一种低烟无卤防火阻燃电力电缆及制备方法与流程

本发明属于电力电缆制备，尤其涉及一种低烟无卤防火阻燃电力电缆及制备方法。

背景技术：

1、电力电缆是一种专门用于传输和分配电能的电线或电缆。它们广泛应用于电力系统中，包括发电厂、输电系统、配电系统以及最终的用电终端。电力电缆能够承载不同电压级别的电流，从低压家用电缆到高压长距离输电电缆。随着火灾事故的频发，人们对火灾安全意识日渐增强，电线电缆的阻燃问题逐渐引起大家的重视，现有的电力电缆在燃烧时常常会释放出氯气等有害气体和有毒烟雾，危害逃生人员和消防人员的健康，并对环境造成污染，产生的大量浓烟，会严重影响视线，阻碍人员疏散和消防救援，电力电缆不能迅速成炭还会导致熔体滴落，引燃电缆附近其他易燃物，而阻燃剂的加入还常常导致电缆力学性能的下降。因此，开发一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，对于减少电气火灾事故的风险，保护人们的生命安全和财产安全至关重要。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有的电力电缆，本发明提供了一种低烟无卤防火阻燃电力电缆及制备方法。

2、为了实现上述目的，采用了如下技术方案：一种低烟无卤防火阻燃电力电缆及其制备方法，所述电力电缆包括缆芯和外部层，所述外部层由依次从内到外的阻燃层和保护层组成，所述阻燃层中相互间隔并平行设置四根缆芯，所述缆芯由依次从内到外的铜芯导体、绝缘层、屏蔽层组成，所述缆芯和外部层之间设置有填充层。

3、进一步地，所述阻燃层包括如下重量份的组分：聚苯乙烯80-100份、甲基乙烯基硅橡胶30-40份、丙烯酸酯橡胶20-25份、超高分子量聚乙烯12-18份、复合阻燃剂7-10份、复合改性羟基磷灰石5-8份。

4、进一步地，所述复合阻燃剂通过以下步骤制备：

5、s1、室温下将六氯环三磷腈溶解于四氢呋喃中，在氮气氛围下，缓慢加入4-(1h-四唑-1-基)苯胺和三乙胺，加入完成0.5h后升温至60-75℃继续反应5-8h，反应结束，过滤，滤液旋蒸，除去四氢呋喃，得到中间体i；

6、s2、将异喹啉-1,3,4-三酮加入反应釜中，加入1,4-二氧六环和劳森试剂，加热至回流，反应1-2h，降至室温，再加入所述中间体i，升温至65-80℃继续反应2-5h，用硅藻土过滤，滤液旋蒸，除去1,4-二氧六环，得到所述中间体ii；

7、s3、将3,4-二氰基苯硼酸频哪醇酯加入到浓度为1.5mol/l的氢氧化钠的乙醇溶液中，0.5h后加入所述中间体ii，混合均匀，60-100℃反应5-8h，过滤，滤液旋蒸，除去乙醇，再于80-120℃真空烘箱干燥1-2h，得到所述复合阻燃剂。

8、所述复合阻燃剂制备的反应方程式为：

9、

10、进一步地，所述六氯环三磷腈、4-(1h-四唑-1-基)苯胺、三乙胺、异喹啉-1,3,4-三酮、劳森试剂、3,4-二氰基苯硼酸频哪醇酯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙醇的用量比例为：（0.95-1）mol：（6-6.05）mol：（6-6.1）mol：（1.45-1.5）mol：（4.5-5）mol：（1.2-1.3）mol：（180-200）ml：（200-250）ml：（250-300）ml。

11、进一步地，所述复合改性羟基磷灰石通过以下步骤制备：

12、a、在反应装置中加入羟基磷灰石，再加入1.5mol/l的柠檬酸钾溶液，超声30-60min，静置10-15h，用去离子水洗涤3次，然后在60-80℃烘箱内干燥12-24h，得到柠檬酸钾改性羟基磷灰石；

13、b、将所述柠檬酸钾改性羟基磷灰石加入反应装置中，再加入1.5mol/l的醋酸锌溶液，超声30-60min，静置12-18h，取出后用去离子水洗涤3次，在40-50℃烘箱内干燥24-48h，得到所述复合改性羟基磷灰石。

14、进一步地，所述羟基磷灰石、柠檬酸钾溶液、醋酸锌溶液的用量比例为（5-8）g：（40-60）ml：（50-80）ml。

15、进一步地，所述铜芯导体为直径10-15mm的镀镍铜芯；所述绝缘层为陶瓷化硅橡胶；所述屏蔽层为厚度为0.5-1.0mm的镀锡铝箔；所述保护层为pfa树脂；所述填充层为玻璃纤维。

16、进一步地，所述电力电缆的制备方法包括如下步骤：将所述绝缘层通过挤出的方式挤包于铜芯导体表面，再在所述绝缘层外部编织屏蔽层，得到所述缆芯，在所述缆芯外包裹填充层，将聚苯乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、超高分子量聚乙烯、复合改性羟基磷灰石，于混炼机中180-200℃混炼40-60min，降温至100-105℃，加入复合阻燃剂，继续混炼10min，再加热到180-200℃混炼40-60min，挤包于所述填充层的外部，形成阻燃层，再通过挤出的方式将所述保护层挤包于阻燃层外部，得到低烟无卤防火阻燃电力电缆。

17、本发明的有益效果是：

18、（1）本发明以六氯环三磷腈为母核，制备了一种星型复合阻燃剂，分子内同时存在氮磷硼和氮磷硫协效阻燃作用，与复合改性羟基磷灰石共同作用，迅速膨胀成炭，形成致密炭层，起到防火阻燃的作用，阻燃剂分子中的螺环结构和噻二唑等多个稠杂环结构，增加了分子的刚性，提高了电缆的热稳定性和机械性能，避免了阻燃剂的加入导致电缆力学性能的下降，分子中还包含两个相邻的氰基，受热后能发生自交联，产生三嗪和酞菁结构，进一步增强了电缆的热稳定性，增加了熔化后电缆的黏度，极大地降低了熔滴的风险；

19、（2）本发明通过柠檬酸钾和醋酸锌对羟基磷灰石改性，k+以离子交换的方式插入羟基磷灰石层间，在离子水化作用下破坏了羟基磷灰石层与层间阳离子的平衡，导致层间结合水在受到高温加热后快速蒸发，柠檬酸钾还会迅速分解产生二氧化碳和水，进一步促进阻燃层的膨胀，而醋酸锌则能够催化阻燃层中的化合物发生交联，促进阻燃层迅速炭化，有效阻止烟气散出；

20、（3）本发明制备的电力电缆，具有低烟无卤、快速成炭、防火阻燃的优点，燃烧后对环境污染小。

技术特征：

1.一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：包括缆芯和外部层，所述外部层由依次从内到外的阻燃层和保护层组成，所述阻燃层中相互间隔并平行设置四根缆芯，所述缆芯由依次从内到外的铜芯导体、绝缘层、屏蔽层组成，所述缆芯和外部层之间设置有填充层；所述阻燃层包括如下重量份的组分：聚苯乙烯80-100份、甲基乙烯基硅橡胶30-40份、丙烯酸酯橡胶20-25份、超高分子量聚乙烯12-18份、复合阻燃剂7-10份、复合改性羟基磷灰石5-8份。

2.根据权利要求1所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述复合阻燃剂通过以下步骤制备：

3.根据权利要求2所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述六氯环三磷腈、4-(1h-四唑-1-基)苯胺、三乙胺、异喹啉-1,3,4-三酮、劳森试剂、3,4-二氰基苯硼酸频哪醇酯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙醇的用量比例为：（0.95-1）mol：（6-6.05）mol：（6-6.1）mol：（1.45-1.5）mol：（4.5-5）mol：（1.2-1.3）mol：（180-200）ml：（200-250）ml：（250-300）ml。

4.根据权利要求3所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述复合改性羟基磷灰石通过以下步骤制备：

5.根据权利要求4所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述羟基磷灰石、柠檬酸钾溶液、醋酸锌溶液的用量比例为（5-8）g：（40-60）ml：（50-80）ml。

6.根据权利要求5所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述铜芯导体为直径10-15mm的镀镍铜芯，所述绝缘层为陶瓷化硅橡胶。

7.根据权利要求6所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述屏蔽层为厚度为0.5-1.0mm的镀锡铝箔。

8.根据权利要求7所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述保护层为pfa树脂。

9.根据权利要求8所述的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆，其特征在于：所述填充层为玻璃纤维。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的低烟无卤防火阻燃电力电缆的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：将所述绝缘层通过挤出的方式挤包于铜芯导体表面，再在所述绝缘层外部编织屏蔽层，得到所述缆芯，在所述缆芯外包裹填充层，将所述聚苯乙烯、甲基乙烯基硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、超高分子量聚乙烯、复合改性羟基磷灰石于混炼机中180-200℃混炼40-60min，降温至100-105℃，加入所述复合阻燃剂，继续混炼10min，再加热到180-200℃混炼40-60min，挤包于所述填充层的外部，形成阻燃层，再通过挤出的方式将所述保护层挤包于阻燃层外部，得到低烟无卤防火阻燃电力电缆。

技术总结
本发明公开了电力电缆制备技术领域的一种低烟无卤防火阻燃电力电缆及制备方法。本发明采用六氯环三磷腈为母核制备了一种复合阻燃剂，具有氮磷硼和氮磷硫协效阻燃性能，其与复合改性羟基磷灰石相互作用，在高温下快速膨胀形成炭层，实现防火隔热。阻燃剂分子中的螺环和噻二唑等稠杂环结构，增强了分子刚性，提升了电缆材料的热稳定性和机械强度，含有的邻氰基在热作用下可自交联，生成三嗪和酞菁结构，提高电缆材料的热稳定性，增加黏度，降低熔滴风险。通过柠檬酸钾和醋酸锌对羟基磷灰石进行改性，能促进阻燃层膨胀，催化聚合物交联，加速阻燃层炭化，有效控制烟气扩散。本发明制备的电缆材料具有低烟无卤、快速成炭、防火阻燃的优点。

技术研发人员：王法军,王硕,王再发
受保护的技术使用者：天津市天鸿祥线缆有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21