焰條件下也不易燃燒。在常用配方氧化鎂、二氧化硅、云母粉、高嶺土中，添加一定量的碳硅復(fù)合物，以提高其耐火性能。
6、所述碳硅復(fù)合物的制備方法為：硅源、碳源、還原劑、添加劑制得按照重量比為0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反應(yīng)釜中，密閉加熱至100-500℃，恒溫0.5-2.5天，冷卻后即可得到碳硅復(fù)合物。硅源、碳源、還原劑，在添加劑作用下，碳硅復(fù)合物較低溫（100-500℃）得到，工藝簡單。沒有添加劑時，此溫度下是不會有碳硅復(fù)合物形成的，隨著添加劑的添加，反應(yīng)加速，過量太多產(chǎn)率不會再提高。
7、第一包帶和第二包帶，分別繞包在絕緣層和耐火層之外，不需要絞合，防水性能好。所述的第一包帶和第二包帶，均為玻璃纖維帶繞包而成，柔性較好。所述的外護套為低煙無鹵環(huán)保阻燃外護套。外護套保護層可以是陶瓷化高聚物、低煙無鹵聚烯烴、pvc、pe、eva、evm、epm，或epdm等。
8、是防火、耐火的性能，能夠保障電力、通訊線路在火災(zāi)的情況下的安全暢通，且生產(chǎn)的長度不受限制，部分可以達到gb31247《電纜及光纜燃燒性能分級》和gb31248《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延熱釋放和產(chǎn)煙特性的試驗方法》標準要求a級，同時可以達到bs6387《英國耐火電纜標準》的要求。
附圖說明
圖1是本發(fā)明硅碳摻雜的絕緣耐火電纜示意圖；
圖中：電纜內(nèi)芯1、金屬護套2、絕緣層3、填充層4、中心填充層5、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8，以及外護套9。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
實施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供的摻雜的絕緣耐火電纜，從內(nèi)到外依次設(shè)置電纜內(nèi)芯1、金屬護套2、絕緣層3、填充層4、中心填充層5、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8，以及外護套9。各層結(jié)構(gòu)之間緊密貼合，截面構(gòu)成同心圓形。
電纜內(nèi)芯1為金屬銅、鋁合金、多芯銅絞線或多芯鋁絞線，長度不需要進行限制。
絕緣層3厚度為1-2mm，耐火層7的厚度為2-3mm。
優(yōu)選地，所述絕緣層3為和耐火層7的材質(zhì)為氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土中的混合物。使得絕緣層和耐火層具有較高熔點，在火焰條件下也不易燃燒。
進一步優(yōu)選地，所述氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土的重量比為1:0.4:0.6:3.5:1.5。
更進一步優(yōu)選地，所述碳硅復(fù)合物的制備方法為：硅源、碳源、還原劑、添加劑按照重量比為0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反應(yīng)釜中，密閉加熱至350℃，恒溫0.5-2.5天，冷卻后即可得到。
所述硅粉為二氧化硅，所述碳源為乙醇，所述還原劑為鈉，所述添加劑為硫化亞鐵。
第一包帶6和第二包帶8，分別繞包在絕緣層3和耐火層7之外，不需要絞合，均為玻璃纖維帶繞包而成。
金屬外護套9是縱包在第二包帶8的管型外護套，該管型外護套為能夠彎曲的柔性外護套。該金屬外護套9為低煙無鹵環(huán)保阻燃外護套。外護套保護層的可以是陶瓷化高聚物、低煙無鹵聚烯烴、pvc、pe、eva、evm、epm，或epdm等。
本發(fā)明提供的摻雜的絕緣耐火電纜，通過以下方法制備：
步驟1，采用金屬護套包饒在在四根電纜內(nèi)芯1，中心填充層5和填充物硅橡膠上。
步驟2，采用氧化鎂及摻雜物作為絕緣層3擠包在金屬護套2上。
步驟3，在絕緣層3外繞包第一包帶6，無需絞合。
步驟4，第一包帶6成束后，在第一包帶6外再次擠包氧化鎂及摻雜物作為耐火層7。
步驟5，在耐火層7外繞包第二包帶8。
金屬外護套9是將銅帶或鋁帶縱包在第二包帶5之外，然后對焊成管型的外護套，并進行金屬扎紋處理，做成柔性的摻雜的絕緣耐火電纜。
本實施例絕緣耐火電纜耐火溫度為1300℃。
實施例2
一種硅碳摻雜的絕緣耐火電纜，所述電纜內(nèi)部從內(nèi)而外依次設(shè)有四根電纜線芯1，金屬護套2、絕緣層3、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8，以及外護套9，內(nèi)部四根線芯1中心設(shè)有中心填充層5。
優(yōu)選地，所述內(nèi)部線芯1、中心填充層5和金屬護套2間有硅橡膠填充層4。硅橡膠在金屬內(nèi)芯和金屬繞包層間形成另一填充層，在遇到火災(zāi)時，此填充層可以形成陶瓷結(jié)構(gòu)，從而阻止火焰燃燒時產(chǎn)生的熱量傳遞到金屬內(nèi)芯，延長電纜的有效利用時間，同時也可以在滅火時，阻止水分對電纜內(nèi)芯的接觸，起到隔離作用。
優(yōu)選地，所述中心填充層5材質(zhì)為玻璃纖維；所述金屬護套2）的材質(zhì)為金屬鋁。提高光纜的柔性。鋁金屬由于能連續(xù)擠包，是柔性礦物絕緣電纜理想的金屬護套材質(zhì)。
優(yōu)選地，所述第一包帶6和第二包帶8，分別繞包在絕緣層3和耐火層7之外，不需絞合，均用玻璃纖維繞包而成。不需要絞合，防水性能好。所述的第一包帶和第二包帶，均為玻璃纖維帶繞包而成，柔性較好。優(yōu)選地，所述的外護套9為低煙無鹵環(huán)保阻燃外護套，其材質(zhì)為陶瓷化高聚物或低煙無鹵聚烯烴或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
優(yōu)選地，所述絕緣層3為和耐火層7的材質(zhì)為氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土中的混合物。使得絕緣層和耐火層具有較高熔點，在火焰條件下也不易燃燒。
進一步優(yōu)選地，所述氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土的重量比為1:0.8:0.8:4:1.5。
更進一步優(yōu)選地，所述碳硅復(fù)合物的制備方法為：硅源、碳源、還原劑、添加劑按照重量比為0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反應(yīng)釜中，密閉加熱至300℃，恒溫0.5-2.5天，冷卻后即可得到。
所述硅源為二氧化硅，所述碳源為葡萄糖，所述還原劑為鎂粉，所述添加劑為硫化亞鐵。
所述的摻雜的絕緣耐火電纜的制備方法，所述方法包括以下步驟：
1）硅源、碳源、還原劑、添加劑制得耐火的碳化硅復(fù)合物；
2）氧化鎂、步驟1）制得的碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土混合后形成絕緣層3和耐火層7；
3）將導體經(jīng)過絞線機進行絞線后得到線芯1；
4）金屬鋁通過橡膠電纜專用擠出機包覆在線芯1的表面，形成金屬護套2，同時注入硅橡膠，使得硅橡膠填滿線芯1、中心填充層5和金屬護套2之間的縫隙處形成硅橡膠填充層4；
5）通過繞包機，在金屬護套2外層依次繞包絕緣層3、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8；
6）聚烯烴和無鹵阻燃劑以及助劑經(jīng)過混合，然后通過擠出機擠出得到低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料，最后將低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料通過專用電纜擠出成型設(shè)備將其包覆在第二包帶8之上成型得到外護套9，得到絕緣耐火電纜。
優(yōu)選地，所述步驟6）聚烯烴和無鹵阻燃劑以及助劑具體配方為聚丙烯、聚磷酸銨、助劑按照重量比為20:4:1的比例混合。進一步提高耐火電纜的耐火溫度。
所述步驟3）導體為金屬銅。
本實施例絕緣耐火電纜耐火溫度為1460℃。
實施例3
一種硅碳摻雜的絕緣耐火電纜，所述電纜內(nèi)部從內(nèi)而外依次設(shè)有四根電纜線芯1，金屬護套2、絕緣層3、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8，以及外護套9，內(nèi)部四根線芯1中心設(shè)有中心填充層5。
優(yōu)選地，所述內(nèi)部線芯1、中心填充層5和金屬護套2間有硅橡膠填充層4。硅橡膠在金屬內(nèi)芯和金屬繞包層間形成另一填充層，在遇到火災(zāi)時，此填充層可以形成陶瓷結(jié)構(gòu)，從而阻止火焰燃燒時產(chǎn)生的熱量傳遞到金屬內(nèi)芯，延長電纜的有效利用時間，同時也可以在滅火時，阻止水分對電纜內(nèi)芯的接觸，起到隔離作用。
優(yōu)選地，所述中心填充層5材質(zhì)為玻璃纖維；所述金屬護套2的材質(zhì)為金屬鋁。提高光纜的柔性。鋁金屬由于能連續(xù)擠包，是柔性礦物絕緣電纜理想的金屬護套材質(zhì)。
優(yōu)選地，所述第一包帶6和第二包帶8，分別繞包在絕緣層3和耐火層7之外，不需絞合，均用玻璃纖維繞包而成。不需要絞合，防水性能好。所述的第一包帶和第二包帶，均為玻璃纖維帶繞包而成，柔性較好。優(yōu)選地，所述的外護套9為低煙無鹵環(huán)保阻燃外護套，其材質(zhì)為陶瓷化高聚物或低煙無鹵聚烯烴或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
優(yōu)選地，所述絕緣層3為和耐火層7的材質(zhì)為氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土中的任意一種或幾種的混合物。使得絕緣層和耐火層具有較高熔點，在火焰條件下也不易燃燒。
進一步優(yōu)選地，所述氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土的重量比為2:0.8:1:4.5:2.5。
更進一步優(yōu)選地，所述碳硅復(fù)合物的制備方法為：硅源、碳源、還原劑、添加劑按照重量比為0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反應(yīng)釜中，密閉加熱至500℃，恒溫0.5-2.5天，冷卻后即可得到。
所述硅源為四氯化硅，所述碳源為葡萄糖，所述還原劑為鋁粉，所述添加劑為硫化鈉。
所述的摻雜的絕緣耐火電纜的制備方法，所述方法包括以下步驟：
1）硅源、碳源、還原劑、添加劑制得耐火的碳化硅復(fù)合物；
2）氧化鎂、步驟1）制得的碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土混合后形成絕緣層3和耐火層7；
3）將導體經(jīng)過絞線機進行絞線后得到線芯1；
4）金屬鋁通過橡膠電纜專用擠出機包覆在線芯1的表面，形成金屬護套2，同時注入硅橡膠，使得硅橡膠填滿線芯1、中心填充層5和金屬護套2之間的縫隙處形成硅橡膠填充層4；
5）通過繞包機，在金屬護套2外層依次繞包絕緣層3、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8；
6）聚烯烴和無鹵阻燃劑以及助劑經(jīng)過混合，然后通過擠出機擠出得到低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料，最后將低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料通過專用電纜擠出成型設(shè)備將其包覆在第二包帶8之上成型得到外護套9，得到絕緣耐火電纜。
所述步驟3）導體為鋁合金。
本實施例絕緣耐火電纜耐火溫度為1370℃。
實施例4
一種硅碳摻雜的絕緣耐火電纜，所述電纜內(nèi)部從內(nèi)而外依次設(shè)有四根電纜線芯1，金屬護套2、絕緣層3、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8，以及外護套9，內(nèi)部四根線芯1中心設(shè)有中心填充層5。
優(yōu)選地，所述內(nèi)部線芯1、中心填充層5和金屬護套2間有硅橡膠填充層4。硅橡膠在金屬內(nèi)芯和金屬繞包層間形成另一填充層，在遇到火災(zāi)時，此填充層可以形成陶瓷結(jié)構(gòu)，從而阻止火焰燃燒時產(chǎn)生的熱量傳遞到金屬內(nèi)芯，延長電纜的有效利用時間，同時也可以在滅火時，阻止水分對電纜內(nèi)芯的接觸，起到隔離作用。
優(yōu)選地，所述中心填充層5材質(zhì)為玻璃纖維；所述金屬護套2的材質(zhì)為金屬鋁。提高光纜的柔性。鋁金屬由于能連續(xù)擠包，是柔性礦物絕緣電纜理想的金屬護套材質(zhì)。
優(yōu)選地，所述第一包帶6和第二包帶8，分別繞包在絕緣層3和耐火層7之外，不需絞合，均用玻璃纖維繞包而成。不需要絞合，防水性能好。所述的第一包帶和第二包帶，均為玻璃纖維帶繞包而成，柔性較好。優(yōu)選地，所述的外護套9為低煙無鹵環(huán)保阻燃外護套，其材質(zhì)為陶瓷化高聚物或低煙無鹵聚烯烴或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
優(yōu)選地，所述絕緣層3為和耐火層7的材質(zhì)為氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土中的任意一種或幾種的混合物。使得絕緣層和耐火層具有較高熔點，在火焰條件下也不易燃燒。
進一步優(yōu)選地，所述氧化鎂、碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土的重量比為1.5:0.6:0.8:3.8:1.8。
更進一步優(yōu)選地，所述碳硅復(fù)合物的制備方法為：硅源、碳源、還原劑、添加劑按照重量比為0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反應(yīng)釜中，密閉加熱至200℃，恒溫0.5-2.5天，冷卻后即可得到。
所述硅源為硅粉，所述碳源為麥芽糖，所述還原劑為鎂粉，所述添加劑為碘。
所述的摻雜的絕緣耐火電纜的制備方法，所述方法包括以下步驟：
1）硅源、碳源、還原劑、添加劑制得到耐火的碳化硅復(fù)合物；
2）氧化鎂、步驟1）制得的碳硅復(fù)合物、二氧化硅、云母粉、高嶺土混合后形成絕緣層3和耐火層7；
3）將導體經(jīng)過絞線機進行絞線后得到線芯1；
4）金屬鋁通過橡膠電纜專用擠出機包覆在線芯1的表面，形成金屬護套2，同時注入硅橡膠，使得硅橡膠填滿線芯1、中心填充層5和金屬護套2之間的縫隙處形成硅橡膠填充層4；
5）通過繞包機，在金屬護套2外層依次繞包絕緣層3、第一包帶6、耐火層7、第二包帶8；
6）聚烯烴和無鹵阻燃劑以及助劑經(jīng)過混合，然后通過擠出機擠出得到低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料，最后將低煙無鹵環(huán)保阻燃電纜料通過專用電纜擠出成型設(shè)備將其包覆在第二包帶8之上成型得到外護套9，得到絕緣耐火電纜。
所述步驟3）導體為鋁合金。
本實施例絕緣耐火電纜耐火溫度為1499℃。
上述的實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本發(fā)明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。