一种新型电缆用防爆阻燃包带材料的制作方法

[0001]
本发明涉及阻燃材料领域，具体涉及一种新型电缆用防爆阻燃包带材料。


背景技术：

[0002]
随着我国城市化进程的推进以及电力基础设施建设的快速发展，城市电力电缆隧道、沟道、地下综合管廊越来越多，有效解决了电力架空线路与城市市容市貌发展不协调等问题。然而电缆隧道虽与外界隔绝，运行环境单一，但往往由于通风不足、电缆老化、局部温升过高导致火灾发生，易产生击穿和爆炸事故，对电缆线路、设备和人员造成伤害，给电缆的运行和维护带来挑战。因此，电缆的防火阻燃措施显得尤为重要，尤其是在密集敷设的电缆通道内，如何有效防止电缆火灾蔓延和事故扩大是亟待解决的问题。
[0003]
针对电缆防火，通常解决方法之一是电缆本身材质的阻燃化处理和结构设计，即使用耐火电缆；另一种方法则是采用防火涂料、阻燃包带、耐火槽盒等多种电缆防火保护产品对电缆进行保护，可不同程度有效地保护电缆的火灾安全。但是，耐火电缆价格昂贵，不具普及性；防火涂料对电缆持久附着力较差，而且施工受场地制约，需要涂刷多遍，不能形成致密的覆盖层，炭化层硬度差，容易被烧穿或吹落，电缆弯曲处易出现裂缝，耐火性不佳，易老化，存在有机溶剂挥发的风险；传统非自粘性阻燃包带的缺点是与电缆缺乏持久的附着力，防火材料耐火性能差，使用寿命较短、时效性差，长期运行后其阻燃效果会减弱，需要重复施工，增加电缆运行维护成本和负担；而自粘性阻燃包带也存在制备复杂，密闭的防火阻燃外套形式不利于电缆运行时热量的及时散发，不能二次利用；耐火槽盒尽管可有效防止电缆着火时火焰延燃，并且两端用耐火柔性堵料严密封堵，但造价较高，且未考虑电缆夹层垂直方向阻火分隔问题，且封堵容易出现松动脱落，体积过于庞大，安装方式复杂，在电缆沟中施工时需要将施工现场所有盖板翻起施工，施工周期长，不利于安装及今后邻近电缆的施工和检修。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的电缆用防爆阻燃包带材料，实现对电缆的防火阻燃，通过控制骨架材料为阻燃纤维网孔式设计方式，具有良好的通风性，有利于空气流通，运行中电缆产生的热量可及时散发到外部环境，降低电缆的温度，提高电缆寿命，且其柔性轻薄，体积小，可弯折，采用绕包式安装方式，安装时十分便携和快速，安装后不影响周边电缆线路运行和检修，并且可以实现二次包扎使用。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006]
一种新型电缆用防爆阻燃包带材料，按质量百分比计，包括以下组分：
[0007]
阻燃橡胶材料
ꢀꢀꢀ
70～97％
[0008]
骨架材料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3～30％；
[0009]
所述骨架材料为阻燃纤维网状材料，通过控制骨架材料为阻燃纤维网孔式设计方式，具有良好的通风性，有利于空气流通，运行中电缆产生的热量可及时散发到外部环境，
降低电缆的温度，提高电缆寿命。
[0010]
进一步地，以所述阻燃橡胶材料的总质量为基准，按质量百分比计，所述阻燃橡胶材料包括以下组分：
[0011][0012]
通过控制阻燃橡胶材料中无卤阻燃剂的含量为35～70wt％，可以保证防爆阻燃包带材料在明火作用下瞬间膨胀发泡，对内部电缆起到良好的防火隔热作用，有效地保护电缆免受火灾事故的破坏。
[0013]
进一步地，所述阻燃纤维网状材料的强度大于25克/旦。
[0014]
进一步地，所述骨架材料由多根阻燃纤维粗纱由经线方向和纬线方向编织成网状；每根所述阻燃纤维粗纱由多束阻燃纤维复丝编制而成。
[0015]
进一步地，所述阻燃橡胶材料以涂覆、浸渍或者刮刀涂刮的形式在纬线方向的阻燃纤维粗纱以及经线方向阻燃纤维网孔区域上附着，形成若干个阻燃橡胶材料条状区域。
[0016]
进一步地，所述阻燃橡胶材料条状区域为间隔0.5cm、宽度1cm、长度方向与经线方向的阻燃纤维粗纱同向的阻燃橡胶附着区域。
[0017]
进一步地，所述纬线方向每0.5cm长度的阻燃纤维粗纱上阻燃橡胶材料的附着量为0.025～0.06g。
[0018]
进一步地，所述间隔0.5cm、宽度1cm、经线方向每10cm长度的阻燃橡胶材料条状区域内，阻燃橡胶材料附着量为1.5～4g，厚度最大值为2～3.5毫米。
[0019]
进一步地，所述阻燃纤维复丝的数量为复数束。
[0020]
进一步地，每束所述阻燃纤维复丝由10～120根阻燃单纤维编制而成。
[0021]
进一步地，所述阻燃纤维粗纱的直径为0.2～0.5mm。
[0022]
进一步地，所述阻燃纤维复丝细度为800～5000旦。
[0023]
进一步地，所述阻燃单纤维的直径为5～15μm。
[0024]
进一步地，所述阻燃纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、芳砜纶和聚四氟乙烯纤维中的至少一种。
[0025]
进一步地，所述无卤阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、水滑石、硼酸锌、聚磷酸铵、磷酸酯、三聚氰胺、三聚氰胺盐、可膨胀石墨、聚硅氧烷、季戊四醇及其二缩醇、三缩醇和二乙基次磷酸铝中的至少一种。
[0026]
进一步地，所述液体橡胶为端羟基聚丁二烯、端羧基聚丁二烯、端羟基丁腈橡胶和端羧基丁腈橡胶的至少一种。
[0027]
进一步地，所述填料为炭黑、白炭黑、滑石粉、碳酸钙、水滑石和陶土中的至少一
种。
[0028]
进一步地，所述固化剂为mdi、聚合mdi、液化mdi、hdi三聚体、hdi缩二脲、ipdi三聚体中的至少一种。
[0029]
进一步地，所述扩链剂为乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、1,4-环己二醇、1,4-二(羟基乙氧基苯)、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙基甲苯二胺、4,4
’-
双仲丁氨基二苯基甲烷、3,3
’-
二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和甲基环已二胺中的一种或两种以上。
[0030]
进一步地，所述催化剂为三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、n-乙基吗啡啉、环烷酸锌和有机铋中的一种或两种以上。
[0031]
进一步地，所述磷酸酯为磷酸三甲苯酯、磷酸三异丁酯、磷酸三乙酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸二苯基异辛苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和磷酸三苯酯中的至少一种。
[0032]
进一步地，所述三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺三聚硫氰酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺硼酸盐中的至少一种。
[0033]
进一步地，所述可膨胀石墨的粒径为5～10μm，膨胀倍率为150～200％。
[0034]
本发明的有益效果在于：
[0035]
(1)本发明提供的新型电缆用防爆阻燃包带材料，通过控制骨架材料为阻燃纤维网孔式设计方式，具有良好的通风性，有利于空气流通，运行中电缆产生的热量可及时散发到外部环境，降低电缆的温度，提高电缆寿命。
[0036]
(2)本发明提供的新型电缆用防爆阻燃包带材料，通过控制阻燃橡胶材料中无卤阻燃剂的质量百分比为35～70％，可以保证防爆阻燃包带材料在明火作用下瞬间膨胀发泡，对内部电缆起到良好的防火隔热作用，有效地保护电缆免受火灾事故的破坏。
[0037]
(3)本发明提供的新型电缆用防爆阻燃包带材料水平燃烧等级和垂直燃烧等级中均表现为最高等级，可以保证防爆阻燃包带材料具有自熄性能，燃烧过程中未有滴落物出现，并且有效提高引燃时间，降低电缆火灾的热危害性和毒性，防止火灾蔓延，可起到一定的灭火效果。
[0038]
(4)本发明提供的新型电缆用防爆阻燃包带材料，柔性轻薄，体积小，可弯折，采用绕包式安装方式，安装时十分便携和快速，安装后不影响周边电缆线路运行和检修，并且可以实现二次包扎使用。
附图说明
[0039]
图1是本发明新型电缆用防爆阻燃包带材料的结构示意图；
[0040]
附图标记说明：
[0041]
1.纬线方向阻燃纤维粗纱；2.经线方向阻燃纤维粗纱；3.阻燃橡胶材料条状区域；4.网孔。
具体实施方式
[0042]
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下将参照附图，结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下述所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用
的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
[0043]
本发明提供的新型电缆用防爆阻燃包带材料，按质量百分比计，包括70～97％的阻燃橡胶材料和3～30％的骨架材料，其中骨架材料为强度大于25克/旦的阻燃纤维网状材料。其中阻燃橡胶材料又包括无卤阻燃剂、液体橡胶、填料、固化剂、扩链剂和催化剂。以阻燃橡胶材料的总质量为基准，其中无卤阻燃剂的质量百分比为35～70％，液体橡胶的质量百分比为20～60％，填料的质量百分比为0～30％，固化剂的质量百分比为1～30％，扩链剂的质量百分比为0～30％，催化剂的质量百分比为0.1～4％。
[0044]
通过控制骨架材料为阻燃纤维网孔式设计方式，具有良好的通风性，有利于空气流通，运行中电缆产生的热量可及时散发到外部环境，降低电缆的温度，提高电缆寿命。通过控制阻燃橡胶材料中无卤阻燃剂的质量百分比含量为35～70％，可以保证防爆阻燃包带材料在明火作用下瞬间膨胀发泡，对内部电缆起到良好的防火隔热作用，有效地保护电缆免受火灾事故的破坏。
[0045]
下面对本发明提供的新型电缆用防爆阻燃包带材料的各组分进行详细说明。
[0046]
本发明的阻燃纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、芳砜纶和聚四氟乙烯纤维中的至少一种，如图1所示，骨架材料由纬线方向阻燃纤维粗纱1和经线方向阻燃纤维粗纱2编织成网状，形成若干个网孔4；其中每根阻燃纤维粗纱包括复数束阻燃纤维复丝；而每束阻燃纤维复丝又包括10～120根阻燃单纤维。其中阻燃纤维粗纱的直径为0.2～0.5mm，阻燃纤维复丝细度为800～5000旦，阻燃单纤维的直径为5～15μm。骨架材料经一次涂覆、浸渍或刮刀涂刮的形式使每根阻燃纤维粗纱表面附着一层不同厚度的阻燃橡胶材料，此外以同样的方式在径向方向的网孔区域每间隔0.5cm附着阻燃橡胶材料，形成若干个宽度为1cm的阻燃橡胶材料条状区域，其中纬线方向阻燃纤维粗纱1涂覆的阻燃橡胶材料较少，每0.5cm长度阻燃纤维粗纱上阻燃橡胶材料的附着量为0.025～0.06g；阻燃橡胶材料条状区域3涂覆的阻燃橡胶材料较多，宽度1cm、经线方向每10cm长度的阻燃橡胶材料条状区域的附着量为1.5～4g，厚度最大值为2～3.5毫米。当材料遇火发生膨胀时，在骨架材料上形成一层膨胀阻燃覆盖层，堵塞网孔4，起隔绝和吸热效应，阻止可燃性气体的产生，并且可防止电缆爆炸时产生飞溅物，从而发挥阻燃效果保护电缆。
[0047]
本发明的无卤阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、水滑石、硼酸锌、聚磷酸铵、磷酸酯、三聚氰胺、三聚氰胺盐、可膨胀石墨、聚硅氧烷、季戊四醇及其二缩醇、三缩醇和二乙基次磷酸铝中的至少一种。其中，磷酸酯为磷酸三甲苯酯、磷酸三异丁酯、磷酸三乙酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸二苯基异辛苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和磷酸三苯酯等磷酸酯中的至少一种；三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺三聚硫氰酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺硼酸盐中的至少一种；可膨胀石墨的粒径为5～10μm，膨胀倍率为150～200％。
[0048]
本发明的液体橡胶为端羟基聚丁二烯、端羧基聚丁二烯、端羟基丁腈橡胶和端羧基丁腈橡胶中的至少一种。
[0049]
本发明的填料为炭黑、白炭黑、滑石粉、碳酸钙、水滑石和陶土中的至少一种。
[0050]
本发明的固化剂为mdi、聚合mdi、液化mdi、hdi三聚体、hdi缩二脲、ipdi三聚体中的至少一种。
[0051]
本发明的扩链剂为乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、1,4-环己
二醇、1,4-二(羟基乙氧基苯)、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙基甲苯二胺、4,4
’-
双仲丁氨基二苯基甲烷、3,3
’-
二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和甲基环已二胺中的一种或两种以上。
[0052]
本发明的催化剂为三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、n-乙基吗啡啉、环烷酸锌和有机铋中的一种或两种以上。
[0053]
下面以具体的实施例来对本发明进行具体的说明。
[0054]
实施例1
[0055]
本实施例提供了一种新型电缆用防爆阻燃包带材料，包括阻燃橡胶材料和骨架材料；以阻燃橡胶材料和骨架材料总质量计，骨架材料含量为5％，阻燃橡胶材料含量为95％。
[0056]
其中，以阻燃橡胶材料的总质量为基准，按质量百分比计，阻燃橡胶材料包括35％端羟基聚丁二烯、5％端羟基丁腈橡胶、15％可膨胀石墨、6％聚磷酸铵、2％三聚氰胺、2％季戊四醇、5％的氢氧化铝、2％硼酸锌、5％mdi、15％磷酸三异丙基苯酯、3％白炭黑、3％1,4-丁二醇、2％三亚乙基二胺。
[0057]
其中，组成骨架材料的阻燃纤维粗纱为聚酰亚胺纤维，每根阻燃纤维粗纱包括两束聚酰亚胺阻燃纤维复丝；而每束聚酰亚胺阻燃纤维复丝又包括12根阻燃单纤维。其中每根聚酰亚胺阻燃纤维粗纱的直径为0.3mm，聚酰亚胺阻燃纤维复丝细度为2500旦，阻燃单纤维的直径为10μm。
[0058]
其中，纬线方向上，长度0.5cm聚酰亚胺阻燃纤维粗纱上的阻燃橡胶材料的附着量为0.025g；经线方向聚酰亚胺阻燃纤维粗纱与阻燃橡胶材料条状区域的方向相同，宽度1cm、经线方向10cm长度的阻燃橡胶材料条状区域的附着量为1.5g，厚度最大值在2毫米。
[0059]
实施例2
[0060]
本实施例提供了一种新型电缆用防爆阻燃包带材料，包括阻燃橡胶材料和骨架材料；以阻燃橡胶材料和骨架材料总质量计，骨架材料含量为3％，阻燃橡胶材料含量为97％。
[0061]
其中，以阻燃橡胶材料的总质量为基准，按质量百分比计，阻燃橡胶材料包括20％端羟基聚丁二烯、5％端羟基丁腈橡胶、25％可膨胀石墨、6％聚磷酸铵、2％三聚氰胺、2％季戊四醇二缩醇、5％的氢氧化镁、2％聚合mdi、20％磷酸三异丁酯、2％炭黑、10％1,4-环己二醇、1％二月桂酸二丁基锡。
[0062]
其中，组成骨架材料的阻燃纤维粗纱为芳纶纤维，每根阻燃纤维粗纱包括两束芳纶阻燃纤维复丝；而每束芳纶阻燃纤维复丝又包括12根阻燃单纤维。其中每根芳纶阻燃纤维粗纱的直径为0.25mm，芳纶阻燃纤维复丝细度为3000旦，阻燃单纤维的直径为12μm。
[0063]
其中，纬线方向上，长度0.5cm芳纶阻燃纤维粗纱上的阻燃橡胶材料的附着量为0.035g；经线方向芳纶阻燃纤维粗纱与阻燃橡胶材料条状区域的方向相同，宽度1cm、经线方向10cm长度的阻燃橡胶材料条状区域的附着量为2g，厚度最大值在2.5毫米。
[0064]
实施例3
[0065]
本实施例提供了一种新型电缆用防爆阻燃包带材料，包括阻燃橡胶材料和骨架材料；其中，以阻燃橡胶材料和骨架材料总质量计，骨架材料含量为8％，所述阻燃橡胶材料含量为92％；
[0066]
其中，以阻燃橡胶材料的总质量为基准，按质量百分比计，阻燃橡胶材料包括50％端羟基聚丁二烯、11％可膨胀石墨、5％二乙基次磷酸铝、5％hdi三聚体、10％三聚氰胺焦磷酸盐、15wt％磷酸三甲苯酯、4％二月桂酸二丁基锡。
[0067]
其中组成骨架材料的阻燃纤维为芳纶纤维，每根阻燃纤维粗纱包括两束芳纶阻燃纤维复丝；而每束芳纶阻燃纤维复丝又包括36根阻燃单纤维。其中每根芳纶阻燃纤维粗纱的直径为0.5mm，芳纶阻燃纤维复丝细度为1500旦，阻燃单纤维的直径为6μm。
[0068]
其中，纬线方向上，长度0.5cm芳纶阻燃纤维粗纱上的阻燃橡胶材料的附着量为0.05g；经线方向芳纶阻燃纤维粗纱与阻燃橡胶材料条状区域的方向相同，宽度1cm、经线方向10cm长度的阻燃橡胶材料条状区域的附着量为3.5g，厚度最大值在3.2毫米。
[0069]
实施例4
[0070]
本实施例提供了一种新型电缆用防爆阻燃包带材料，包括阻燃橡胶材料和骨架材料；其中，以阻燃橡胶材料和骨架材料总质量计，骨架材料含量为8％，所述阻燃橡胶材料含量为92％；
[0071]
其中，以阻燃橡胶材料的总质量为基准，按质量百分比计，阻燃橡胶材料包括40％端羟基聚丁二烯、5％二乙基次磷酸铝、12％聚磷酸铵、4％三聚氰胺、2％季戊四醇、5％hdi三聚体、10％三聚氰胺焦磷酸盐，15wt％磷酸三甲苯酯，3％滑石粉，3％1,4-二(羟基乙氧基苯)、1％二月桂酸二丁基锡。
[0072]
其中组成骨架材料的阻燃纤维为玄武岩纤维，每根阻燃纤维粗纱包括两束玄武岩阻燃纤维复丝；而每束玄武岩阻燃纤维复丝又包括16根阻燃单纤维。其中玄武岩阻燃纤维粗纱的直径为0.25mm，玄武岩阻燃纤维复丝细度为1800旦，阻燃纤维单丝的直径为9μm。
[0073]
其中，纬线方向上，长度0.5cm玄武岩阻燃纤维粗纱上的阻燃橡胶材料的附着量为0.025g；经线方向玄武岩阻燃纤维粗纱与阻燃橡胶材料条状区域的方向相同，宽度1cm、经线方向10cm长度的阻燃橡胶材料条状区域的附着量为3g，厚度最大值在2.8毫米。
[0074]
对比例
[0075]
本实施例提供了一种新型电缆用防爆阻燃包带材料的对比例，包括橡胶材料和骨架材料；以橡胶材料和骨架材料总质量计，骨架材料含量为8％，橡胶材料含量为92％。
[0076]
其中，以橡胶材料的总质量为基准，按质量百分比计，橡胶材料包括45％端羟基丁苯橡胶、6％mdi、15％对苯二甲酸二辛酯、10％白炭黑、10％陶土、10％1,4-丁二醇、4％三亚乙基二胺。
[0077]
其中，组成骨架材料的阻燃纤维粗纱为芳纶纤维，每根阻燃纤维粗纱包括两束芳纶阻燃纤维复丝；而每束芳纶阻燃纤维复丝又包括12根阻燃单纤维。其中每根芳纶阻燃纤维粗纱的直径为0.25mm，芳纶阻燃纤维复丝细度为3000旦，阻燃单纤维的直径为12μm。
[0078]
其中，纬线方向上，长度0.5cm芳纶阻燃纤维粗纱上的橡胶材料的附着量为0.02g；经线方向芳纶阻燃纤维粗纱与橡胶材料条状区域的方向相同，宽度1cm、经线方向10cm长度的橡胶材料条状区域的附着量为1.2g，厚度最大值在1.5毫米。
[0079]
检测上述实施例1-4和对比例制备得到的新型电缆用防爆阻燃包带材料的性能，其检测方法参考标准gb/t 2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》进行测试，并观察滴落情况。水平燃烧实验中，准备6根条状试样，在23
±
2℃和50％
±
5％的相对湿度下调节48h，调节完成后移出试样，1h以内测试试样。水平燃烧测试等级分为hb级、hb40级及hb75级，其中hb级为阻燃效果最好；垂直燃烧实验中，准备20根条状试样，前十根试样在23
±
2℃及50
±
5％相对湿度的环境中调节48h，调节完成后移出试样，1h以内测试试样，而后十根试样实验前在75
±
2℃空气循环烘箱内老化168
±
2h，并在干燥实验箱内冷却4h，状态
调节完成后在30min之内测试。垂直燃烧测试等级分为v-0、v-1、v-2，其中v-0级为阻燃效果最好。
[0080]
表1水平燃烧实验结果
[0081][0082]
表2垂直燃烧实验结果
[0083] 滴落物引燃棉垫烧到夹持端等级实施例1无否否v-0级实施例2无否否v-0级实施例3无否否v-0级实施例4无否否v-0级对比例有是否v-2级
[0084]
由表1和表2可知，水平法燃烧实验结果表明，实施例1-4中阻燃包带试样在移去引燃源后，均没有可见的有焰燃烧和滴落物出现，延燃时间均为0s，电缆阻燃包带测试样的燃烧等级为hb级；垂直法燃烧实验结果表明，实施例1-4中阻燃包带试样的余焰时间均为0s，第二次施加火焰后单个试样的余焰和余辉总时间均为0s、余焰和(或)余辉未蔓延至夹具，实验过程中材料试样无滴落物、未引燃棉垫，所测试的阻燃包带的燃烧等级为v-0级，以上两个测试等级均为相应燃烧测试方法中材料的最高等级，表明本发明的新型电缆用防爆阻燃包带材料具有优异的阻燃特性。
[0085]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

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