一种纳米材料复合阻燃电缆及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电缆技术领域，具体是一种纳米材料复合阻燃电缆及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的迅速发展，电缆的使用量和铺设密集程度越来越高，近年来由电 气引起的火灾逐年增多，而其中由于电线电缆原因所引发的火灾占相当大的比例。在火灾 中，由于电缆起火蔓延而释放出的腐蚀性及有毒气体、产生的大量烟雾等所造成的"二次灾 害"，已引起人们的重视，因此有关部门对电缆防火、阻燃等特性的要求也越来越高，不仅要 求电缆线路具有高的可靠性，而且要求它对周围环境的安全性。GB 50217- 94《电力工程 电缆设计规范》已把采用阻燃电缆、耐火电缆等作为电缆防火的重要措施，明确规定在某些 场所应选用阻燃电缆或其它类型的防火电缆。
[0003]就目前而言，电缆行业习惯将阻燃、耐火、低烟低卤或低烟无卤型阻燃电缆统称为 防火电缆。然而，这些产品因其性能指标、制造技术的不同，其应用的范围也不同。普通的 阻燃电线电缆不易着火或着火后燃烧仅局限在一定范围之内，因此它能抑制火焰蔓延，可 以提高整条电缆线路的防火水平，通常用于电缆敷设密集程度较高的空旷而通风良好的场 所。耐火电缆的主要特点是在着火燃烧的情况下仍能保持一定时间的安全运行，以保证火 灾时消防、报警系统、应急供电回路等都能继续通电，使救灾工作能够正常进行。而低烟低 卤、低烟无卤型阻燃电缆在燃烧时产生的烟雾和有害气体较少，可以将"二次灾害"带来的 损失减至较低程度，因此适用于要求比较高的地铁、隧道、船舶和车辆、发电站以及重要的 高层建筑等。但这几种电缆在火势凶猛、风力强劲、高温、高压情况下就失去了它的正常特 性而不能满足使用要求，因为它们多为有机材料，在着火情况下容易燃烧，并发出很多热 量，加速电缆的燃烧。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种纳米材料复合阻燃电缆及其制作方法，以解决上述背 景技术中提出的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种纳米材料复合阻燃电缆，包括多股电缆内芯以及多股电缆内芯外依次包覆的陶瓷 纤维耐火带、第二有机硅复合材料阻燃层、第二阻燃绝缘层和纳米阻燃外护套，每股所述电 缆内芯均包括导体芯组，以及导体芯组外依次包覆的第一有机硅复合材料阻燃层、金属铠 装层和第一阻燃绝缘层，所述导体芯组是由多股高强度99. 99%无氧退火镀锡超细软铝丝 向右旋转绞合而成，所述金属铠装层内部设有一根铝丝加热线；在多股电缆内芯相互之间， 以及电缆内芯与陶瓷纤维耐火带之间均填充有阻燃填充料； 所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土 50-100份、纤维素醚10-30份、硅 酸钠1-10份、纳米氮化硅5-15份、基体树脂10-20份、硼酸锌10-20份、热分解石墨10-30 份、硬硅钙石10-30份、玻璃纤维15-35份、结集石墨10-20份； 所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材料阻燃层的材料相同，按照重量 份的组分为：有机硅橡胶50-150份、膨胀蛭石30-50份、硅酸钠1-5份、热分解石墨20-30 份、钢纤维2-8份、硅烷偶联剂1-10份、硼酸锰15-35份、焦磷酸铁5-15、纳米氮化硼2-10 份； 所述第一阻燃绝缘层和第二阻燃绝缘层的材料相同，按照重量份的组分为：水性丙烯 酸树脂60-80份、重质碳酸钙25-45份、水滑石1-10份、三氧化二锑10-25份、聚醚改性硅 油5-25份、增塑剂0. 5-1. 5份、十二碳醇酯5-25份、防老剂1-4份； 所述纳米阻燃外护套按照重量份的组分为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物80份、纳米氮化 硼10-20份、纳米氧化镁2-10份、纳米介孔分子筛10-20份、纳米氮磷类膨胀阻燃剂1-10 份、纳米活性剂10-15份、促进剂1-8份、增塑剂0. 5-2. 5份、防老剂2-6份。
[0006] 作为本发明进一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土 60-80份、纤维素醚15-25份、硅酸钠2-8份、纳米氮化硅6-12份、基体树脂12-18份、硼酸 锌12-18份、热分解石墨15-25份、硬硅钙石15-25份、玻璃纤维20-30份、结集石墨12-18 份。
[0007] 作为本发明进一步的方案：所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材 料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅橡胶70-120份、膨胀蛭石35-45份、硅 酸钠2-4份、热分解石墨22-28份、钢纤维3-7份、硅烷偶联剂2-8份、硼酸锰20-30份、焦 磷酸铁6-12、纳米氮化硼3-8份。
[0008] 作为本发明进一步的方案：所述纳米阻燃外护套按照重量份的组分为：乙烯-醋 酸乙烯酯共聚物80份、纳米氮化硼12-18份、纳米氧化镁2-8份、纳米介孔分子筛12-18份、 纳米氮磷类膨胀阻燃剂2-8份、纳米活性剂11-14份、促进剂2-6份、增塑剂1-2份、防老剂 3-5 份。
[0009] 作为本发明进一步的方案：所述陶瓷纤维耐火带由一层玻璃纤维和一层钢纤维粘 合而成，厚度为0. 2-0. 4_，相邻层采用双向绕包的方式，每层重叠处间隔缠绕。
[0010] 作为本发明进一步的方案：所述阻燃外护套制备原料中包括的纳米活性剂为 Mg0〇
[0011] 作为本发明进一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的组分为：微米级高岭土 70份、纤维素醚20份、硅酸钠5份、纳米氮化硅10份、基体树脂15份、硼酸锌15份、热分解 石墨20份、硬硅钙石20份、玻璃纤维25份、结集石墨15份。
[0012] 作为本发明进一步的方案：所述第一有机硅复合材料阻燃层和第二有机硅复合材 料阻燃层的材料相同，按照重量份的组分为：有机硅橡胶100份、膨胀蛭石40份、硅酸钠3 份、热分解石墨25份、钢纤维5份、硅烷偶联剂5份、硼酸锰25份、焦磷酸铁10、纳米氮化硼 5份。
[0013] 作为本发明进一步的方案：所述纳米阻燃外护套按照重量份的组分为：乙烯-醋 酸乙烯酯共聚物80份、纳米氮化硼15份、纳米氧化镁5份、纳米介孔分子筛15份、纳米氮 磷类膨胀阻燃剂5份、纳米活性剂12份、促进剂5份、增塑剂1. 5份、防老剂4份。
[0014] 本发明还提供一种纳米材料复合阻燃电缆的制作方法，具体步骤为： (1)采用数根导体绞合成一根导体芯组，然后采用双层共挤工艺在导体芯组外自内向 外依次包覆第一有机硅复合材料阻燃层、金属铠装层和第一阻燃绝缘层，同时在金属铠装 层包覆一根铝丝加热线；即得到单根电缆内芯； (2) 将数根电缆内芯合股成一股总缆，并用挤出工艺在一股总缆外面包覆阻燃填充料， 接着采用绕包工艺在阻燃填充料外绕包陶瓷纤维耐火带； (3) 采用三层共挤工艺，在陶瓷纤维耐火带外自内向外依次包覆第二有机硅复合材料 阻燃层、第二阻燃绝缘层和纳米阻燃外护套；即得到一种纳米材料复合阻燃电缆。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明设计的一种纳米材料复合阻燃电缆的耐火试验不仅满足国标GB/T 19216的要 求，在导体之间施加1000V电压，在火焰温度为950-1000°C的火焰中燃烧3h，电缆既不短路 也不开路。还可满足英国BS6387标准中规定的A级、B级和C级的要求，同时，在燃烧中还 可耐受水喷淋(W级)与抗机械冲击（X级、Y级、Z级）；试验过程中，电缆既不短路也不开路。
[0016] 本电缆符合阻燃A类，是阻燃的最高级别，阻燃性即为了熄灭