CN109135032A - 一种绝缘阻燃多功能电缆 - Google Patents

一种绝缘阻燃多功能电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及输电技术领域，具体为一种绝缘阻燃多功能电缆，从内向外依次包括缆芯、绝缘层、复合屏蔽层、复合相变材料层、护套层，所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯‑甲基丙烯酸共聚物70‑80份，聚酰胺树脂20‑30份，超支化聚醚改性三聚氰胺40‑50份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维10‑20份、填充剂5‑15份、空心玻璃微珠5‑10份。本发明所述的绝缘阻燃多功能电缆的绝缘层，通过各成分之间的协同作用，实现高阻燃效果的同时实现高电绝缘效果。

Description

一种绝缘阻燃多功能电缆
技术领域
本发明涉及用电力输电技术领域，具体为一种绝缘阻燃多功能电缆。
背景技术
目前，随着科技的进步，电缆的用量也日益增长，电缆的铺设一般是在室外，且部分电缆常常会长期处于环境较为恶劣的地区，随着用电量剧增，电缆火灾形势也变得格外严峻，电缆火灾具有隐蔽性强、随机性大、燃烧速度快、发烟量大且燃烧产物有毒、火灾初期难以发现、场地复杂不利于火灾扑救、管道井空隙多，助长火势蔓延、损失严重、影响范围广等特点，导致火灾一旦发生，扑救将非常困难，造成巨大损失。
传统的电缆结构设计单一以及材料选择等问题，不能够适应温度较高的环境，且发生火灾时，传统的电缆阻燃效果差，给人们的使用带来很大的危害。因此，设计出一种具有阻燃性能的电缆成为了亟待解决的问题。
技术方案
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种绝缘阻燃多功能电缆，具体技术方案如下：
一种绝缘阻燃多功能电缆，从内向外依次包括缆芯、绝缘层、复合屏蔽层、复合相变材料层、护套层；所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯-甲基丙烯酸共聚物70-80份，聚酰胺树脂20-30份，超支化聚醚改性三聚氰胺40-50份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维10-20份、填充剂5-15份、空心玻璃微珠5-10份，所述填充剂为废菌料与陶土的混合物；所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维由以下方法制备：
（1）将玻璃纤维加入双氧水中，超声分散，然后加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到羟基化玻璃纤维；
（2）将羟基化玻璃纤维与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化玻璃纤维；
（3）将聚磷酰胺阻燃剂、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、偶氮二异丁腈加入氯仿中，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂；
（4）将氨基化玻璃纤维和乙醇混合，再加入硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用乙醇洗涤，真空干燥即得到所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维。
作为优选，所述复合相变材料层包括内层的高温复合相变材料层和外层的低温复合相变材料层。
作为优选，所述复合屏蔽层从内向外依次包括第一导电布层、铜合金与芳族聚酰胺纤维复合材料层、第二导电布层。
作为优选，所述缆芯包括导体、包覆在导体外的导体绝缘层、填充缆芯空隙的缆芯填充材料，所述缆芯填充材料为纳米微孔隔热材料。
作为优选，所述护套层从外向内依次包括超疏水涂层、抗紫外线布层、防结冰材料层，所述防结冰材料层由高吸水性无纺纤维布层及吸附在吸水性无纺纤维布层上的防结冰剂组成；所述护套层外套设有螺旋套，所述螺旋套可转动，所述螺旋套表层涂覆有超疏水涂层；所述抗紫外线布层由抗紫外线纤维编织而成。
作为优选，所述的防结冰材料层由以下方法制备：将高吸水性无纺纤维布层于真空条件下浸入防结冰剂溶液中，使其充分吸收，最后挤去多余的防结冰剂溶液。
作为优选，所述超疏水涂层包括以下重量份的组分：氟硅改性的丙烯酸酯50-60份、含氟表面活性剂4-8份、溶剂60-70份、硅藻土-防结冰剂复合材料15-20份。
作为优选，所述硅藻土-防结冰剂复合材料由以下方法制备：
（1）将硅藻土在90-110℃条件下真空干燥12h-18h，备用；
（2）常温下将防结冰剂与水混合搅拌，获得均一溶液；
（3）将步骤2所得溶液缓慢滴加到步骤1所得干燥的硅藻土中，直至吸收至饱和，然后在90-100℃条件下真空干燥12h-18h，除去多余水分；
（4）根据相应防结冰剂的熔点，将步骤3所得产物在高于相应防结冰剂的熔点20-30℃的温度条件下处理3-5h，冷却后即得到所述硅藻土-防结冰剂复合材料。
作为优选，所述防冰剂为氯盐或路丽美，所述氯盐为氯化钠或氯化钙或氯化镁。
有益效果
（1）本发明所述的绝缘阻燃多功能电缆的绝缘层，通过各成分之间的协同作用，实现高阻燃效果的同时实现高电绝缘效果。采用废菌料为填充补强材料，实现了废菌料的资源化利用，节约了自然资源，降低了环境污染，具有节能环保方面的深远意义。本发明中，将含磷阻燃剂改性玻璃纤维添加到绝缘材料中，不但可以提高材料的力学性能，而且，保证复合材料的阻燃性能，兼顾阻燃性能和力学性能，尽量减少对材料密度的影响。
（2）本发明所述的绝缘阻燃多功能电缆的护套层，最外层涂覆有超疏水涂层，具有低表面张力、高憎水、憎冰性，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。抗紫外线布层能够大幅度减轻紫外线对护套层的伤害，延长护套层的寿命。防结冰材料层由高吸水性无纺纤维布层及吸附在吸水性无纺纤维布层上的防结冰剂组成，高吸水性无纺纤维作为防结冰剂的固定剂，防结冰剂可以起到防止凝冰和除冰的目的。螺旋套表层涂覆有超疏水涂层，可以可最大限度地减少水和冰的附着力，在风和自然力的作用下，螺旋套可转动，可以在使护套层上的水和冰脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。
（3）本发明所述的绝缘阻燃多功能电缆设置有复合相变材料层，内层的高温复合相变材料层可减缓热量外逸，且可以防止外层材料过热老化，外层的低温复合相变材料层可保持电缆外表面处于较低温度状态，避免输电线缆外表面由于内芯发热导致融雪结冰，同时可以防止电缆材料冷脆，延长电缆保护层和绝缘层的寿命。
（4）复合屏蔽层设置的第一导电布层、第二导电布层具有高柔性，使其比单纯的金属带屏蔽的电缆更加柔软，进而保证使用寿命，高柔性的屏蔽设计使电缆的安装半径更小，更易安装，并且不易断裂或破碎。
（5）本发明所述的超疏水涂层内含有硅藻土-防结冰剂复合材料，可以起到防结冰的作用，硅藻土作为防结冰剂的载体，可以延长防结冰剂的有效期限。
附图说明
图1为本发明实施例1所述绝缘阻燃多功能电缆的电缆的结构示意图；
图2为本发明实施例2所述护套层的结构示意图；
图3为本发明实施例2所述护套层的结构示意图；
图4为本发明实施例3所述复合屏蔽层的结构示意图；
其中： 1：导体；2：绝缘层；3：复合屏蔽层；4：高温复合相变材料层；5：护套层；6：超疏水涂层；7：抗紫外线布层；8：防结冰材料层；9：螺旋套；10：低温复合相变材料层；11：第一导电布层；12：铜合金与芳族聚酰胺纤维复合材料层；13：第二导电布层；14：导体绝缘层；15：缆芯填充材料。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种绝缘阻燃多功能电缆，从内向外依次包括缆芯、绝缘层2、复合屏蔽层3、复合相变材料层、护套层5；所述复合相变材料层包括内层的高温复合相变材料层4和外层的低温复合相变材料层10；所述缆芯包括导体1、包覆在导体外的导体绝缘层14、填充缆芯空隙的缆芯填充材料15。
所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯-甲基丙烯酸共聚物70份，聚酰胺树脂20份，超支化聚醚改性三聚氰胺40份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维10份、填充剂5份、空心玻璃微珠5份，所述填充剂为废菌料与陶土的混合物；所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维由以下方法制备：
（1）将玻璃纤维加入双氧水中，超声分散，然后加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到羟基化玻璃纤维；
（2）将羟基化玻璃纤维与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化玻璃纤维；
（3）将聚磷酰胺阻燃剂、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、偶氮二异丁腈加入氯仿中，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂；
（4）将氨基化玻璃纤维和乙醇混合，再加入硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用乙醇洗涤，真空干燥即得到所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维。
实施例2
一种绝缘阻燃多功能电缆，从内向外依次包括缆芯、绝缘层2、复合屏蔽层3、复合相变材料层、护套层5；所述复合相变材料层包括内层的高温复合相变材料层4和外层的低温复合相变材料层10；所述缆芯包括导体1、包覆在导体外的导体绝缘层14、填充缆芯空隙的缆芯填充材料15。所述抗紫外线布层由抗紫外线纤维编织而成，所述缆芯填充材料为纳米微孔隔热材料。
如图2所示，所述护套层5从外向内依次包括超疏水涂层6、抗紫外线布层7、防结冰材料层8，所述防结冰材料层由高吸水性无纺纤维布层及吸附在吸水性无纺纤维布层上的防结冰剂组成。
如图3所示，所述护套层外套设有螺旋套9，所述螺旋套9可转动，所述螺旋套9表层涂覆有超疏水涂层。
所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯-甲基丙烯酸共聚物80份，聚酰胺树脂30份，超支化聚醚改性三聚氰胺50份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维20份、填充剂15份、空心玻璃微珠10份，所述填充剂为废菌料与陶土的混合物；所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维由以下方法制备：
（1）将玻璃纤维加入双氧水中，超声分散，然后加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到羟基化玻璃纤维；
（2）将羟基化玻璃纤维与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化玻璃纤维；
（3）将聚磷酰胺阻燃剂、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、偶氮二异丁腈加入氯仿中，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂；
（4）将氨基化玻璃纤维和乙醇混合，再加入硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用乙醇洗涤，真空干燥即得到所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维。
实施例3
一种绝缘阻燃多功能电缆，从内向外依次包括缆芯、绝缘层2、复合屏蔽层3、复合相变材料层、护套层5；所述护套层5从外向内依次包括超疏水涂层6、抗紫外线布层7、防结冰材料层8，所述防结冰材料层由高吸水性无纺纤维布层及吸附在吸水性无纺纤维布层上的防结冰剂组成；所述护套层外套设有螺旋套9，所述螺旋套9可转动，所述螺旋套9表层涂覆有超疏水涂层；所述复合相变材料层包括内层的高温复合相变材料层4和外层的低温复合相变材料层10；所述缆芯包括导体1、包覆在导体外的导体绝缘层14、填充缆芯空隙的缆芯填充材料15。
如图4所示，所述复合屏蔽层3从内向外依次包括第一导电布层11、铜合金与芳族聚酰胺纤维复合材料层12、第二导电布层13。
所述抗紫外线布层由抗紫外线纤维编织而成，所述缆芯填充材料为纳米微孔隔热材料。
所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯-甲基丙烯酸共聚物75份，聚酰胺树脂25份，超支化聚醚改性三聚氰胺45份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维15份、填充剂10份、空心玻璃微珠8，所述填充剂为废菌料与陶土的混合物；所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维由以下方法制备：
（1）将玻璃纤维加入双氧水中，超声分散，然后加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到羟基化玻璃纤维；
（2）将羟基化玻璃纤维与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化玻璃纤维；
（3）将聚磷酰胺阻燃剂、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、偶氮二异丁腈加入氯仿中，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂；
（4）将氨基化玻璃纤维和乙醇混合，再加入硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用乙醇洗涤，真空干燥即得到所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维。
所述的防结冰材料层由以下方法制备：将高吸水性无纺纤维布层于真空条件下浸入防结冰剂溶液中，使其充分吸收，最后挤去多余的防结冰剂溶液。
所述超疏水涂层包括以下重量份的组分：氟硅改性的丙烯酸酯50份、含氟表面活性剂4份、溶剂60份、硅藻土-防结冰剂复合材料15份。
所述硅藻土-防结冰剂复合材料由以下方法制备：
（1）将硅藻土在90℃条件下真空干燥18h，备用；
（2）常温下将防结冰剂与水混合搅拌，获得均一溶液；
（3）将步骤2所得溶液缓慢滴加到步骤1所得干燥的硅藻土中，直至吸收至饱和，然后在90℃条件下真空干燥18h，除去多余水分；
（4）根据相应防结冰剂的熔点，将步骤3所得产物在高于相应防结冰剂的熔点20℃的温度条件下处理5h，冷却后即得到所述硅藻土-防结冰剂复合材料。
作为优选，所述防冰剂为氯盐或路丽美，所述氯盐为氯化钠或氯化钙或氯化镁。
实施例4
一种绝缘阻燃多功能电缆，从内向外依次包括缆芯、绝缘层、复合屏蔽层、复合相变材料层、护套层；所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯-甲基丙烯酸共聚物70份，聚酰胺树脂30份，超支化聚醚改性三聚氰胺40份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维20份、填充剂5份、空心玻璃微珠10份，所述填充剂为废菌料与陶土的混合物；所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维由以下方法制备：
（1）将玻璃纤维加入双氧水中，超声分散，然后加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到羟基化玻璃纤维；
（2）将羟基化玻璃纤维与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化玻璃纤维；
（3）将聚磷酰胺阻燃剂、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、偶氮二异丁腈加入氯仿中，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂；
（4）将氨基化玻璃纤维和乙醇混合，再加入硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用乙醇洗涤，真空干燥即得到所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维。
所述复合相变材料层包括内层的高温复合相变材料层和外层的低温复合相变材料层。所述复合屏蔽层从内向外依次包括第一导电布层、铜合金与芳族聚酰胺纤维复合材料层、第二导电布层。所述缆芯包括导体、包覆在导体外的导体绝缘层、填充缆芯空隙的缆芯填充材料，所述缆芯填充材料为纳米微孔隔热材料。
所述护套层从外向内依次包括超疏水涂层、抗紫外线布层、防结冰材料层，所述防结冰材料层由高吸水性无纺纤维布层及吸附在吸水性无纺纤维布层上的防结冰剂组成；所述护套层外套设有螺旋套，所述螺旋套可转动，所述螺旋套表层涂覆有超疏水涂层；所述抗紫外线布层由抗紫外线纤维编织而成。
所述的防结冰材料层由以下方法制备：将高吸水性无纺纤维布层于真空条件下浸入防结冰剂溶液中，使其充分吸收，最后挤去多余的防结冰剂溶液。
所述超疏水涂层包括以下重量份的组分：氟硅改性的丙烯酸酯60份、含氟表面活性剂8份、溶剂70份、硅藻土-防结冰剂复合材料20份。
所述硅藻土-防结冰剂复合材料由以下方法制备：
（1）将硅藻土在110℃条件下真空干燥12h，备用；
（2）常温下将防结冰剂与水混合搅拌，获得均一溶液；
（3）将步骤2所得溶液缓慢滴加到步骤1所得干燥的硅藻土中，直至吸收至饱和，然后在100℃条件下真空干燥12h，除去多余水分；
（4）根据相应防结冰剂的熔点，将步骤3所得产物在高于相应防结冰剂的熔点30℃的温度条件下处理5h，冷却后即得到所述硅藻土-防结冰剂复合材料。
作为优选，所述防冰剂为氯盐或路丽美，所述氯盐为氯化钠或氯化钙或氯化镁。

Claims (10)

1.一种绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：从内向外依次包括缆芯、绝缘层、复合屏蔽层、复合相变材料层、护套层；所述绝缘层包括以下重量份的组分：乙烯-甲基丙烯酸共聚物70-80份，聚酰胺树脂20-30份，超支化聚醚改性三聚氰胺40-50份，聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维10-20份、填充剂5-15份、空心玻璃微珠5-10份，所述填充剂为废菌料与陶土的混合物。
2.据权利要求1所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维由以下方法制备：
（1）将玻璃纤维加入双氧水中，超声分散，然后加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到羟基化玻璃纤维；
（2）将羟基化玻璃纤维与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化玻璃纤维；
（3）将聚磷酰胺阻燃剂、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、偶氮二异丁腈加入氯仿中，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用去离子水洗涤，真空干燥得到硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂；
（4）将氨基化玻璃纤维和乙醇混合，再加入硅氧烷改性的磷酰胺阻燃剂，机械搅拌和氮气保护的条件下，加热回流，然后将混合物过滤并用乙醇洗涤，真空干燥即得到所述聚磷酰胺阻燃剂改性的玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述复合相变材料层包括内层的高温复合相变材料层和外层的低温复合相变材料层。
4.根据权利要求1所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述复合屏蔽层从内向外依次包括第一导电布层、铜合金与芳族聚酰胺纤维复合材料层、第二导电布层。
5.根据权利要求1所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述缆芯包括导体、包覆在导体外的导体绝缘层、填充缆芯空隙的缆芯填充材料，所述缆芯填充材料为纳米微孔隔热材料。
6.根据权利要求1所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述护套层从外向内依次包括超疏水涂层、抗紫外线布层、防结冰材料层，所述防结冰材料层由高吸水性无纺纤维布层及吸附在吸水性无纺纤维布层上的防结冰剂组成；所述护套层外套设有螺旋套，所述螺旋套可转动，所述螺旋套表层涂覆有超疏水涂层；所述抗紫外线布层由抗紫外线纤维编织而成。
7.根据权利要求6所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述的防结冰材料层由以下方法制备：将高吸水性无纺纤维布层于真空条件下浸入防结冰剂溶液中，使其充分吸收，最后挤去多余的防结冰剂溶液。
8.根据权利要求6所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述超疏水涂层包括以下重量份的组分：氟硅改性的丙烯酸酯50-60份、含氟表面活性剂4-8份、溶剂60-70份、硅藻土-防结冰剂复合材料15-20份。
9.根据权利要求8所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述硅藻土-防结冰剂复合材料由以下方法制备：
（1）将硅藻土在90-110℃条件下真空干燥12h-18h，备用；
（2）常温下将防结冰剂与水混合搅拌，获得均一溶液；
（3）将步骤2所得溶液缓慢滴加到步骤1所得干燥的硅藻土中，直至吸收至饱和，然后在90-100℃条件下真空干燥12h-18h，除去多余水分；
（4）根据相应防结冰剂的熔点，将步骤3所得产物在高于相应防结冰剂的熔点20-30℃的温度条件下处理3-5h，冷却后即得到所述硅藻土-防结冰剂复合材料。
10.根据权利要求6所述的绝缘阻燃多功能电缆，其特征在于：所述防冰剂为氯盐或路丽美，所述氯盐为氯化钠或氯化钙或氯化镁。
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