本发明涉及材料生产技术领域，具体涉及一种硅碳掺杂的绝缘耐火电缆及其制备方法。
背景技术：
目前普通的耐火电缆的耐火层和绝缘层大多采用氧化镁、氢氧化镁或云母带缠绕等的防火耐火电缆，耐火温度较高（1000℃左右），但此类电缆生产工艺复杂，对设备要求较高，资金投入较大，并且防水、防撞击等功能较差，已很难满足市场的需求。探究具有更高耐火温度、生产工艺简单及具有相关特异性功能的电缆，成为了近些年来研究的热点。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种硅碳掺杂的绝缘耐火电缆及其制备方法，能够保障电力、通讯线路在火灾的情况下的安全畅通。
本发明技术方案为：
一种硅碳掺杂的绝缘耐火电缆，所述电缆内部从内而外依次设有四根电缆线芯，金属护套、绝缘层、第一包带、耐火层、第二包带，以及外护套，内部四根线芯中心设有中心填充层。
优选地，所述内部线芯、中心填充层和金属护套间有硅橡胶填充层。硅橡胶在金属内芯和金属绕包层间形成另一填充层，在遇到火灾时，此填充层可以形成陶瓷结构，从而阻止火焰燃烧时产生的热量传递到金属内芯，延长电缆的有效利用时间，同时也可以在灭火时，阻止水分对电缆内芯的接触，起到隔离作用。
优选地，所述中心填充层材质为玻璃纤维；所述金属护套的材质为金属铝。提高光缆的柔性。铝金属由于能连续挤包，是柔性矿物绝缘电缆理想的金属护套材质。
优选地，所述第一包带和第二包带，分别绕包在绝缘层和耐火层之外，不需绞合，均用玻璃纤维绕包而成。不需要绞合，防水性能好。所述的第一包带和第二包带，均为玻璃纤维带绕包而成，柔性较好。优选地，所述的外护套为低烟无卤环保阻燃外护套，其材质为陶瓷化高聚物或低烟无卤聚烯烃或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
优选地，所述绝缘层为和耐火层的材质为氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土的混合物。使得绝缘层和耐火层具有较高熔点，在火焰条件下也不易燃烧。
进一步优选地，所述氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土的重量比为1~2:0.4~0.8:0.6~1:3.5~4.5:1.5~2.5。
更进一步优选地，所述碳硅复合物的制备方法为：硅源、碳源、还原剂、添加剂按照重量比为0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反应釜中，密闭加热至100-500℃，恒温0.5-2.5天，冷却后即可得到。
所述硅源为硅粉或二氧化硅或四氯化硅或其组合，所述碳源为乙醇或葡萄糖或麦芽糖或其组合，所述还原剂为镁粉或铝粉或钠或其组合，所述添加剂为硫化亚铁或硫化钠或碘或其组合。
所述的掺杂的绝缘耐火电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1）硅源、碳源、还原剂、添加剂制得耐火的碳化硅复合物；
2）氧化镁、步骤1）制得的碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土按照重量比为1~2:0.4~0.8:0.6~1:3.5~4.5:1.5~2.5混合后形成绝缘层和耐火层；
3）将导体经过绞线机进行绞线后得到线芯；
4）金属铝通过橡胶电缆专用挤出机包覆在线芯的表面，形成金属护套，同时注入硅橡胶，使得硅橡胶填满线芯、中心填充层和金属护套之间的缝隙处形成硅橡胶填充层；
5）通过绕包机，在金属护套外层依次绕包绝缘层、第一包带、耐火层、第二包带；
6）聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂经过混合，然后通过挤出机挤出得到低烟无卤环保阻燃电缆料，最后将低烟无卤环保阻燃电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在第二包带之上成型得到外护套，得到绝缘耐火电缆。
所述步骤3）导体为金属铜或铝合金或多芯铜绞线或多芯铝绞线。
本发明有益效果：
1、本发明绝缘耐火电缆耐火温度提高至1400℃左右，解决现有的防火耐火电缆存在的问题，改变生产工艺，得到耐高温，生产工艺相对简单，且具有防水、防撞击等相关特异性功能的电缆，能够保障电力、通讯线路在火灾的情况下的安全畅通。
2、绝缘耐火电缆，各层结构之间紧密贴合，提高其耐火特性。
3、采用硅橡胶及其他助剂在金属内芯和金属绕包层间形成另一填充层，在遇到火灾时，此填充层可以形成陶瓷结构，从而阻止火焰燃烧时产生的热量传递到金属内芯，延长电缆的有效利用时间，同时也可以在灭火时，阻止水分对电缆内芯的接触，起到隔离作用。
4、金属绕包层采用延展性较好的铝，铝金属由于能连续挤包，是柔性矿物绝缘电缆理想的金属护套材质。
5、绝缘层和耐火层掺杂耐热的氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土中的任意一种或几种的混合物，使得绝缘层和耐火层具有较高熔点，在火焰条件下也不易燃烧。在常用配方氧化镁、二氧化硅、云母粉、高岭土中，添加一定量的碳硅复合物，以提高其耐火性能。
6、所述碳硅复合物的制备方法为：硅源、碳源、还原剂、添加剂制得按照重量比为0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反应釜中，密闭加热至100-500℃，恒温0.5-2.5天，冷却后即可得到碳硅复合物。硅源、碳源、还原剂，在添加剂作用下，碳硅复合物较低温（100-500℃）得到，工艺简单。没有添加剂时，此温度下是不会有碳硅复合物形成的，随着添加剂的添加，反应加速，过量太多产率不会再提高。
7、第一包带和第二包带，分别绕包在绝缘层和耐火层之外，不需要绞合，防水性能好。所述的第一包带和第二包带，均为玻璃纤维带绕包而成，柔性较好。所述的外护套为低烟无卤环保阻燃外护套。外护套保护层可以是陶瓷化高聚物、低烟无卤聚烯烃、pvc、pe、eva、evm、epm，或epdm等。
8、是防火、耐火的性能，能够保障电力、通讯线路在火灾的情况下的安全畅通，且生产的长度不受限制，部分可以达到gb31247《电缆及光缆燃烧性能分级》和gb31248《电缆或光缆在受火条件下火焰蔓延热释放和产烟特性的试验方法》标准要求a级，同时可以达到bs6387《英国耐火电缆标准》的要求。
附图说明
图1是本发明硅碳掺杂的绝缘耐火电缆示意图；
图中：电缆内芯1、金属护套2、绝缘层3、填充层4、中心填充层5、第一包带6、耐火层7、第二包带8，以及外护套9。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供的掺杂的绝缘耐火电缆，从内到外依次设置电缆内芯1、金属护套2、绝缘层3、填充层4、中心填充层5、第一包带6、耐火层7、第二包带8，以及外护套9。各层结构之间紧密贴合，截面构成同心圆形。
电缆内芯1为金属铜、铝合金、多芯铜绞线或多芯铝绞线，长度不需要进行限制。
绝缘层3厚度为1-2mm，耐火层7的厚度为2-3mm。
优选地，所述绝缘层3为和耐火层7的材质为氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土中的混合物。使得绝缘层和耐火层具有较高熔点，在火焰条件下也不易燃烧。
进一步优选地，所述氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土的重量比为1:0.4:0.6:3.5:1.5。
更进一步优选地，所述碳硅复合物的制备方法为：硅源、碳源、还原剂、添加剂按照重量比为0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反应釜中，密闭加热至350℃，恒温0.5-2.5天，冷却后即可得到。
所述硅粉为二氧化硅，所述碳源为乙醇，所述还原剂为钠，所述添加剂为硫化亚铁。
第一包带6和第二包带8，分别绕包在绝缘层3和耐火层7之外，不需要绞合，均为玻璃纤维带绕包而成。
金属外护套9是纵包在第二包带8的管型外护套，该管型外护套为能够弯曲的柔性外护套。该金属外护套9为低烟无卤环保阻燃外护套。外护套保护层的可以是陶瓷化高聚物、低烟无卤聚烯烃、pvc、pe、eva、evm、epm，或epdm等。
本发明提供的掺杂的绝缘耐火电缆，通过以下方法制备：
步骤1，采用金属护套包饶在在四根电缆内芯1，中心填充层5和填充物硅橡胶上。
步骤2，采用氧化镁及掺杂物作为绝缘层3挤包在金属护套2上。
步骤3，在绝缘层3外绕包第一包带6，无需绞合。
步骤4，第一包带6成束后，在第一包带6外再次挤包氧化镁及掺杂物作为耐火层7。
步骤5，在耐火层7外绕包第二包带8。
金属外护套9是将铜带或铝带纵包在第二包带5之外，然后对焊成管型的外护套，并进行金属扎纹处理，做成柔性的掺杂的绝缘耐火电缆。
本实施例绝缘耐火电缆耐火温度为1300℃。
实施例2
一种硅碳掺杂的绝缘耐火电缆，所述电缆内部从内而外依次设有四根电缆线芯1，金属护套2、绝缘层3、第一包带6、耐火层7、第二包带8，以及外护套9，内部四根线芯1中心设有中心填充层5。
优选地，所述内部线芯1、中心填充层5和金属护套2间有硅橡胶填充层4。硅橡胶在金属内芯和金属绕包层间形成另一填充层，在遇到火灾时，此填充层可以形成陶瓷结构，从而阻止火焰燃烧时产生的热量传递到金属内芯，延长电缆的有效利用时间，同时也可以在灭火时，阻止水分对电缆内芯的接触，起到隔离作用。
优选地，所述中心填充层5材质为玻璃纤维；所述金属护套2）的材质为金属铝。提高光缆的柔性。铝金属由于能连续挤包，是柔性矿物绝缘电缆理想的金属护套材质。
优选地，所述第一包带6和第二包带8，分别绕包在绝缘层3和耐火层7之外，不需绞合，均用玻璃纤维绕包而成。不需要绞合，防水性能好。所述的第一包带和第二包带，均为玻璃纤维带绕包而成，柔性较好。优选地，所述的外护套9为低烟无卤环保阻燃外护套，其材质为陶瓷化高聚物或低烟无卤聚烯烃或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
优选地，所述绝缘层3为和耐火层7的材质为氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土中的混合物。使得绝缘层和耐火层具有较高熔点，在火焰条件下也不易燃烧。
进一步优选地，所述氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土的重量比为1:0.8:0.8:4:1.5。
更进一步优选地，所述碳硅复合物的制备方法为：硅源、碳源、还原剂、添加剂按照重量比为0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反应釜中，密闭加热至300℃，恒温0.5-2.5天，冷却后即可得到。
所述硅源为二氧化硅，所述碳源为葡萄糖，所述还原剂为镁粉，所述添加剂为硫化亚铁。
所述的掺杂的绝缘耐火电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1）硅源、碳源、还原剂、添加剂制得耐火的碳化硅复合物；
2）氧化镁、步骤1）制得的碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土混合后形成绝缘层3和耐火层7；
3）将导体经过绞线机进行绞线后得到线芯1；
4）金属铝通过橡胶电缆专用挤出机包覆在线芯1的表面，形成金属护套2，同时注入硅橡胶，使得硅橡胶填满线芯1、中心填充层5和金属护套2之间的缝隙处形成硅橡胶填充层4；
5）通过绕包机，在金属护套2外层依次绕包绝缘层3、第一包带6、耐火层7、第二包带8；
6）聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂经过混合，然后通过挤出机挤出得到低烟无卤环保阻燃电缆料，最后将低烟无卤环保阻燃电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在第二包带8之上成型得到外护套9，得到绝缘耐火电缆。
优选地，所述步骤6）聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂具体配方为聚丙烯、聚磷酸铵、助剂按照重量比为20:4:1的比例混合。进一步提高耐火电缆的耐火温度。
所述步骤3）导体为金属铜。
本实施例绝缘耐火电缆耐火温度为1460℃。
实施例3
一种硅碳掺杂的绝缘耐火电缆，所述电缆内部从内而外依次设有四根电缆线芯1，金属护套2、绝缘层3、第一包带6、耐火层7、第二包带8，以及外护套9，内部四根线芯1中心设有中心填充层5。
优选地，所述内部线芯1、中心填充层5和金属护套2间有硅橡胶填充层4。硅橡胶在金属内芯和金属绕包层间形成另一填充层，在遇到火灾时，此填充层可以形成陶瓷结构，从而阻止火焰燃烧时产生的热量传递到金属内芯，延长电缆的有效利用时间，同时也可以在灭火时，阻止水分对电缆内芯的接触，起到隔离作用。
优选地，所述中心填充层5材质为玻璃纤维；所述金属护套2的材质为金属铝。提高光缆的柔性。铝金属由于能连续挤包，是柔性矿物绝缘电缆理想的金属护套材质。
优选地，所述第一包带6和第二包带8，分别绕包在绝缘层3和耐火层7之外，不需绞合，均用玻璃纤维绕包而成。不需要绞合，防水性能好。所述的第一包带和第二包带，均为玻璃纤维带绕包而成，柔性较好。优选地，所述的外护套9为低烟无卤环保阻燃外护套，其材质为陶瓷化高聚物或低烟无卤聚烯烃或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
优选地，所述绝缘层3为和耐火层7的材质为氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土中的任意一种或几种的混合物。使得绝缘层和耐火层具有较高熔点，在火焰条件下也不易燃烧。
进一步优选地，所述氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土的重量比为2:0.8:1:4.5:2.5。
更进一步优选地，所述碳硅复合物的制备方法为：硅源、碳源、还原剂、添加剂按照重量比为0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反应釜中，密闭加热至500℃，恒温0.5-2.5天，冷却后即可得到。
所述硅源为四氯化硅，所述碳源为葡萄糖，所述还原剂为铝粉，所述添加剂为硫化钠。
所述的掺杂的绝缘耐火电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1）硅源、碳源、还原剂、添加剂制得耐火的碳化硅复合物；
2）氧化镁、步骤1）制得的碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土混合后形成绝缘层3和耐火层7；
3）将导体经过绞线机进行绞线后得到线芯1；
4）金属铝通过橡胶电缆专用挤出机包覆在线芯1的表面，形成金属护套2，同时注入硅橡胶，使得硅橡胶填满线芯1、中心填充层5和金属护套2之间的缝隙处形成硅橡胶填充层4；
5）通过绕包机，在金属护套2外层依次绕包绝缘层3、第一包带6、耐火层7、第二包带8；
6）聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂经过混合，然后通过挤出机挤出得到低烟无卤环保阻燃电缆料，最后将低烟无卤环保阻燃电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在第二包带8之上成型得到外护套9，得到绝缘耐火电缆。
所述步骤3）导体为铝合金。
本实施例绝缘耐火电缆耐火温度为1370℃。
实施例4
一种硅碳掺杂的绝缘耐火电缆，所述电缆内部从内而外依次设有四根电缆线芯1，金属护套2、绝缘层3、第一包带6、耐火层7、第二包带8，以及外护套9，内部四根线芯1中心设有中心填充层5。
优选地，所述内部线芯1、中心填充层5和金属护套2间有硅橡胶填充层4。硅橡胶在金属内芯和金属绕包层间形成另一填充层，在遇到火灾时，此填充层可以形成陶瓷结构，从而阻止火焰燃烧时产生的热量传递到金属内芯，延长电缆的有效利用时间，同时也可以在灭火时，阻止水分对电缆内芯的接触，起到隔离作用。
优选地，所述中心填充层5材质为玻璃纤维；所述金属护套2的材质为金属铝。提高光缆的柔性。铝金属由于能连续挤包，是柔性矿物绝缘电缆理想的金属护套材质。
优选地，所述第一包带6和第二包带8，分别绕包在绝缘层3和耐火层7之外，不需绞合，均用玻璃纤维绕包而成。不需要绞合，防水性能好。所述的第一包带和第二包带，均为玻璃纤维带绕包而成，柔性较好。优选地，所述的外护套9为低烟无卤环保阻燃外护套，其材质为陶瓷化高聚物或低烟无卤聚烯烃或pvc或pe或eva或evm或epm或epdm或其他。
优选地，所述绝缘层3为和耐火层7的材质为氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土中的任意一种或几种的混合物。使得绝缘层和耐火层具有较高熔点，在火焰条件下也不易燃烧。
进一步优选地，所述氧化镁、碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土的重量比为1.5:0.6:0.8:3.8:1.8。
更进一步优选地，所述碳硅复合物的制备方法为：硅源、碳源、还原剂、添加剂按照重量比为0.5~2:0.3~1:0.3~1:0.5~10，加入反应釜中，密闭加热至200℃，恒温0.5-2.5天，冷却后即可得到。
所述硅源为硅粉，所述碳源为麦芽糖，所述还原剂为镁粉，所述添加剂为碘。
所述的掺杂的绝缘耐火电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1）硅源、碳源、还原剂、添加剂制得到耐火的碳化硅复合物；
2）氧化镁、步骤1）制得的碳硅复合物、二氧化硅、云母粉、高岭土混合后形成绝缘层3和耐火层7；
3）将导体经过绞线机进行绞线后得到线芯1；
4）金属铝通过橡胶电缆专用挤出机包覆在线芯1的表面，形成金属护套2，同时注入硅橡胶，使得硅橡胶填满线芯1、中心填充层5和金属护套2之间的缝隙处形成硅橡胶填充层4；
5）通过绕包机，在金属护套2外层依次绕包绝缘层3、第一包带6、耐火层7、第二包带8；
6）聚烯烃和无卤阻燃剂以及助剂经过混合，然后通过挤出机挤出得到低烟无卤环保阻燃电缆料，最后将低烟无卤环保阻燃电缆料通过专用电缆挤出成型设备将其包覆在第二包带8之上成型得到外护套9，得到绝缘耐火电缆。
所述步骤3）导体为铝合金。
本实施例绝缘耐火电缆耐火温度为1499℃。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。