CN115910456B - 一种耐高温防火电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层；矿物防火层由氢氧化镁、碳酸钙、滑石粉、陶土、粘合剂制成；低烟无卤外护套由聚烯烃树脂、陶土、滑石粉、硅溶胶、氢氧化镁、聚乙烯蜡制成；本发明还公开了该电缆的制备方法，步骤为：在导体外表面依次包覆矿物绝缘层和绝缘隔离层，制得缆芯，再在多根缆芯外表面填充形成填充层，最后在填充层外表面依次包覆矿物防火层和低烟无卤外护套。本发明提供的电缆具有高阻燃、高柔韧性、耐腐蚀、耐热、抗氧化、低烟、防火、抗冲击等性能。
Description
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种耐高温防火电缆及其制备方法。
背景技术
近年来，国内外火灾事故频发，在火灾发生一定时间内保证电梯、照明系统、通信系统、信号控制系统等设备线路的畅通对于减少人员的伤亡和财产的损失具有重要的意义。火灾发生时，线路可能需要长时间承受250-1000℃的高温，普通阻燃电缆在这种条件下很难保证线路的畅通，因此采用耐火、阻燃、低烟、无毒的防火电缆对于减少火灾造成的损失具有不可替代的作用。
申请号为CN201710224987.9的专利提供了一种柔性矿物绝缘防火电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，护套层由聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯、聚丙烯、硫化体系、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、复合填充物、石油磺酸苯酯、抗氧剂1076、2，2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、硫代二丙酸双酯等原料组成，该发明高温稳定性好，耐撕裂、耐磨损及抗压性能优异，在极端环境下耐老化性极好，安全性能高，保质期长。然而，护套层混合物体系中的的聚乙烯和聚丙烯耐热性较差，当温度超过200℃时，易发生变形，不能对电缆内部结构起到很好的保护作用；聚乙烯的抗氧化性也较差，护套层混合物体系中虽然添加了抗氧剂1076，但抗氧剂1076抗氧化能力较弱，且在230℃熔融挤出时易发生分解，进一步削弱其抗氧化性能；护套层混合物体系中的高分子聚合物之间的相容性较差，共混体系的物理性能相对较差，且其中的含硫化合物高温燃烧会产生二氧化硫，污染环境，不符合新发展理念中的绿色发展要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐高温防火电缆及其制备方法，通过对缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套各层材料进行改进，使耐高温防火电缆具有高阻燃、高柔韧性、耐腐蚀、耐热、抗氧化、低烟、防火、抗冲击等性能，该电缆可在250℃环境温度下长期工作，紧急情况下也可在1340℃环境温度下短期工作。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：
聚烯烃树脂100-130份，陶土20-25份，滑石粉25-30份，硅溶胶8-10份，氢氧化镁17-19份，聚乙烯蜡3-8份，其中优选为聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份；
所述聚烯烃树脂为改性聚乙烯，改性聚乙烯的制备方法如下：
S1、将聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯和过氧化二异丙苯(DCP)预先混合均匀，在流变仪中进行熔融混合接技，得到接枝产物，将接枝产物放入二甲苯中，加热至95-110℃，搅拌回流1-2h，加入丙酮，继续搅拌40-50min，冷却至室温，过滤，取滤渣，经洗涤、干燥，得中间体1，其中甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯与聚乙烯的质量比为1:1.0-1.2:32-34，接枝温度为170-190℃，接枝时间为15-20min，流变仪转速为32-35rpm；
S2、向反应器中依次加入步骤S1所得中间体1、二甲苯、乙酸铬和喹啉-2-羧酸，升温至100-105℃，搅拌4-5h，冷却至室温，过滤，取滤渣，干燥，即得改性聚乙烯，其中喹啉-2-羧酸与中间体1的质量比为1:35-40；
改性聚乙烯的合成路线如下：
接上述方案，高分子聚合物的耐热性一般定义为在高温环境下，还能保持常温下面多少特性的衡量标准。一般的高分子材料在高温下，因为分子运动加剧从而改变了材料的一些物理特性，最为明显的就是弹性。对于提高高分子材料的耐热性，最为普遍的办法就是抑制分子运动。一般有以下方法：1.让高分子的分子模型架成三维结构，形成网眼，从而抑制分子运动；2.在分子结构里面加入难以运动的芳香族环和脂环结构；3.在高分子里面加入极性基团，从而依靠像氢氧链的结合力量的来抑制分子运动。
高分子聚合物的氧化过程是游离基型的链锁反应。高分子聚合物抗氧化剂可以捕获活性的游离基，生成非活性游离基，或者能够分解在氧化过程中产生的聚合物氢过氧化物，使链锁反应终止，延缓聚合物的氧化过程，从而使聚合物能顺利进行加工，并延长使用寿命，喹啉衍生物就是一种的高分子聚合物抗氧化剂。
聚烯烃材料作为一种重要的通用塑料，因为产量大、应用面广和价格低廉而广泛应用于日用品、包装和汽车等行业。但由于自身的非极性和结晶性，在与其他材料复合时，需要加入相容剂或者接枝极性基团提高其与其它材料的共混效果，扩大其应用范围。对聚乙烯进行化学改性，在保持原有特性的同时，引入所需的极性基团，能够拓展其应用领域。本发明以过氧化二异丙苯为自由基引发剂，其过氧键受热断裂生成初级自由基，进而引发聚乙烯与甲基丙烯酸缩水甘油酯发生自由基接枝反应，同时添加苯乙烯单体以促进接枝；自由基接枝产物结构中含有环氧基，喹啉-2-羧酸中的羧基可作为亲核试剂，在乙酸铬催化作用下与环氧基发生开环反应，即得改性聚乙烯。
作为本发明的进一步改进，所述缆芯根数为4-6根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层；所述矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带或合成云母带；所述绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯90-100份，玻璃粉20-30份，陶土20-30份，硅酸钠4-7份，聚乙烯蜡3-5份，其中优选为聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份。
作为本发明的进一步改进，所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30-40份，碳酸钙10-20份，滑石粉30-40份，陶土15-20份，粘合剂8-10份；所述粘合剂为有机硅树脂或硅溶胶，其中优选为氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份。
矿物防火层和低烟无卤外护套原料中都添加有氢氧化镁、陶土、滑石粉和硅溶胶，不仅能显著提高其耐火、防火、抗冲击性能、阻燃性能，而且能提高矿物防火层和低烟无卤外护套之间的结合力，使其结合更加紧密，达到有效保护电缆内部结构的目的。
本发明还提供一种耐高温防火电缆的制备方法，包括如下步骤：
A1、低烟无卤外护套混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃树脂、陶土、滑石粉、硅溶胶、氢氧化镁、聚乙烯蜡，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，其中双螺杆挤出机中螺杆的转速为120-150r/min，全区温度为250-300℃；
A2、成缆：在退火绞合铜导体外表面依次包覆矿物绝缘层和绝缘隔离层，制得缆芯；再在多根缆芯外表面填充形成填充层；最后在填充层外表面依次包覆矿物防火层和低烟无卤外护套，即得耐高温防火电缆。
本发明具有如下有益效果：本发明公开了一种耐高温防火电缆，其低烟无卤外护套由聚烯烃树脂、陶土、滑石粉、硅溶胶、氢氧化镁、聚乙烯蜡制成，其中聚烯烃树脂为改性聚乙烯。对聚乙烯结构进行化学改性，在保持原有特性的同时，引入极性基团，改性聚乙烯与其他原料协同增效，显著提高了防火电缆的高阻燃、高柔韧性、耐腐蚀、耐热、抗氧化、低烟、防火、抗冲击等性能。在聚乙烯结构中引入羟基和喹啉环结构，能够利用分子间氢键作用和喹啉环结构的稳定性，抑制分子运动，提高聚乙烯聚合物的耐热性，该聚乙烯聚合物与其他原料协同作用，能使低烟无卤外护套在250℃环境温度下保持高柔韧性、高弹性、优异的机械性和绝缘性；此外，喹啉环结构还能够提高聚乙烯聚合物的抗氧化性，进而使低烟无卤外护套表现出优异的抗氧化性能。在550℃以上高温情况下，改性聚乙烯会与陶土、滑石粉等无机矿物质迅速形成致密、坚硬的陶瓷铠体，能够有效保护电缆内部结构，避免矿物防火层出现裂纹、脱落等情况，进而影响电缆阻燃、防火、抗冲击性能。本发明提供的一种耐高温防火电缆具有高阻燃、高柔韧性、耐腐蚀、耐热、抗氧化、低烟、防火、抗冲击等性能，电缆可在250℃环境温度下长期工作，紧急情况下也可在1340℃环境温度下短期工作。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
聚乙烯6201XR购自东莞市嘉嘉塑胶原料有限公司；聚乙烯蜡SX-110B购自河南佰亿达贸易有限公司；聚丙烯FB51购自深圳斯柯新材料科技有限公司；乙烯醋酸乙烯酯UE4055购自上海天塑贸易有限公司；硅溶胶，粒度5nm，含量30％，购自原阳县路通耐火材料有限公司；陶土，目数325目，购自灵寿县永顺矿产品加工厂；滑石粉，目数200目，玻璃粉，目数325目，均购自河北泽旭建材科技发展有限公司；甲基丙烯酸缩水甘油酯CAS号106-91-2；过氧化二异丙苯(DCP)CAS号80-43-3；喹啉-2-羧酸CAS号93-10-7；乙酸铬CAS号1066-30-4；下述实施例和对比例中所有原料均为普通市售产品。
实施例1
一种改性聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
S1、将33kg聚乙烯、1kg甲基丙烯酸缩水甘油酯、1kg苯乙烯和0.05kg过氧化二异丙苯预先混合均匀，在流变仪中进行熔融混合接技，得到接枝产物，接枝温度为180℃，时间为15min，流变仪转速为32rpm，将接枝产物放入350kg二甲苯中，加热至105℃，搅拌回流2h，加入200kg丙酮，继续搅拌40min，冷却至室温，过滤，取滤渣，用丙酮洗涤，干燥，得中间体1；
S2、向反应器中依次加入28kg步骤S1所得中间体1、220kg二甲苯、0.07kg乙酸铬和0.8kg喹啉-2-羧酸，升温至102℃，搅拌4h，冷却至室温，过滤，取滤渣，干燥，即得改性聚乙烯；
改性聚乙烯的合成路线如下：
实施例2
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
一种耐高温防火电缆的制备方法，包括如下步骤：
A1、绝缘隔离层混炼造粒：按重量配比称取聚乙烯、玻璃粉、陶土、硅酸钠、聚乙烯蜡，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，其中双螺杆挤出机中螺杆的转速为130r/min，全区温度为140℃；
A2、低烟无卤外护套混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃树脂、陶土、滑石粉、硅溶胶、氢氧化镁、聚乙烯蜡，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，挤出造粒，其中双螺杆挤出机中螺杆的转速为130r/min，全区温度为300℃；
A3、成缆：在退火绞合铜导体外表面依次包覆矿物绝缘层和绝缘隔离层，制得缆芯；再在多根缆芯外表面填充形成填充层；最后在填充层外表面依次包覆矿物防火层和低烟无卤外护套，即得耐高温防火电缆。
实施例3
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂100份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例3的区别在于改变了低烟无卤外护套中聚烯烃树脂的重量份数。
实施例4
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂120份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例4的区别在于改变了低烟无卤外护套中聚烯烃树脂的重量份数。
实施例5
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂130份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例5的区别在于改变了低烟无卤外护套中聚烯烃树脂的重量份数。
实施例6
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土20份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例6的区别在于改变了低烟无卤外护套中陶土的重量份数。
实施例7
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉30份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例7的区别在于改变了低烟无卤外护套中滑石粉的重量份数。
实施例8
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁17份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例8的区别在于改变了低烟无卤外护套中氢氧化镁的重量份数。
实施例9
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁19份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为实施例1所制备的改性聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，实施例9的区别在于改变了低烟无卤外护套中氢氧化镁的重量份数。
对比例1
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯和聚丙烯混合物，聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯和聚丙烯的质量比为3:2:2，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，对比例1的区别在于低烟无卤外护套中的聚烯烃树脂为聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯和聚丙烯混合物。
对比例2
一种耐高温防火电缆，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为4根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层，其中矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带，矿物绝缘层厚度为0.5mm，重叠率为50％，绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯100份，玻璃粉20份，陶土25份，硅酸钠6份，聚乙烯蜡4份，绝缘隔离层厚度为2mm；所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30份，碳酸钙15份，滑石粉35份，陶土17份，粘合剂10份，其中粘合剂为硅溶胶，矿物防火层厚度为2mm；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃树脂110份，陶土25份，滑石粉25份，硅溶胶8份，氢氧化镁18份，聚乙烯蜡5份，其中聚烯烃树脂为聚乙烯，低烟无卤外护套厚度为3mm；所述填充层的材料为玻璃纤维，比重为1.8g/cm3。
与实施例2相比，对比例2的区别在于低烟无卤外护套中的聚烯烃树脂为聚乙烯。
实施例3-9及对比例1-2所述耐高温防火电缆均按照实施例2所述工艺制备而成。
对比例3
国内市售的一种耐高温防火电缆，购自河南沈鹏线缆有限公司。
测试例1
对实施例2-9及对比例1-3所制得的耐高温防火电缆进行相关性能测试，其中线路完整性测试按照BS6387《电缆在火焰条件下保持线路完整性的耐火试验方法》进行测试，其中单纯耐火C要求950-1350℃火焰下持续通电180min不击穿，耐火防水W要求650-800℃火焰下15min后承受15min水的喷淋不击穿，耐火耐冲击Z要求950-1350℃火焰下承受15min敲击振动不击穿；烟密度(最小透光率)测试按照GB/T17651.1-2021《电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定》进行测试；耐腐蚀测试按照GB/T17650.2-2021《取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法》进行测试；耐热性测试试验箱温度为(250±2)℃，样品放置测试箱72h，护套不应收缩变形；耐臭氧测试试验箱温度为(40±2)℃，相对湿度(55±5)％，臭氧浓度(体积分数)(200±50)×10-6％，空气流量为0.3倍测试箱容积/min，样品放置测试箱96h，进行弯曲测试后护套表面不应有目力可见裂纹；测试结果如表1所示。
表1耐高温防火电缆性能测试结果
由表1结果可知，由实施例2-9制备的耐高温防火电缆的线路完整性、烟密度、耐腐蚀、耐热性、耐臭氧性能均明显优于对比例1-3，其中实施例2制备的耐高温防火电缆综合性能最好；由实施例2-9的数据可以看出，低烟无卤外护套混合物体系中，改性聚乙烯、陶土、滑石粉和氢氧化镁的重量份数会影响耐高温防火电缆的综合性能；实施例2与对比例2-3相比，实施例2所添加的改性聚乙烯能显著增强耐高温防火电缆的线路完整性、烟密度、耐腐蚀、耐热性、耐臭氧性能。
聚烯烃材料作为一种重要的通用塑料，因为产量大、应用面广和价格低廉而广泛应用于日用品、包装和汽车等行业。但由于自身的非极性和结晶性，在与其他材料复合时，需要加入相容剂或者接枝极性基团提高其与其它材料的共混效果，扩大其应用范围。本发明公开了一种耐高温防火电缆，其低烟无卤外护套由聚烯烃树脂、陶土、滑石粉、硅溶胶、氢氧化镁、聚乙烯蜡制成，其中聚烯烃树脂为改性聚乙烯。对聚乙烯结构进行化学改性，在保持原有特性的同时，引入极性基团，改性聚乙烯与其他原料协同增效，显著提高了防火电缆的高阻燃、高柔韧性、耐腐蚀、耐热、抗氧化、低烟、防火、抗冲击等性能。在聚乙烯结构中引入羟基和喹啉环结构，能够利用分子间氢键作用和喹啉环结构的稳定性，抑制分子运动，提高聚乙烯聚合物的耐热性，该聚乙烯聚合物与其他原料协同作用，能使低烟无卤外护套在250℃环境温度下保持高柔韧性、高弹性、优异的机械性和绝缘性；此外，喹啉环结构还能够提高聚乙烯聚合物的抗氧化性，进而使低烟无卤外护套表现出优异的抗氧化性能。在550℃以上高温情况下，改性聚乙烯会与陶土、滑石粉等无机矿物质迅速形成致密、坚硬的陶瓷铠体，能够有效保护电缆内部结构，避免矿物防火层出现裂纹、脱落等情况，进而影响电缆阻燃、防火、防水、抗冲击性能。本发明提供的一种耐高温防火电缆具有高阻燃、高柔韧性、耐腐蚀、耐热、抗氧化、低烟、防火、抗冲击等性能，电缆可在250℃环境温度下长期工作，紧急情况下也可在1340℃环境温度下短期工作。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种耐高温防火电缆，其特征在于，包括由内至外的多根缆芯、矿物防火层和低烟无卤外护套，位于矿物防火层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述低烟无卤外护套由以下重量份数的原料制成：
聚烯烃树脂100-130份，陶土20-25份，滑石粉25-30份，硅溶胶8-10份，氢氧化镁17-19份，聚乙烯蜡3-8份；
所述聚烯烃树脂为改性聚乙烯，改性聚乙烯的制备方法如下：
S1、将聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯和过氧化二异丙苯预先混合均匀，在流变仪中进行熔融混合接技，得到接枝产物，将接枝产物放入二甲苯中，加热至95-110℃，搅拌回流1-2h，加入丙酮，继续搅拌40-50min，冷却至室温，过滤，取滤渣，经洗涤、干燥，得中间体1，中间体1的结构式为：
S2、向反应器中依次加入步骤S1所得中间体1、二甲苯、乙酸铬和喹啉-2-羧酸，升温至100-105℃，搅拌4-5h，冷却至室温，过滤，取滤渣，干燥，即得改性聚乙烯，改性聚乙烯的结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种耐高温防火电缆，其特征在于，步骤S1中所述甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯与聚乙烯的质量比为1:1.0-1.2:32-34。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温防火电缆，其特征在于，步骤S1中所述接枝温度为170-190℃，时间为15-20min，流变仪转速为32-35rpm。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温防火电缆，其特征在于，步骤S2中所述喹啉-2-羧酸与中间体1的质量比为1:35-40。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温防火电缆，其特征在于，所述缆芯根数为4-6根，每根缆芯包括由内至外的退火绞合铜导体、矿物绝缘层和绝缘隔离层；所述矿物绝缘层为不少于三层的云母带材，云母带材为金云母带或合成云母带；所述绝缘隔离层由以下重量份数的原料制成：聚乙烯90-100份，玻璃粉20-30份，陶土20-30份，硅酸钠4-7份，聚乙烯蜡3-5份。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温防火电缆，其特征在于，所述矿物防火层由以下重量份数的原料挤压而成：氢氧化镁30-40份，碳酸钙10-20份，滑石粉30-40份，陶土15-20份，粘合剂8-10份；所述粘合剂为有机硅树脂或硅溶胶。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种耐高温防火电缆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1、低烟无卤外护套混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃树脂、陶土、滑石粉、硅溶胶、氢氧化镁、聚乙烯蜡，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，挤出造粒；
A2、成缆：在退火绞合铜导体外表面依次包覆矿物绝缘层和绝缘隔离层，制得缆芯；再在多根缆芯外表面填充形成填充层；最后在填充层外表面依次包覆矿物防火层和低烟无卤外护套，即得耐高温防火电缆。
8.根据权利要求7所述的一种耐高温防火电缆的制备方法，其特征在于，步骤A1中所述双螺杆挤出机中螺杆的转速为120-150r/min，全区温度为250-300℃。
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