一种无机阻燃耐火隔热包带及其应用的制作方法

本发明属于光(电)缆包带及其应用领域，具体涉及一种由羟基磷灰石超长纳米线与玻璃纤维复合制备的用于光(电)缆的新型无机阻燃耐火隔热包带。

背景技术：

如果“互联网”被称作当今信息社会的“高速公路”，那么光(电)缆就是信息高速公路上的基石(互联网的物理路由)。随着通信技术的快速发展，光(电)缆被广泛应用于各个领域，例如民用建筑、轨道交通、油田、矿井、军工信息基站等等。发生火灾时，保持通信畅通对于火灾救援、减少人员和财产损失至关重要，因此阻燃耐火通信光(电)缆在当今信息社会众多应用领域显现出至关重要的地位。目前，阻燃耐火通信光(电)缆主要由缆芯、加强构件和阻燃耐火包带等构成，其阻燃耐火性能主要依靠阻燃耐火包带来实现。目前市场上销售的阻燃耐火包带在火灾中虽然具有一定的阻燃性能，但其隔热性能较差，同时在火灾中会释放大量有毒气体和烟雾，对火灾救援人员造成二次伤害。

技术实现要素：

针对现用阻燃耐火包带的缺点，本发明的目的在于提供一种力学强度高、具有良好的耐高温和隔热性能的无机阻燃耐火隔热包带及其应用。

一方面，本发明提供了一种无机阻燃耐火隔热包带，所述无机阻燃耐火隔热包带包括羟基磷灰石超长纳米线和无机纤维，所述无机阻燃耐火隔热包带的宽度为10～200mm，优选为20mm，所述无机阻燃耐火隔热包带用于包覆电缆或光缆。

本发明利用羟基磷灰石超长纳米线与玻璃纤维复合制备的无机阻燃耐火隔热包带，该阻燃耐火隔热包带具有良好的耐高温性能和隔热性能，在火焰上灼烧不燃、无烟/无有害气体释放，在阻燃耐火光(电)缆领域具有良好的应用前景。

较佳地，所述无机阻燃耐火隔热包带中羟基磷灰石超长纳米线的质量百分比≥30wt％，优选为50～70wt％。

较佳地，所述羟基磷灰石超长纳米线为由能在水中以单分散状态存在的直径为2～100nm，长度为50nm～100μm的羟基磷灰石纳米线组装形成的二维网状结构羟基磷灰石纳米线、或者直径为5～100nm，长度为20～2000μm的羟基磷灰石超长纳米线。

较佳地，所述无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、氧化物纤维、硅酸盐纤维、碳化硅纤维和金属纤维，所述无机纤维的直径为1～15μm、长度为1～12mm。

较佳地，所述无机阻燃耐火隔热包带是采用传统造纸工艺抄造而成的。

较佳地，所述无机阻燃耐火隔热包带的厚度≥50μm。

第二方面，本发明提供了一种上述无机阻燃耐火隔热包带在阻燃耐火电缆中的应用。

第三方面，本发明提供了一种上述无机阻燃耐火隔热包带在阻燃耐火电缆中的应用。

第四方面，本发明提供了一种耐火电缆，包括电缆以及包覆电缆的上述无机阻燃耐火隔热包带。

第五方面，本发明提供了一种耐火光缆，包括光缆以及包覆光缆的上述无机阻燃耐火隔热包带。

本发明中所述用于光(电)缆的无机阻燃耐火隔热包带是将羟基磷灰石超长纳米线包裹后的玻璃纤维通过传统造纸工艺将其抄造成无机耐火纸，然后将该耐火纸分切成宽度10～200mm的光(电)缆包带。与传统阻燃包带相比，本发明制备的光(电)缆包带具有更优良的耐火、耐高温和隔热性能，在火焰上灼烧不燃烧、无烟/无有害气体释放，在阻燃耐火光(电)缆领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1：本发明实施例1制备的用于光(电)缆的阻燃耐火隔热包带的耐火性能，由图可见，其在火焰上灼烧时不燃烧，无烟雾/无有毒气体产生；

图2：本发明实施例1制备的用于光(电)缆的阻燃耐火隔热包带与现有其它阻燃耐火包带的隔热性能对比图，结果显示本发明制备的用于光(电)缆的阻燃耐火隔热包带显示出更好的隔热性能；

图3：本发明实施例1制备的用于光(电)缆的阻燃耐火隔热包带与现有它阻燃耐火包带在火焰上灼烧5min后，包带的完整性对比图。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明是将分散良好的羟基磷灰石超长纳米线水分散液与玻璃纤维水分散液混合后通过传统造纸工艺抄造成无机耐火纸，将该耐火纸分切成宽度为10～200mm的阻燃耐火隔热包带。本发明所述羟基磷灰石超长纳米线在阻燃耐火隔热包带中的重量百分比≥30％，优选的羟基磷灰石超长纳米线重量百分比为50～70％。

以下示例性地说明本发明提供的无机阻燃耐火隔热包带得制备方法。

羟基磷灰石超长纳米线的制备。本发明所述羟基磷灰石超长纳米线可以采用溶剂热法制备，可参考文献和专利报道的方法制备：朱英杰,路丙强,陈峰,高柔韧性耐高温不燃的羟基磷灰石纸及其制备方法,专利号ZL201310687363.2；Ying-Ying Jiang,Ying-Jie Zhu,Feng Chen,Jin Wu,Ceramics International,41,6098-6102(2015)；Yong-Gang Zhang,Ying-Jie Zhu Feng Chen,Jin Wu,Materials Letters,144,135-137(2015)。也可采用其它合适的制备方法，所用方法只要能够制备出所述羟基磷灰石超长纳米线即可。所述羟基磷灰石超长纳米线的直径可为5～100nm，长度可为20～2000μm。

本发明优选采用由能在水中以单分散状态存在的直径为2～100nm、长度为50nm～100μm的羟基磷灰石纳米线组装形成的二维网状结构羟基磷灰石纳米线。该二维网状结构羟基磷灰石纳米线的制备方法可采用：以水溶性钙盐作为钙源，以水溶性磷酸盐作为磷源，以水溶性脂肪酸盐作为反应物、表面活性剂和乳化剂，以水作为溶剂，混合后得到反应前驱体悬浮液；将所得反应前驱体悬浮液在100～250℃下水热处理1小时～7天后，再经分离并用水洗涤得到能在水中以单分散状态存在的羟基磷灰石纳米线；将所述单分散状态存在的羟基磷灰石纳米线分散在水中，加入乙醇、分离产物、水洗、醇洗得到所述二维网状结构羟基磷灰石纳米线。

本发明中，所述水溶性脂肪酸盐包括但不局限于油酸盐、亚油酸盐、硬脂酸盐、月桂酸盐、肉豆蔻酸盐和棕榈酸盐。所述脂肪酸盐可以使脂肪酸的任何一种盐，优选脂肪酸的纳盐或钾盐。应理解为可采用一种脂肪酸盐，也可采用二种或二种以上的脂肪酸盐。此外还应理解可以采用相应脂肪酸与碱的反应产物，例如油酸与氢氧化钠的反应产物。脂肪酸盐可先溶于水形成脂肪酸盐水溶液再加入反应体系，所述脂肪酸盐水溶液的摩尔浓度可为0.01～10摩尔/升。所述水溶性钙盐包括但不局限于氯化钙、硫酸钙、醋酸钙、硝酸钙和/或其水合物，应理解可采用一种水溶性钙盐，也可采用二种或二种以上的水溶性钙盐；此外还应理解可以采用水溶性钙盐水合物，例如CaCl₂·2H₂O。所述水溶性钙盐水溶液摩尔浓度可为0.001～10摩尔/升，优选为0.01～2摩尔/升。

在上述反应前驱体中再加入水溶性磷酸盐水溶液，均匀混合后得到反应前驱体悬浮液。所述水溶性磷酸盐水溶液的摩尔浓度可为0.001～10摩尔/升。所述水溶性磷酸盐包括但不局限于磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、三聚磷酸钾、六偏磷酸钾、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、三聚磷酸铵、六偏磷酸铵、和/或以上化合物的水合物。应理解可采用一种水溶性磷酸盐，也可采用二种或二种以上的水溶性磷酸盐；此外还应理解可以采用水溶性磷酸盐的水合物，例如NaH₂PO₄·2H₂O。

在本发明中，所述水溶性脂肪酸盐与钙源的摩尔比为10:1～1:10，优选地，其摩尔比为7:2～5:1。所述水溶性钙盐和水溶性磷酸盐的摩尔比可为1:10～10:1，优选为1:2～2:1。

将反应前驱体悬浮液在100～250℃下水热处理1小时～7天后，再经分离并用水洗涤得到所述羟基磷灰石纳米线，将所述单分散状态存在的羟基磷灰石纳米线分散在水中，加入乙醇、分离产物、水洗、醇洗得到所述二维网状结构羟基磷灰石纳米线。

将制备所得羟基磷灰石超长纳米线或二维网状结构羟基磷灰石纳米线制备成羟基磷灰石超长纳米线的水悬浮液。其中，所述羟基磷灰石超长纳米线水悬浮液的浓度可为0.1～20wt.％，优选浓度为0.3～4wt.％。

将制备所得羟基磷灰石超长纳米线制备成的水悬浮液与无机纤维进行混合，得到浆料。本发明所述玻璃纤维的直径可为1～15μm，长度可为1～12mm。所的浆料(混合水悬浮液的)中无机纤维的浓度为0.1～10wt.％，优选浓度为0.2～1wt.％。

本发明制备阻燃耐火隔热包带的造纸工艺为：将配置好的浆料通过滤水成型、压榨(压力1～5MPa，时间5～30min)，干燥(温度60～105℃，时间3～10min)和压光(线压力5～150N/mm，速度5～15m/min)后制备成耐火纸，然后分切成宽度为10～200mm的阻燃耐火隔热包带。

总的来说，本发明所述用于光(电)缆的新型无机阻燃耐火隔热包带是指采用羟基磷灰石超长纳米线和玻璃纤维作为原料通过传统造纸工艺抄造而成，其厚度可为≥50μm，优选为50～3000μm，优选的阻燃耐火隔热包带厚度为100～300μm。本发明通过电脑拉力仪测得本发明制备的无机阻燃耐火隔热包带的抗张强度为5～50MPa。

本发明具有如下优点：

本发明制备的阻燃耐火隔热包带具有良好的力学性能，与传统光(电)缆阻燃包带相比，本发明的阻燃耐火隔热包带具有更优良的耐高温性能和隔热性能，在火焰上灼烧不燃、无烟/无有害气体释放，在阻燃耐火光(电)缆领域具有良好的应用前景。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1：

将长度为3mm、直径为6μm的玻璃纤维配置成浓度为0.5wt.％的水悬浮液，与浓度为0.5wt.％的羟基磷灰石超长纳米线水悬浮液混合，羟基磷灰石超长纳米线的重量百分比为80wt.％，缓慢搅拌1min后得到浆料，将复合后的浆料在凯塞快速纸页成型器上滤水成型，成型后的纸页经过压榨(压力为5MPa，时间为3min)、干燥(温度为95℃，时间为3min)后制备成厚度为190μm、抗张强度为6MPa的无机耐火纸。将该无机耐火纸分切成宽度为20mm的光(电)缆用阻燃耐火隔热包带；

将阻燃耐火隔热包带包裹在热电偶上在酒精灯火焰上灼烧5min，热电偶的温度上升至376℃；对比之下，不包裹阻燃耐火隔热包带则热电偶的温度上升至687℃；即使用阻燃耐火隔热包带可以使温度降低311℃。实验表明阻燃耐火隔热包带显示出良好的阻燃、耐火和隔热性能。

实施例2：

将长度为6mm、直径为6μm的玻璃纤维配置成浓度为0.2wt.％的水悬浮液，与浓度为0.5wt.％的羟基磷灰石超长纳米线水悬浮液混合，羟基磷灰石超长纳米线的重量百分比为60wt.％，缓慢搅拌1min后得到浆料，将复合后的浆料在凯塞快速纸页成型器上滤水成型，成型后的纸页经过压榨(压力为2MPa，时间为8min)、干燥(温度为65℃，时间为30min)后制备成厚度为100μm、抗张强度为5MPa的无机耐火纸。将该无机耐火纸分切成宽度为20mm的光(电)缆用阻燃耐火隔热包带。将其包裹在热电偶上在酒精灯火焰上灼烧5min，热电偶的温度上升至520℃；对比之下，不包裹阻燃耐火隔热包带则热电偶的温度上升至687℃；即使用阻燃耐火隔热包带可以使温度降低167℃。实验表明阻燃耐火隔热包带显示出良好的阻燃、耐火和隔热性能。

对比例1

对比无机耐火纸和玻璃纤维包带的阻燃和隔热性能。工业用玻璃纤维包带，厚度为220μm、抗张强度为60MPa。将玻璃纤维包带包裹在热电偶上在酒精灯火焰上灼烧5min，热电偶的温度上升至589℃(不包裹阻燃耐火隔热包带时热电偶的温度上升至687℃)，如图2所示。

对比例2

对比无机耐火纸和陶瓷化聚烯烃包带的阻燃和隔热性能。工业用陶瓷化聚烯烃包带，厚度为234μm。将陶瓷化聚烯烃包带包裹在热电偶上在酒精灯火焰上灼烧5min，热电偶的温度上升至580℃(不包裹阻燃耐火隔热包带时热电偶的温度上升至687℃)，如图2所示。

通过对比例显示，无机耐火纸用作光(电)缆阻燃耐火隔热包带，无机耐火纸与光(电)缆现用阻燃耐火隔热包带相比，无机耐火纸具有更好的隔热效果。