《一種核島防火電纜》是安徽電纜股份有限公司於2019年7月29日申請的專利，該專專利公布號：CN110534248A，專利公布日：2019年12月3日，發明人是：韓俊寶、夏候東、宰學龍、周俊、徐曉麗、朱元忠、陳安鵬、陶恆瑩。
《一種核島防火電纜》公開了一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成。該發明提出的核島防火電纜，其採用了特定成分的陶瓷矽橡膠製備了隔離層，阻燃性好，防噴淋性能優異。
2021年8月16日，《一種核島防火電纜》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種核島防火電纜
- 公布號：CN110534248A
- 公布日：2019年12月3日
- 申請號：2019106895709
- 申請日：2019年7月29日
- 申請人：安徽電纜股份有限公司
- 地址：安徽省滁州市天長市安纜大道1號
- 發明人：韓俊寶、夏候東、宰學龍、周俊、徐曉麗、朱元忠、陳安鵬、陶恆瑩
- Int.Cl.：H01B7/282(2006.01)I、H01B7/29(2006.01)I、H01B7/295(2006.01)I、C08L83/07(2006.01)I、C08K13/06(2006.01)I
- 專利代理機構：合肥市長遠專利代理事務所
- 代理人：劉勇
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
核電具備清潔、安全、燃料消耗低等特點，非常符合電力發展的需求。核能發電是電能源的必然發展趨勢。但是核電站具備較高的火災危險性，在火災發生之後，不僅會停電，還可能會造成放射性物質外泄引起環境污染及人員傷亡，尤其是放射性物質對環境的影響是漫長的，因此，核電站安全問題尤為重要。核島是核電站安全殼內的核反應堆及與反應堆有關的各個系統的統稱，其對所用電纜要求特別高，除了要求具有普通電纜的電氣性能、機械性能外，還必須具備阻燃、耐輻射和優良的禁止性能，但是2019年7月以前，市場上電纜品種琳琅滿目，性能各不相同，都無法滿足核島電纜阻燃性能的要求。
發明內容
專利目的
《一種核島防火電纜》採用了特定成分的陶瓷矽橡膠製備了隔離層，阻燃性好，防噴淋性能優異。
技術方案
《一種核島防火電纜》包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成。優選地，所述陶瓷矽橡膠其原料按重量份包括：矽橡膠80-93份、酚醛樹脂3-7.5份、苯並噁嗪樹脂1-5.8份、白炭黑10-17份、矽灰石4-8份、雲母17-26份、蒙脫土2-4.5份、氧化石墨烯3-8份、氧化硼1-4份、硫化劑1-1.5份、矽烷偶聯劑0.6-1.3份、次磷酸鋁5-12份、聚磷酸銨3-8份、微膠囊紅磷2-6份、羥基矽油1-1.7份。優選地，所述矽橡膠為甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的混合物，且甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的重量比為30-50:12-32。優選地，所述白炭黑為改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工藝進行製備：將三聚氯氰與乙腈混合均勻，加入季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮氣的保護下調節溫度為10-13℃，反應200-300分鐘，然後加入丁香油酚，在40-50℃下反應8-10小時，後處理後得到物料A；以矽烷偶聯劑KH-570為改性劑對白炭黑進行改性得到物料B；將物料A、物料B、苯乙烯和馬來酸酐加入甲苯中，然後加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護下升溫至75-80℃後反應6-9小時，反應結束後經過濾、洗滌、乾燥得到所述改性白炭黑。優選地，在改性白炭黑的製備過程中，三聚氯氰、季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩爾比為1:0.6-0.9:2.2-2.8；矽烷偶聯劑KH-570的重量為白炭黑重量的1.8-3.2wt％；物料A、物料B、苯乙烯、馬來酸酐的重量比為4-9:60-80:4-8:1-3.5。優選地，所述矽灰石為普通矽灰石和針狀矽灰石的混合物，且普通矽灰石與針狀矽灰石的重量比為2-9:1-3。優選地，所述普通矽灰石的長徑比為1-4:1，針狀矽灰石的長徑比為14-20:1。優選地，所述硫化劑為硫化劑BIPB、硫化劑BP、硫化劑DCP中的一種或者多種的混合物。優選地，所述矽烷偶聯劑為矽烷偶聯劑KH-550。該發明所述陶瓷矽橡膠可以由常規的陶瓷矽橡膠製備工藝製備而成。
改善效果
《一種核島防火電纜》所述核島防火電纜，其結構中添加了特定組成的陶瓷矽橡膠製備而成的隔離層，在火焰的燒蝕下，燃燒2-4分鐘後其即開始燒結成堅硬的陶瓷狀鎧裝殼體，這種堅硬的陶瓷狀鎧裝殼體可以非常有效的阻擋火焰的繼續燃燒，以及防止水的滲入，而且在被燒2分鐘左右完全斷煙，使所得電纜阻燃性好，滿足了有噴淋情況下防火的要求，延長了電纜的使用壽命，使其使用壽命不小於60年；具體的陶瓷矽橡膠材料其原料中以矽橡膠為主料，同時配合添加了酚醛樹脂、苯並噁嗪樹脂與其配合，使所得材料抗高溫氧化性好，阻燃性能優異，同時控制了酚醛樹脂和苯並噁嗪樹脂的用量，提高了材料的拉伸強度等力學性能；在改性白炭黑的製備過程中，首先以三聚氯氰與季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA為原料，控制反應的條件，使三聚氯氰中的一個氯與季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA中的羥基發生了反應，之後與丁香油酚混合，控制反應的條件，使三聚氯氰中的剩餘氯與丁香油酚的羥基發生了反應，得到了物料A；之後以物料A、矽烷偶聯劑KH-570改性的白炭黑、苯乙烯和馬來酸酐為原料，在偶氮二異丁腈的作用下發生了聚合反應，從而將物料A、苯乙烯、馬來酸酐引入到了白炭黑的表面，對白炭黑進行了包覆，得到了所述改性白炭黑，將其加入體系中，在體系中未發生團聚，一方面，與次磷酸鋁、聚磷酸銨、微膠囊紅磷、蒙脫土、氧化石墨烯具有協同作用，能在燃燒時捕獲火焰區的自由基從而抑制氣相燃燒，同時能形成磷酸、多聚磷酸和氮氣等物質，催化體系成炭，形成緻密的隔層隔絕氧氣和可燃氣體的交換以及熱量的傳遞，同時稀釋燃燒區的氧氣，多方面的作用協同配合，賦予體系優異的阻燃性；另一方面，其結構中引入了苯乙烯，其與矽橡膠具有良好的相容性，同時引入的馬來酸酐可以與酚醛樹脂中的羥基作用，從而提高了酚醛樹脂和矽橡膠的相容性，使酚醛樹脂和矽橡膠發揮優良的協同作用；蒙脫土、氧化石墨烯添加到矽橡膠中，蒙脫土與氧化石墨烯的納米片層具有複合現象，顯著提高了材料的拉伸強度，並使所得炭層結構更加緻密，提高了材料的氧指數；具體選擇了矽灰石、雲母作為成瓷填料，並添加了氧化硼和次磷酸鋁作為助溶劑，在矽烷偶聯劑的作用下在體系中分散均勻，與基體的界限模糊，分散性和潤濕性好，成瓷溫度低，在高溫燒蝕下形成連續、緻密的陶瓷狀物質，使所得材料的阻燃性和熱穩定性能高。
技術領域
《一種核島防火電纜》涉及電纜技術領域，尤其涉及一種核島防火電纜。
權利要求
1.《一種核島防火電纜》特徵在於，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成。
3.根據權利要求2所述核島防火電纜，其特徵在於，所述矽橡膠為甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的混合物，且甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的重量比為30-50:12-32。
4.根據權利要求2或3所述核島防火電纜，其特徵在於，所述白炭黑為改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工藝進行製備:將三聚氯氰與乙腈混合均勻，加入季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮氣的保護下調節溫度為10-13℃，反應200-300分鐘，然後加入丁香油酚，在40-50℃下反應8-10小時，後處理後得到物料A；以矽烷偶聯劑KH-570為改性劑對白炭黑進行改性得到物料B；將物料A、物料B、苯乙烯和馬來酸酐加入甲苯中，然後加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護下升溫至75-80℃後反應6-9小時，反應結束後經過濾、洗滌、乾燥得到所述改性白炭黑。
5.根據權利要求4所述核島防火電纜，其特徵在於，在改性白炭黑的製備過程中，三聚氯氰、季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩爾比為1:0.6-0.9:2.2-2.8；矽烷偶聯劑KH-570的重量為白炭黑重量的1.8-3.2wt％；物料A、物料B、苯乙烯、馬來酸酐的重量比為4-9:60-80:4-8:1-3.5。
6.根據權利要求1-5中任一項所述核島防火電纜，其特徵在於，所述矽灰石為普通矽灰石和針狀矽灰石的混合物，且普通矽灰石與針狀矽灰石的重量比為2-9:1-3。
7.根據權利要求6所述核島防火電纜，其特徵在於，所述普通矽灰石的長徑比為1-4:1，針狀矽灰石的長徑比為14-20:1。
8.根據權利要求1-7中任一項所述核島防火電纜，其特徵在於，所述硫化劑為硫化劑BIPB、硫化劑BP、硫化劑DCP中的一種或者多種的混合物。
9.根據權利要求1-8中任一項所述核島防火電纜，其特徵在於，所述矽烷偶聯劑為矽烷偶聯劑KH-550。
實施方式
- 實施例1
《一種核島防火電纜》提出的一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成。
- 實施例2
《一種核島防火電纜》提出的一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成；其中，所述陶瓷矽橡膠其原料按重量份包括:矽橡膠93份、酚醛樹脂3份、苯並噁嗪樹脂5.8份、白炭黑10份、矽灰石8份、雲母17份、蒙脫土4.5份、氧化石墨烯3份、氧化硼4份、硫化劑1份、矽烷偶聯劑1.3份、次磷酸鋁5份、聚磷酸銨8份、微膠囊紅磷2份、羥基矽油1.7份。
- 實施例3
《一種核島防火電纜》提出的一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成；其中，所述陶瓷矽橡膠其原料按重量份包括：甲基乙烯基矽橡膠64.5份、甲基苯基乙烯基矽橡膠15.5份、酚醛樹脂7.5份、苯並噁嗪樹脂1份、白炭黑17份、普通矽灰石1.6份、針狀矽灰石2.4份、雲母26份、蒙脫土2份、氧化石墨烯8份、氧化硼1份、硫化劑BIPB1.5份、矽烷偶聯劑KH-5500.6份、次磷酸鋁12份、聚磷酸銨3份、微膠囊紅磷6份、羥基矽油1份；所述白炭黑為改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工藝進行製備:將三聚氯氰與乙腈混合均勻，加入季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮氣的保護下調節溫度為10℃，反應300分鐘，然後加入丁香油酚，在40℃下反應10小時，後處理後得到物料A，其中，三聚氯氰、季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩爾比為1:0.6:2.8；以矽烷偶聯劑KH-570為改性劑對白炭黑進行改性得到物料B，矽烷偶聯劑KH-570的重量為白炭黑重量的1.8wt％；將物料A、物料B、苯乙烯和馬來酸酐加入甲苯中，其中，物料A、物料B、苯乙烯、馬來酸酐的重量比為9:60:8:1，然後加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護下升溫至75℃後反應9小時，反應結束後經過濾、洗滌、乾燥得到所述改性白炭黑；所述普通矽灰石的長徑比為1:1，針狀矽灰石的長徑比為20:1。
- 實施例4
《一種核島防火電纜》提出的一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成；其中，所述陶瓷矽橡膠其原料按重量份包括：矽橡膠90份、酚醛樹脂4份、苯並噁嗪樹脂5份、白炭黑12份、矽灰石7.3份、雲母19份、蒙脫土4份、氧化石墨烯4.2份、氧化硼3.3份、硫化劑BP1.1份、矽烷偶聯劑KH-5501份、次磷酸鋁7份、聚磷酸銨7份、微膠囊紅磷5份、羥基矽油1.6份；所述矽橡膠為甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的混合物，且甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的重量比為30:32；所述白炭黑為改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工藝進行製備：將三聚氯氰與乙腈混合均勻，加入季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮氣的保護下調節溫度為13℃，反應200分鐘，然後加入丁香油酚，在50℃下反應8小時，後處理後得到物料A；以矽烷偶聯劑KH-570為改性劑對白炭黑進行改性得到物料B；將物料A、物料B、苯乙烯和馬來酸酐加入甲苯中，然後加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護下升溫至80℃後反應6小時，反應結束後經過濾、洗滌、乾燥得到所述改性白炭黑；其中，三聚氯氰、季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩爾比為1:0.9:2.2；矽烷偶聯劑KH-570的重量為白炭黑重量的3.2wt％；物料A、物料B、苯乙烯、馬來酸酐的重量比為4:80:4:3.5；所述矽灰石為普通矽灰石和針狀矽灰石的混合物，且普通矽灰石與針狀矽灰石的重量比為9:1；所述普通矽灰石的長徑比為4:1，針狀矽灰石的長徑比為14:1。
- 實施例5
《一種核島防火電纜》提出的一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成；其中，所述陶瓷矽橡膠其原料按重量份包括:矽橡膠83份、酚醛樹脂7份、苯並噁嗪樹脂1.6份、白炭黑16份、矽灰石5份、雲母24份、蒙脫土2.7份、氧化石墨烯7.3份、氧化硼1.6份、硫化劑BIPB0.3份、硫化劑BP0.5份、硫化劑DCP0.6份、矽烷偶聯劑KH-5500.7份、次磷酸鋁11份、聚磷酸銨4份、微膠囊紅磷3份、羥基矽油1.3份；所述矽橡膠為甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的混合物，且甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的重量比為42:17；所述白炭黑為改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工藝進行製備:將三聚氯氰與乙腈混合均勻，加入季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮氣的保護下調節溫度為12℃，反應260分鐘，然後加入丁香油酚，在47℃下反應9小時，後處理後得到物料A；以矽烷偶聯劑KH-570為改性劑對白炭黑進行改性得到物料B；將物料A、物料B、苯乙烯和馬來酸酐加入甲苯中，然後加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護下升溫至77℃後反應7小時，反應結束後經過濾、洗滌、乾燥得到所述改性白炭黑；其中，三聚氯氰、季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩爾比為1:0.7:2.6；矽烷偶聯劑KH-570的重量為白炭黑重量的3wt％；物料A、物料B、苯乙烯、馬來酸酐的重量比為6:69:7:1.9；所述矽灰石為普通矽灰石和針狀矽灰石的混合物，且普通矽灰石與針狀矽灰石的重量比為6:2.1；所述普通矽灰石的長徑比為3:1，針狀矽灰石的長徑比為18:1。
- 實施例6
《一種核島防火電纜》提出的一種核島防火電纜，包括導體、包裹在導體外部的耐火層、包裹在耐火層外部的絕緣層、包裹在絕緣層外部的隔離層和包裹在隔離層外部的護套層；所述隔離層由陶瓷矽橡膠製備而成；其中，所述陶瓷矽橡膠其原料按重量份包括:矽橡膠88份、酚醛樹脂6份、苯並噁嗪樹脂2份、白炭黑14份、矽灰石6.2份、雲母19份、蒙脫土3.2份、氧化石墨烯5份、氧化硼2.7份、硫化劑BIPB1份、硫化劑DCP0.3份、矽烷偶聯劑KH-5501份、次磷酸鋁9份、聚磷酸銨5份、微膠囊紅磷3.8份、羥基矽油1.3份；所述矽橡膠為甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的混合物，且甲基乙烯基矽橡膠與甲基苯基乙烯基矽橡膠的重量比為43:17；所述白炭黑為改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工藝進行製備:將三聚氯氰與乙腈混合均勻，加入季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮氣的保護下調節溫度為11℃，反應280分鐘，然後加入丁香油酚，在49℃下反應8.5小時，後處理後得到物料A；以矽烷偶聯劑KH-570為改性劑對白炭黑進行改性得到物料B；將物料A、物料B、苯乙烯和馬來酸酐加入甲苯中，然後加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護下升溫至79℃後反應7小時，反應結束後經過濾、洗滌、乾燥得到所述改性白炭黑；其中，三聚氯氰、季戊四醇籠狀磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩爾比為1:0.66:2.6；矽烷偶聯劑KH-570的重量為白炭黑重量的2.1wt％；物料A、物料B、苯乙烯、馬來酸酐的重量比為7:72:5:1.9；所述矽灰石為普通矽灰石和針狀矽灰石的混合物，且普通矽灰石與針狀矽灰石的重量比為7:2；所述普通矽灰石的長徑比為2:1，針狀矽灰石的長徑比為18:1。
- 實施例7
與實施例6的唯一區別在於：陶瓷矽橡膠的原料中，所用白炭黑為未改性的普通白炭黑。
- 對比例1
與實施例6的唯一區別在於：陶瓷矽橡膠的原料中不含有酚醛樹脂和苯並噁嗪樹脂。
- 對比例2
與實施例6的唯一區別在於：陶瓷矽橡膠的原料中不含有氧化石墨烯。
對《一種核島防火電纜》實施例2、實施例6、實施例7、對比例1和對比例2的陶瓷矽橡膠的性能進行檢測:其中，按照GB/T1040-2006《塑膠拉伸性能的測定》測定拉伸強度和斷裂伸長率；按照GB/T2406-93《塑膠燃燒性能試驗方法氧指數法》測定試樣的氧指數；結果如下表所示:
實施例2 | 實施例6 | 實施例7 | 對比例1 | 對比例2 | |
|---|---|---|---|---|---|
抗張強度/兆帕 | 11.3 | 12.9 | 11.5 | 10.2 | 10.7 |
斷裂伸長率% | 265 | 310 | 298 | 260 | 273 |
氧指數% | 37 | 39.9 | 38.3 | 36.3 | 35.4 |
對《一種核島防火電纜》電纜的性能進行檢測，所得電纜的電性能滿足3.5千伏/5分鐘電纜不擊穿；成品電纜單根垂直燃燒試驗符合IEC60332-1-2標準的規定；阻燃性能滿足垂直成束燃燒試驗要求，噴燈底邊之上最大炭化高度不大於0.9米；根據GB/T19216-2008進行耐火電纜試驗和BS6387-2013進行帶噴淋的耐火電纜試驗，電纜保持線路的完整性，2A熔斷器不斷，指示燈不熄滅；煙發散試驗最小透光率＞85％；電纜各組成材料燃燒時，鹵酸氣體釋放量和PH值均達到國標要求。
榮譽表彰
2021年8月16日，《一種核島防火電纜》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
