一种工程建筑用电力电缆及其制备方法与流程

1.本发明涉及电线电缆技术领域，具体为一种工程建筑用电力电缆及其制备方法。


背景技术：

2.在建筑工程施工中，电气工程是一项非常关键的内容，能够使建筑工程的综合性能得到有效的提升，电力电缆的正常运行可以保障建筑工程的安全和稳定。
3.目前，在建筑工程中所采用的电力电缆多为聚氯乙烯绝缘电力电缆，聚氯乙烯绝缘电力电缆虽然和普通电缆相比具有一定的阻燃性，但是其一旦达到熔点开始燃烧，就会产生大量的黑烟，这对于建筑内的人员疏散会造成极大的阻碍，不仅如此，伴随着黑烟的产生，大量有毒有害气体也会随之而来，而这些气体的剧毒性和腐蚀性则是导致建筑火灾中人员死亡的主要原因，另外，有害气体的强腐蚀性也会将其他电缆外皮腐蚀，从而造成连锁反应，诱发更大规模的火灾，造成二次灾害，所以提供一种具备更高阻燃性能的电力电缆成为目前当务之急。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种工程建筑用电力电缆及其制备方法。
5.所采用的技术方案如下：
6.一种工程建筑用电力电缆，包括缆芯、绝缘层、屏蔽层、钢带铠装层、云母纸带隔热层、外护套层；
7.所述缆芯包括若干条铰接的导线及包覆在若干条所述导线表面的内护套层；
8.所述外护套层包括以下组成成分：
9.丙烯酸酯橡胶、ov-poss改性三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、炭黑、纳米气相法白炭黑、过氧化二异丙苯、氢氧化镁、氢氧化铝、含磷有机硅阻燃剂、硬脂酸、马来酸酐接枝聚丙烯、受阻胺光稳定剂、抗氧剂1010。
10.进一步地，以重量份数计，所述外护套层包括以下组成成分：
11.丙烯酸酯橡胶30-35份、ov-poss改性三元乙丙橡胶5-10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-15份、炭黑4-6份、纳米气相法白炭黑5-10份、过氧化二异丙苯0.1-0.5份、氢氧化镁20-25份、氢氧化铝20-25份、含磷有机硅阻燃剂4-8份、硬脂酸0.1-0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯0.1-0.5份、受阻胺光稳定剂0.1-0.5份、抗氧剂1010 0.1-0.5份。
12.进一步地，所述ov-poss改性三元乙丙橡胶的制备方法如下：
13.s1：将乙烯基三甲氧基硅烷加入无水乙醇/水混合溶剂中，搅拌均匀后，再加入盐酸调节体系ph至2-3，升温至55-60℃反应45-50h，恢复室温并抽滤，所得固体干燥后得到ov-poss；
14.s2：将三元乙丙橡胶、ov-poss加入转矩流变仪中80-90℃混炼5-10min后，再将过氧化二异丙苯加入混炼10-20min，将转矩流变仪升温至160-170℃，继续混炼10-20min后停
机出料即可。
15.进一步地，所述三元乙丙橡胶、ov-poss、过氧化二异丙苯的质量比为1000-1200：70-100：1。
16.进一步地，所述含磷有机硅阻燃剂的制备方法如下：
17.s1：将三乙胺、间苯二酚加入二甲苯中，搅拌升温至100-120℃，滴加二氯磷酸苯酯，滴毕后保温反应10-15h，减压蒸馏除去二甲苯，所得固体柱层析纯化后得到含磷中间体；
18.s2：将三乙胺、含磷中间体加入二氧六环中，边搅拌边滴加二甲基二氯硅烷，滴毕后升温至80-100℃，保温反应20-25h得到含硅-磷中间体；
19.s3：将含硅-磷中间体、水加入二氧六环中，升温至80-90℃搅拌反应10-15h，加入六甲基二硅氧烷封端，减压蒸馏除去二氧六环后，所得固体依次用水和四氢呋喃洗涤，最后真空干燥即可。
20.进一步地，s1中间苯二酚、二氯磷酸苯酯的摩尔比为2-2.1：1；
21.s2中含磷中间体、二甲基二氯硅烷的摩尔比为1：1-1.1。
22.进一步地，所述屏蔽层为若干股均匀设置铜导线和铅层构成的双层结构。
23.进一步地，以重量份数计，所述绝缘层包括以下组成成分：
24.线性低密度聚乙烯30-40份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-20份、偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物10-20份、空心陶瓷微珠20-25份、邻苯二甲酸二丁酯0.5-1份、马来酸酐接枝聚丙烯0.1-0.5份、微晶石蜡1-2份、抗氧剂1010 0.1-0.2份。
25.进一步地，所述内护套层为聚乙烯、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯、聚四氟乙烯中的任意一种。
26.本发明还公开了一种工程建筑用电力电缆的制备方法：
27.采用挤包工艺在若干条均匀设置的导线外部成型内护套层，得到缆芯，采用挤包工艺在若干根缆芯外部成型绝缘层，再采用挤包工艺在所述绝缘层外部成型屏蔽层，采用挤包工艺在所述屏蔽层外部成型钢带铠装层，再采用绕包工艺在所述钢带铠装层外部成型云母纸带隔热层，最后再采用挤包工艺在所述云母纸带隔热层外部成型外护套层即可。
28.本发明的有益效果：
29.本发明提供了一种工程建筑用电力电缆，其中外护套层位于电力电缆的外部，起到主要的保护作用，外护套层组分中丙烯酸酯橡胶是以丙烯酸酯为主单体经共聚而得的弹性体，其主链为饱和碳链，侧基为极性酯基，由于特殊结构赋予其许多优异的特点，如耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等，力学性能和加工性能优异，三元乙丙橡胶主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，poss作为硅系阻燃剂的一种，其通过固相阻燃聚合物在经过整个燃烧裂解过程之后在表面形成了一种类陶瓷状的硅氧化物绝热层，该层比普通的炭层具有更加致密的结构，对外界起到隔绝氧和热的作用，不但可以减少热辐射的热量，降低表面温度，还可以减少因热降解而产生的可燃性气体在基体附近的扩散，从而抑制进一步的燃烧和降解达到良好的阻燃效果，由于ov-poss可带有反应活性的官能团，通过共聚法嵌入到三元乙丙橡胶分子链中，由于其笼型结构，能够在一定程度上限制链段的运动，提高外护套层在高温下的稳定性，氢氧化镁、氢氧化铝在受热时化学分解吸热并释放出水汽，无毒、低烟且分解后产物化
学性质稳定，不产生二次污染，含磷有机硅阻燃剂含有硅、磷两种元素，其中，磷元素会抑制燃烧、酸催化脱水成炭、形成表面屏障炭膜隔绝空气，而硅元素则增加这些炭层的热稳定性，从而发挥磷硅协同阻燃效果，本发明含磷有机硅阻燃剂中含有硅氧烷结构，在燃烧时硅氧烷常常会迁移到聚合物表面，形成表面为聚硅氧烷富集层的高分子梯度材料以到达阻燃的效果，ov-poss改性三元乙丙橡胶、含磷有机硅阻燃剂在燃烧时所生成的复合绝热层，可以起到协同作用，共同起到隔绝热量，降低发烟量，抑制燃烧的效果，本发明所制备的外护套层材料具有良好的力学性能，可以起到很好的保护作用，而且极限氧指数高，阻燃性能优异，经过测试，所制备工程建筑用电力电缆在燃烧时能够长时间持续供电。
附图说明
30.图1为本发明工程建筑用电力电缆的结构示意图；
31.图2为缆芯的结构示意图；
32.图中标号分别代表：
33.1-缆芯；101-导线；102-导线；2-绝缘层；3-屏蔽层；4-钢带铠装层；5-云母纸带隔热层；6-外护套层。
具体实施方式
34.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
35.实施例1：
36.请参考图1，一种工程建筑用电力电缆，包括缆芯(1)、绝缘层(2)、屏蔽层(3)、钢带铠装层(4)、云母纸带隔热层(5)、外护套层(6)；
37.缆芯(1)包括若干条铰接的导线(101)及包覆在若干条导线表面聚氯乙烯材质的内护套层(102)；
38.绝缘层(2)包括以下组成成分：
39.线性低密度聚乙烯35份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物15份、空心陶瓷微珠20份、邻苯二甲酸二丁酯0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯0.2份、微晶石蜡1份、抗氧剂1010 0.2份。
40.屏蔽层(3)为若干股均匀设置铜导线和铅层构成的双层结构。
41.以重量份数计，外护套层(6)包括以下组成成分：
42.丙烯酸酯橡胶35份、ov-poss改性三元乙丙橡胶10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、炭黑5份、纳米气相法白炭黑10份、过氧化二异丙苯0.5份、氢氧化镁25份、氢氧化铝20份、含磷有机硅阻燃剂5份、硬脂酸0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯0.5份、受阻胺光稳定剂0.2份、抗氧剂1010 0.5份。
43.其中，ov-poss改性三元乙丙橡胶的制备方法如下：
44.将乙烯基三甲氧基硅烷(68.9ml，0.45mol)溶于丙酮(675ml)中，混合均匀，滴加浓盐酸(112.5ml)和去离子水(129.6ml)混合溶液，40℃回流48h，得到白色固体颗粒，抽滤并用乙醇洗涤，经二氯甲烷和丙酮混合溶液(体积比为1：3)重结晶，60℃真空干燥得白色晶体，即ovi-poss，产率为24.7％，将乙烯基三甲氧基硅烷(689ml，4.5mol)加入6.75l无水乙
醇/水混合溶剂中(无水乙醇、水体积比1:1)，搅拌均匀后，再加入质量分数10％盐酸调节体系ph至2，升温至60℃反应45h，恢复室温并抽滤，所得固体干燥后得到ov-poss，产率为27.2％，将100g三元乙丙橡胶、80gov-poss加入转矩流变仪中90℃混炼10min后，再将0.1g过氧化二异丙苯加入混炼15min，将转矩流变仪升温至170℃，继续混炼15min后停机出料即可。
45.含磷有机硅阻燃剂的制备方法如下：
46.将间苯二酚110g、缚酸剂三乙胺5ml加入二甲苯1.1l中，搅拌升温至120℃，滴加二氯磷酸苯酯105.5g，滴毕后保温反应12h，减压蒸馏除去二甲苯，所得固体柱层析纯化(洗脱液石油醚：乙酸乙酯＝1:1)得到含磷中间体，将三乙胺5ml、含磷中间体100g加入二氧六环500ml中，边搅拌边滴加二甲基二氯硅烷36g，滴毕后升温至90℃，保温反应24h得到含硅-磷中间体；将含硅-磷中间体50g、水加入二氧六环中，升温至90℃搅拌反应15h，加入适量六甲基二硅氧烷封端，减压蒸馏除去二氧六环后，所得固体依次用水和四氢呋喃洗涤，最后真空干燥即可。
47.本发明还公开了一种工程建筑用电力电缆的制备方法：
48.采用挤包工艺在若干条均匀设置的导线外部成型内护套层(102)，得到缆芯(1)，采用挤包工艺在若干根缆芯(1)外部成型绝缘层(2)，再采用挤包工艺在绝缘层(2)外部成型屏蔽层(3)，采用挤包工艺在屏蔽层(3)外部成型钢带铠装层(4)，再采用绕包工艺在钢带铠装层(4)外部成型云母纸带隔热层(5)，最后再采用挤包工艺在云母纸带隔热层(5)外部成型外护套层(6)即可。
49.实施例2：
50.请参考图1，一种工程建筑用电力电缆，包括缆芯(1)、绝缘层(2)、屏蔽层(3)、钢带铠装层(4)、云母纸带隔热层(5)、外护套层(6)；
51.缆芯(1)包括若干条铰接的导线(101)及包覆在若干条导线表面聚氯乙烯材质的内护套层(102)；
52.绝缘层(2)包括以下组成成分：
53.线性低密度聚乙烯40份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物20份、空心陶瓷微珠25份、邻苯二甲酸二丁酯1份、马来酸酐接枝聚丙烯0.5份、微晶石蜡2份、抗氧剂1010 0.2份。
54.屏蔽层(3)为若干股均匀设置铜导线和铅层构成的双层结构。
55.以重量份数计，外护套层(6)包括以下组成成分：
56.丙烯酸酯橡胶35份、ov-poss改性三元乙丙橡胶10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、炭黑6份、纳米气相法白炭黑10份、过氧化二异丙苯0.5份、氢氧化镁25份、氢氧化铝25份、含磷有机硅阻燃剂8份、硬脂酸0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯0.5份、受阻胺光稳定剂0.5份、抗氧剂1010 0.5份。
57.其中，ov-poss改性三元乙丙橡胶的制备方法如下：
58.将乙烯基三甲氧基硅烷(68.9ml，0.45mol)溶于丙酮(675ml)中，混合均匀，滴加浓盐酸(112.5ml)和去离子水(129.6ml)混合溶液，40℃回流48h，得到白色固体颗粒，抽滤并用乙醇洗涤，经二氯甲烷和丙酮混合溶液(体积比为1：3)重结晶，60℃真空干燥得白色晶体，即ovi-poss，产率为24.7％，将乙烯基三甲氧基硅烷(689ml，4.5mol)加入6.75l无水乙
醇/水混合溶剂中(无水乙醇、水体积比1:1)，搅拌均匀后，再加入质量分数10％盐酸调节体系ph至3，升温至60℃反应50h，恢复室温并抽滤，所得固体干燥后得到ov-poss，产率为27.2％，将100g三元乙丙橡胶、80gov-poss加入转矩流变仪中90℃混炼10min后，再将0.1g过氧化二异丙苯加入混炼20min，将转矩流变仪升温至170℃，继续混炼20min后停机出料即可。
59.含磷有机硅阻燃剂的制备方法如下：
60.将间苯二酚110g、缚酸剂三乙胺5ml加入二甲苯1.1l中，搅拌升温至120℃，滴加二氯磷酸苯酯105.5g，滴毕后保温反应15h，减压蒸馏除去二甲苯，所得固体柱层析纯化(洗脱液石油醚：乙酸乙酯＝1:1)得到含磷中间体，将三乙胺5ml、含磷中间体100g加入二氧六环500ml中，边搅拌边滴加二甲基二氯硅烷36g，滴毕后升温至100℃，保温反应25h得到含硅-磷中间体；将含硅-磷中间体50g、水加入二氧六环中，升温至90℃搅拌反应15h，加入适量六甲基二硅氧烷封端，减压蒸馏除去二氧六环后，所得固体依次用水和四氢呋喃洗涤，最后真空干燥即可。
61.本发明还公开了一种工程建筑用电力电缆的制备方法：
62.采用挤包工艺在若干条均匀设置的导线外部成型内护套层(102)，得到缆芯(1)，采用挤包工艺在若干根缆芯(1)外部成型绝缘层(2)，再采用挤包工艺在绝缘层(2)外部成型屏蔽层(3)，采用挤包工艺在屏蔽层(3)外部成型钢带铠装层(4)，再采用绕包工艺在钢带铠装层(4)外部成型云母纸带隔热层(5)，最后再采用挤包工艺在云母纸带隔热层(5)外部成型外护套层(6)即可。
63.实施例3：
64.请参考图1，一种工程建筑用电力电缆，包括缆芯(1)、绝缘层(2)、屏蔽层(3)、钢带铠装层(4)、云母纸带隔热层(5)、外护套层(6)；
65.缆芯(1)包括若干条铰接的导线(101)及包覆在若干条导线表面聚氯乙烯材质的内护套层(102)；
66.绝缘层(2)包括以下组成成分：
67.线性低密度聚乙烯30份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物10份、空心陶瓷微珠20份、邻苯二甲酸二丁酯0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯0.1份、微晶石蜡1份、抗氧剂1010 0.1份。
68.屏蔽层(3)为若干股均匀设置铜导线和铅层构成的双层结构。
69.以重量份数计，外护套层(6)包括以下组成成分：
70.丙烯酸酯橡胶30份、ov-poss改性三元乙丙橡胶5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、炭黑4份、纳米气相法白炭黑5份、过氧化二异丙苯0.1份、氢氧化镁20份、氢氧化铝20份、含磷有机硅阻燃剂4份、硬脂酸0.1份、马来酸酐接枝聚丙烯0.1份、受阻胺光稳定剂0.1份、抗氧剂1010 0.1份。
71.其中，ov-poss改性三元乙丙橡胶的制备方法如下：
72.将乙烯基三甲氧基硅烷(68.9ml，0.45mol)溶于丙酮(675ml)中，混合均匀，滴加浓盐酸(112.5ml)和去离子水(129.6ml)混合溶液，40℃回流48h，得到白色固体颗粒，抽滤并用乙醇洗涤，经二氯甲烷和丙酮混合溶液(体积比为1：3)重结晶，60℃真空干燥得白色晶体，即ovi-poss，产率为24.7％，将乙烯基三甲氧基硅烷(689ml，4.5mol)加入6.75l无水乙
醇/水混合溶剂中(无水乙醇、水体积比1:1)，搅拌均匀后，再加入质量分数10％盐酸调节体系ph至2，升温至55℃反应45h，恢复室温并抽滤，所得固体干燥后得到ov-poss，产率为27.2％，将100g三元乙丙橡胶、80gov-poss加入转矩流变仪中80℃混炼5min后，再将0.1g过氧化二异丙苯加入混炼10min，将转矩流变仪升温至160℃，继续混炼10min后停机出料即可。
73.含磷有机硅阻燃剂的制备方法如下：
74.将间苯二酚110g、缚酸剂三乙胺5ml加入二甲苯1.1l中，搅拌升温至100℃，滴加二氯磷酸苯酯105.5g，滴毕后保温反应10h，减压蒸馏除去二甲苯，所得固体柱层析纯化(洗脱液石油醚：乙酸乙酯＝1:1)得到含磷中间体，将三乙胺5ml、含磷中间体100g加入二氧六环500ml中，边搅拌边滴加二甲基二氯硅烷36g，滴毕后升温至80℃，保温反应20h得到含硅-磷中间体；将含硅-磷中间体50g、水加入二氧六环中，升温至80℃搅拌反应10h，加入适量六甲基二硅氧烷封端，减压蒸馏除去二氧六环后，所得固体依次用水和四氢呋喃洗涤，最后真空干燥即可。
75.本发明还公开了一种工程建筑用电力电缆的制备方法：
76.采用挤包工艺在若干条均匀设置的导线外部成型内护套层(102)，得到缆芯(1)，采用挤包工艺在若干根缆芯(1)外部成型绝缘层(2)，再采用挤包工艺在绝缘层(2)外部成型屏蔽层(3)，采用挤包工艺在屏蔽层(3)外部成型钢带铠装层(4)，再采用绕包工艺在钢带铠装层(4)外部成型云母纸带隔热层(5)，最后再采用挤包工艺在云母纸带隔热层(5)外部成型外护套层(6)即可。
77.实施例4：
78.与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，外护套层(6)包括以下组成成分：
79.丙烯酸酯橡胶35份、ov-poss改性三元乙丙橡胶5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、炭黑4份、纳米气相法白炭黑10份、过氧化二异丙苯0.1份、氢氧化镁25份、氢氧化铝20份、含磷有机硅阻燃剂8份、硬脂酸0.1份、马来酸酐接枝聚丙烯0.5份、受阻胺光稳定剂0.1份、抗氧剂1010 0.5份。
80.实施例5：
81.与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，外护套层(6)包括以下组成成分：
82.丙烯酸酯橡胶30份、ov-poss改性三元乙丙橡胶10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、炭黑6份、纳米气相法白炭黑5份、过氧化二异丙苯0.5份、氢氧化镁20份、氢氧化铝25份、含磷有机硅阻燃剂4份、硬脂酸0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯0.1份、受阻胺光稳定剂0.5份、抗氧剂1010 0.1份。
83.对比例1
84.与实施例1基本相同，区别在于，将外护套层(6)中的ov-poss改性三元乙丙橡胶用等质量的三元乙丙橡胶代替。
85.对比例2
86.与实施例1基本相同，区别在于，不加入含磷有机硅阻燃剂。
87.性能测试：
88.根据gb 12666.6-1990电线电缆燃烧试验方法，对本发明实施例1-5、对比例1-2所制备的工程建筑用电力电缆进行燃烧试验，分别记录火焰持续供电时间；
89.测试结果如下表1所示：
90.表1：
[0091][0092]
以本发明实施例1-5、对比例1-2中所制备的外护套层(6)材料作为试样，按照gb/t7594-1987、gb/t5013-2008、gb/t2951-2008标准测试试样的力学性能；
[0093]
按照gb/t2406-1993标准测试试样的极限氧指数(loi)；
[0094]
测试结果如下表2所示：
[0095]
表2：
[0096][0097][0098]
由上表1、2可知，本发明所制备的外护套层材料具有良好的力学性能，可以起到很
好的保护作用，而且极限氧指数高，阻燃性能优异，电力电缆在燃烧时能够长时间持续供电。
[0099]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。