《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》是安徽太平洋電纜股份有限公司於2015年3月17日申請的發明專利，該專利申請號為2015101170894，公布號為CN104715822A，專利公布日為2015年6月17日，發明人是黃誠、王業山、潘樹超、陳磊、汪金龍。
《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》發明的電纜包括主線芯；所述主線芯包括導體和依次繞包在導體外的無機礦物絕緣帶、第一無機阻燃帶絕熱層和絕緣層，絕緣層外擠制鋁合金管套；主線芯絞合成纜後填充無機礦物降溫隔火層，無機礦物降溫隔火層外繞包第二無機阻燃帶絕熱層，第二無機阻燃帶絕熱層外擠包阻燃護套。該發明金屬管套無機礦物絕緣防火電纜採用複合絕緣結構，解決了無機礦物絕緣帶容易受潮的特性，電氣絕緣性能優異；主線芯絞合成纜後填充無機礦物降溫隔火層，起到降溫和隔火的功能，延緩電纜內部溫升。該發明提供了一種絕緣性強，防火性能可靠，結構合理，設計新穎的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜。
2020年7月17日，《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法
- 公布號：CN104715822A
- 公布日：2015年6月17日
- 申請號：2015101170894
- 申請日：2015年3月17日
- 申請人：安徽太平洋電纜股份有限公司
- 地址：安徽省蕪湖市無為縣泥汊鎮渡江工業集中區高新大道西側
- 發明人：黃誠、王業山、潘樹超、陳磊、汪金龍
- 代理機構：北京卓言智慧財產權代理事務所
- 代理人：王茀智; 龔清媛
- Int.Cl.：H01B7/02(2006.01)I；H01B7/29(2006.01)I；H01B7/295(2006.01)I；H01B7/42(2006.01)I；H01B13/02(2006.01)I
- 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,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著經濟發展，高新技術不斷更新，產品向高層次發展，捷運、電站、化工廠、船艦、高層建築、信息產業等重點工程和人員與設備密集場所對防火等級要求越來越高，而這些區域的1千伏級電力電纜因受複雜自然因素和敷設環境的影響有可能發生電力事故，為了使電力事故不會釀成火災，或在遭受火災破壞的情況下不會使電力電纜釀成次生事故，要求電力電纜需具有可靠的防火功能，因此，防火電纜的使用日益廣泛。
發明內容
專利目的
《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》的目的在於克服2015年3月之前技術的缺陷，提供一種絕緣性強，防火性能可靠，結構合理，設計新穎的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜。
技術方案
《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》採用了如下技術方案：
一種金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，包括主線芯；所述主線芯包括導體1和依次繞包在導體1外的無機礦物絕緣帶2、第一無機阻燃帶絕熱層3和絕緣層4，絕緣層4外擠制鋁合金管套5；主線芯絞合成纜後填充無機礦物降溫隔火層6，無機礦物降溫隔火層6外繞包第二無機阻燃帶絕熱層7，第二無機阻燃帶絕熱層7外擠包阻燃護套8。
進一步，所述無機礦物絕緣帶2為分解溫度在800℃的無鹵無機礦物絕緣帶；所述絕緣層4為擠包在第一無機阻燃帶絕熱層3外的輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴絕緣層，絕緣層4、第一無機阻燃帶絕熱層3與無機礦物絕緣帶2形成複合絕緣結構。
進一步，所述無機礦物降溫隔火層6為線上芯絞合成纜後填加的氫氧化鎂無機礦物金屬水合物。
進一步，所述氫氧化鎂無機礦物金屬水合物包括矽酸鈉、氫氧化鎂和膠結劑。
進一步，所述無機礦物降溫隔火層6為三維網狀結構；所述無機礦物降溫隔火層6遇熱後形成多孔網狀骨架結構。
進一步，所述阻燃護套8為無鹵低煙阻燃聚烯烴護套。
進一步，所述主線芯至少為一根。
進一步，所述主線芯為五根，五根主線芯環狀對稱分布在第二無機阻燃帶絕熱層7內。
一種金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的加工方法，包括以下步驟：
步驟一，將圓形金屬絲拉絲退火併絞製成導體1，在導體1外依次繞包無機礦物絕緣帶2和第一無機阻燃帶絕熱層3；
步驟二，在第一無機阻燃帶絕熱層3外擠包輻照交聯無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣層4；無機礦物絕緣帶2、第一無機阻燃帶絕熱層3和絕緣層4形成複合絕緣結構；
步驟三，絕緣層4外採用鋁管擠制機進行鋁合金管擠出工藝，絕緣層4外包覆鋁合金管套5，形成電纜的主線芯；
步驟四，主線芯絞合成纜後，填充無機礦物降溫隔火層6；
步驟五，在無機礦物降溫隔火層6外繞包第二無機阻燃帶絕熱層7，第二無機阻燃帶絕熱層7外擠包阻燃護套8。
進一步，所述無機礦物降溫隔火層6為線上芯絞合成纜後填加的氫氧化鎂無機礦物金屬水合物；氫氧化鎂無機礦物金屬水合物包括矽酸鈉、氫氧化鎂、膠結劑；其中矽酸鈉具有膠結作用，在空氣CO2作用下，從溶液中可析出一種新生態的SiO2膠體，化學方程式如下：
NaO·mSiO2+CO2+nH2O＝NaCO3+mSiO2·nH2O；加入氫氧化鎂、膠結劑後，析出的具有極大活性的膠體SiO2粘附在氫氧化鎂顆粒表面，將氫氧化鎂顆粒粘結在一起；氫氧化鎂顆粒不斷吸水的同時，SiO2膠體水分不斷減少，緊密地膠結在氫氧化鎂顆粒表面，形成三維網狀結構。
改善效果
《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》金屬管套無機礦物絕緣防火電纜在導體外依次繞包無機礦物絕緣帶、無機阻燃帶絕熱層；無機阻燃帶絕熱層外擠包絕緣層，與無機礦物絕緣帶形成複合絕緣結構，解決了無機礦物絕緣帶容易受潮的特性，電氣絕緣性能優異，無機阻燃帶絕熱層起到耐火絕熱的作用；絕緣層外擠制鋁合金管套，鋁合金管套具有優異的防撞擊、防水、防腐以及抗蠕變性能，降低電纜運行風險，解決了鋁管的蠕變帶來的缺陷，其特有的抗蠕變性能整體提高了電纜的安全性能；主線芯絞合成纜後填充無機礦物降溫隔火層，起到降溫和隔火的功能，延緩電纜內部溫升。無機礦物絕緣帶為分解溫度在800℃的無鹵無機礦物絕緣帶，無機礦物絕緣帶常溫下體積電阻率不小於1010歐米茄·米。絕緣層為擠包在無機阻燃帶絕熱層外的輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴絕緣層，輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴絕緣層經電子加速器輻照交聯後常溫下體積電阻率不小於1014歐米茄·米，具有優異的物理機械性能和電氣性能。無機礦物降溫隔火層採用氫氧化鎂金屬水合物，它具有降溫、隔火的功能，延緩電纜內部溫升；形成多孔網狀骨架結構後，該結構其絕熱、隔絕火源功能，同時形成的多孔結構可以吸附在燃燒過程中煙氣。無機礦物金屬水合物降溫隔火層外繞包無機礦物阻燃帶絕熱層，並擠包無鹵低煙阻燃聚烯烴外護套。電纜所用材料均為無鹵低煙材料，為環保電纜。
附圖說明
圖1是《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的結構示意圖；
圖2是該發明SiO4形成的空間化學結構圖；
圖3是該發明矽酸鈉形成的鏈狀結構圖；
圖4是該發明一種類似三維網狀骨架系列結構圖。
技術領域
《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》涉及電纜領域，特別涉及一種金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法。
權利要求
1.一種金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的加工方法，包括以下步驟：步驟一，將圓形金屬絲拉絲退火併絞製成導體（1），在導體（1）外依次繞包無機礦物絕緣帶（2）和第一無機阻燃帶絕熱層（3）；步驟二，在第一無機阻燃帶絕熱層（3）外擠包輻照交聯無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣層（4）；無機礦物絕緣帶（2）、第一無機阻燃帶絕熱層（3）和絕緣層（4）形成複合絕緣結構；步驟三，絕緣層（4）外採用鋁管擠制機進行鋁合金管擠出工藝，絕緣層（4）外包覆鋁合金管套（5），形成電纜的主線芯；步驟四，主線芯絞合成纜後，填充無機礦物降溫隔火層（6）；步驟五，在無機礦物降溫隔火層（6）外繞包第二無機阻燃帶絕熱層（7），第二無機阻燃帶絕熱層（7）外擠包阻燃護套（8）。
2.根據權利要求1所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的加工方法，其特徵在於：所述無機礦物降溫隔火層（6）為線上芯絞合成纜後填加的氫氧化鎂無機礦物金屬水合物；氫氧化鎂無機礦物金屬水合物包括矽酸鈉、氫氧化鎂、膠結劑；其中矽酸鈉具有膠結作用，在空氣CO2作用下，從溶液中可析出一種新生態的SiO2膠體，化學方程式如下：NaO·mSiO2+CO2+nH2O＝NaCO3+mSiO2·nH2O；加入氫氧化鎂、膠結劑後，析出的具有極大活性的膠體SiO2粘附在氫氧化鎂顆粒表面，將氫氧化鎂顆粒粘結在一起；氫氧化鎂顆粒不斷吸水的同時，SiO2膠體水分不斷減少，緊密地膠結在氫氧化鎂顆粒表面，形成三維網狀結構。
3.一種採用權利要求1或2所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的加工方法製作的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，其特徵在於：所述無機礦物絕緣帶（2）為分解溫度在800℃的無鹵無機礦物絕緣帶。
4.根據權利要求3所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，其特徵在於：所述無機礦物降溫隔火層（6）遇熱後形成多孔網狀骨架結構。
5.根據權利要求3所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，其特徵在於：所述阻燃護套（8）為無鹵低煙阻燃聚烯烴護套。
6.根據權利要求3所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，其特徵在於：所述主線芯至少為一根。
7.根據權利要求3或6所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，其特徵在於：所述主線芯為五根，五根主線芯環狀對稱分布在第二無機阻燃帶絕熱層（7）內。
8.一種採用權利要求1所述的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的加工方法製作的金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，其特徵在於：所述無機礦物降溫隔火層（6）為線上芯絞合成纜後填加的氫氧化鎂無機礦物金屬水合物；所述氫氧化鎂無機礦物金屬水合物包括矽酸鈉、氫氧化鎂和膠結劑；所述無機礦物降溫隔火層（6）為三維網狀結構；所述無機礦物降溫隔火層（6）遇熱後形成多孔網狀骨架結構。
實施方式
以下結合附圖1至4給出的實施例，進一步說明《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的具體實施方式。該發明金屬管套無機礦物絕緣防火電纜不限於以下實施例的描述。如圖1所示，該發明金屬管套無機礦物絕緣防火電纜，包括主線芯；所述主線芯包括導體1和依次繞包在導體1外的無機礦物絕緣帶2、第一無機阻燃帶絕熱層3和絕緣層4，絕緣層4外擠制鋁合金管套5；主線芯絞合成纜後填充無機礦物降溫隔火層6，無機礦物降溫隔火層6外繞包第二無機阻燃帶絕熱層7，第二無機阻燃帶絕熱層7外擠包阻燃護套8。該發明金屬管套無機礦物絕緣防火電纜在導體外依次繞包無機礦物絕緣帶、無機阻燃帶絕熱層；無機阻燃帶絕熱層外擠包絕緣層，絕緣層、第一無機阻燃帶絕熱層與無機礦物絕緣帶形成複合絕緣結構，解決了無機礦物絕緣帶容易受潮的特性，電氣絕緣性能優異，無機阻燃帶絕熱層起到耐火絕熱的作用；絕緣層外擠制鋁合金管套，鋁合金管套具有優異的防撞擊、防水、防腐以及抗蠕變性能，降低電纜運行風險，解決了鋁管的蠕變帶來的缺陷，其特有的抗蠕變性能整體提高了電纜的安全性能；主線芯絞合成纜後填充無機礦物降溫隔火層，起到降溫和隔火的功能，延緩電纜內部溫升。無機礦物絕緣帶為分解溫度在800℃的無鹵無機礦物絕緣帶，無機礦物絕緣帶常溫下體積電阻率不小於1010歐米茄·米。
絕緣層為擠包在無機阻燃帶絕熱層外的輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴絕緣層，輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴絕緣層經電子加速器輻照交聯後常溫下體積電阻率不小於1014歐米茄·米，具有優異的物理機械性能和電氣性能。無機礦物降溫隔火層採用氫氧化鎂金屬水合物，它具有降溫、隔火的功能，延緩電纜內部溫升；形成多孔網狀骨架結構後，該結構其絕熱、隔絕火源功能，同時形成的多孔結構可以吸附在燃燒過程中煙氣。無機礦物金屬水合物降溫隔火層外繞包無機礦物阻燃帶絕熱層，並擠包無鹵低煙阻燃聚烯烴外護套。電纜所用材料均為無鹵低煙材料，為環保電纜。 如圖1所示，主線芯的根數可以為單根或者多根，圖中實施例給出的主線芯為五根，五根主線芯環狀對稱分布在第二無機阻燃帶絕熱層7內。所述導體1是由若干圓形金屬絲拉絲退火絞制而成。阻燃護套8為無鹵低煙阻燃聚烯烴護套。電纜所用材料均為無鹵低煙材料，為環保電纜。
如圖1所示，所述無機礦物絕緣帶2為分解溫度在800℃的無鹵無機礦物絕緣帶，無機礦物絕緣帶2常溫下體積電阻率不小於1010歐米茄·米。在無機礦物絕緣帶2外繞包第一無機阻燃帶絕熱層3，起耐火絕熱的作用。所述絕緣層4為擠包在第一無機阻燃帶絕熱層3外的輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴絕緣層，輻照交聯其獨有的固態交聯優勢在於交聯速率高、氧阻聚作用小、交聯均勻、分子結構穩定，輻照交聯無鹵阻燃聚烯烴經過電子加速器輻照交聯後，其物理機械性能、電氣性能得到極大的最佳化提升，尤其是輻照交聯後常溫下其體積電阻率不小於1014歐米茄·米。電纜採用無機礦物絕緣帶2與輻照交聯聚烯烴複合絕緣結構，首先解決了無機礦物絕緣帶2容易受潮的特性；其次在正常工作溫度下，由於有輻照交聯聚烯烴絕緣層的電纜的電氣絕緣性能較普通絕緣電氣性能優異，在遇明火侵襲後在800℃以內由無機礦物絕緣帶2作為絕緣層，一定時間內可保證電纜的電路電氣完整性。
複合絕緣後在絕緣層4外擠制鋁合金管套5，鋁合金管套5在防撞擊、防水、防腐、以及接頭性能上大大提高了電纜的整體性能，如敷設環境或者明火侵襲後，電纜可能會遇到噴淋和機械撞擊，鋁合金管套5的結構設計保證電路電氣在一定的時間內不會遭到破壞，保證電路電氣的完整性。從接線角度分析鋁合金管的優勢在於其優良的抗蠕變性能，大大降低電纜接線處的風險，解決了鋁管的蠕變帶來的缺陷，鋁合金其特有的抗蠕變性能整體提高了電纜的安全性能。
如圖1-4所示，主線芯多芯成纜或單芯外填充無機礦物降溫隔火層6，該隔火層採用氫氧化鎂金屬水合物為主要材料形成的結構層，它具有降溫、隔火、擋火的功能。無機礦物金屬水合物主要由矽酸鈉、氫氧化鎂、膠結劑等組成。其中矽酸鈉具有膠結作用，在空氣CO2作用下，從溶液中可析出SiO2膠體：
NaO·mSiO2+CO2+nH2O＝NaCO3+mSiO2·nH2O；析出的膠體SiO2是一種新生態的SiO2，具有極大的活性，他們包裹在細分周圍，粘附在骨料表面，將氫氧化鎂顆粒粘結在一起。氫氧化鎂顆粒不斷吸水的同時，SiO2膠體水分不斷減少，凝膠逐漸濃縮，緊密地膠結在氫氧化鎂顆粒表面，從而使物料成為一個整體。從分子結構角度分析該金屬水合物的化學結構如下：矽酸鈉溶液空間立體化學結構由Si-O共價鍵決定的，Si原子位於正四面體的基本單元機構SiO4，這些基本結構單元可以通過不同的方式結合成鏈狀、環狀、層狀及立方格線結構的陰離子（如圖2所示），這些陰離子通過金屬鈉離子把它們連線起來形成鏈狀結構（如圖3所示），SiO4正四面體通過共用不同的氧原12-子數而形成不同的矽氧基團的陰離子，如SiO4、Si2O7、Si3O6、Si6O18等，加入氫氧化鎂、膠結劑後分子由線型、面型變為三維結構，形成的分子結構類似於圖4的三維網狀結構。該結構層在350℃以下溫度時逐漸釋放出該層結構中的游離水分子，游離水分子釋放過程中，蒸發降溫，延緩電纜內部溫升。等游離水分子蒸發殆盡時，該層結構成多孔網狀結構。多孔網狀結構溫度上升到350℃時，其中氫氧化鎂Mg（OH）2開始進行化學反應，釋放出結晶水分子。由於多孔網狀結構其保溫絕熱作用，延緩氫氧化鎂發生化學反應，同時延緩結晶水分子蒸發。使該層結構水分子隨溫度時間的蒸發的速率在350℃前，與時間的二次方呈正相關遞增關係，350℃以後溫升水分子蒸發速率，與時間的二次方呈正相關遞減關係。最終形成多孔網狀骨架結構的絕熱、隔火材料，進一步起到隔絕火源，延緩電纜內部結構溫升。同時形成的多孔結構可以吸附在燃燒過程中煙氣。
該發明鋁合金管無機礦物防火電纜，正常工作溫度下，由於其採用複合絕緣結構設計，電纜具有優良的電氣絕緣性能，鋁合金管套結構設計，使得電纜具有良好的防水性性能，其絕緣、填充、護套等結構均為無鹵低煙材料，電纜為無鹵低煙環保電纜。電纜遇火災時，由於其阻燃護套，無機礦物金屬水合物降溫隔火層短時間內使電纜內部溫度不超過500℃，電纜導體外無鹵礦物絕緣帶可承受800℃，保證電纜可以通過BS6387《在火災情況下保持電路完好的電纜性能要求規範》C.W.Z級試驗。因而電纜能夠較好地適應對阻燃耐火等級要求較高場所的使用需要，而且結構合理，設計新穎。
下面說明該發明金屬管套無機礦物絕緣防火電纜的加工方法，包括以下步驟：
步驟一，將圓形金屬絲拉絲退火併絞製成導體1，在導體1外依次繞包無機礦物絕緣帶2和第一無機阻燃帶絕熱層3；
步驟二，在第一無機阻燃帶絕熱層3外擠包輻照交聯無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣層4，並採用電子加速器輻照進行輻照交聯；無機礦物絕緣帶2、第一無機阻燃帶絕熱層3和絕緣層4形成複合絕緣結構；
步驟三，絕緣層4外採用鋁管擠制機進行鋁合金管擠出工藝，絕緣層4外包覆鋁合金管套5，形成電纜的主線芯；
步驟四，主線芯絞合成纜後，填充無機礦物降溫隔火層6；圖中給出的實施例主線芯為五根，五根主線芯環狀對稱分布絞合成纜；
步驟五，在無機礦物降溫隔火層6外繞包第二無機阻燃帶絕熱層7，第二無機阻燃帶絕熱層7外擠包無鹵阻燃護套8。
榮譽表彰
2020年7月17日，《金屬管套無機礦物絕緣防火電纜及其加工方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
