一种防滴落耐火电缆的制备

一种防滴落耐火电缆的制备参赛人员作品分类（C）能源化工A能源B无机材料C高分子材料D金属材料作品设计、发明的目的和基本思路,创新点,技术关键和主要技术指标设计目的制备一种耐火电缆，当环境发生火灾时，此电缆不会当即焚毁短路，而仍能继续正常工作，保证电力的输送、控制信号的传输，使自动报警系统、自动消防系统、救生电梯等关键设备能够继续运行，为被困人员创造更多的逃生时间。基本思路通过在有机高分子中添加一些无机填料，如玻璃粉、硅酸盐矿物质等，制成高分子复合材料。并使其暴露在高温下（8001000），依靠产生的液相将各组分粘结起来，形成致密的残余物。创新点此复合材料在常温下满足聚烯烃电缆的性能指标；而当温度升高至一定程度时，它能够迅速地转变成坚硬的保护层。技术关键有机高分子与无机填料的相容性的问题；高温下，有机高分子复合材料熔融滴落的问题；经过烧蚀之后，材料是否能够保持原有形状。主要技术指标耐火聚烯烃电缆的性能指标YD/T11732010；电缆耐火性能测试，按照GB/T1266622008；线收缩率在15以下，按QB/T154892进行；体积密度要大于1GCM3，按GB241381进行；吸水率要小于30，按GB/T32992011进行。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）目前，用于电缆的耐火绝缘层是云母带和矿物绝缘材料。它们的主要缺点1,2生产工艺复杂；安装施工工艺复杂；制造成本高。而可瓷化电缆的耐火绝缘层是一层聚烯烃基复合材料，它可低温快速成瓷，因此被称为低温快速陶瓷化耐火电缆料。在通常的环境下这种聚合物基复合材料具有良好的加工性、绝缘性、柔性，起到类似于普通电缆绝缘层的绝缘作用；在高温火焰下，聚合物被烧掉，无机填料则在一定温度下快速瓷化，在导体表面形成一层耐火绝缘壳体，保证了线路的完整。它可集耐火及绝缘于一身，而且也可使用现有普通电缆的生产设备和工艺，无需添加新设备和调整工艺3。参考文献1唐崇建，蔡如朋，陈大勇矿物绝缘电缆的生产工艺J电线电缆，2006（5）122罗峥嵘防火电缆纵包焊接测控系统的研制D西安西安理工大学，20083邵海彬，张其土，王庭慰等耐火电缆耐火绝缘层材料的研究进展J材料科学导报A综述篇，2011,25（3）3644使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测由于该作品是聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料，不仅具有电缆所要求的气液阻隔性能和耐热性能，且能够忍受8001000的高温，因此可替代一般电线电缆，应用于家用电器、实验仪器和通信光缆等。近年来，我国经济的持续快速增长，为电线电缆行业提供了巨大的市场空间。据不完全统计，我国目前拥有各类电线电缆生产企业7000余家，年产值在8000多亿元。且在世界范围内，中国电线电缆产值已超过美国，是世界上最大的电线电缆生产国。我国线缆产业的产值约占世界线缆产值的三分之一左右。但目前国内工厂生产的电线电缆依旧技术附加值较低，与世界一流企业相比尚有很大的差距。因此，如聚烯烃基耐火电缆，这种原材料成本低，制作工艺简单，且具有高附加值的产品，一定备受市场的欢迎。一种防滴落耐火电缆的制备摘要本作品是可瓷化聚烯烃耐火电缆绝缘层，是在聚烯烃树脂中加入磷酸盐玻璃粉、硅酸盐玻璃粉以及有机蒙脱土（OMMT），通过混炼，并热压成型；测量其致密性以及抗滴落性。此处的聚烯烃以乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为例关键字聚烯烃耐火电缆玻璃粉一研究背景及意义进入二十一世纪以后，随着人们生活水平和消防安全意识的提高，以及高层建筑、宾馆酒店、大型超市、医院、车站、机场、地铁、隧道的不断增加，消防安全的重要性凸现出来,这个问题已经引起了人们的高度重视。电线/电缆的防火性能关系着人民的生命和财产安全,世界各国都十分重视。一旦发生火灾,如何在短时间内保证电力和通讯线路的畅通,减少人员伤亡和生命财产损失,是研究和工程技术人员必须认真考虑和不断探索的课题。从上个世纪末到这个世纪初，国内外大多采用的是传统的防火电线/电缆，即氧化镁防火绝缘电缆和云母带缠绕的耐火电缆。氧化镁防火绝缘电缆的外护套由无缝铜管构成，由于质量差不多比普通电缆大一倍，故生产成本高，造价比云母带缠绕的耐火电缆高出30左右。另外，氧化镁又极易与空气中的水发生化学反应，生成氢氧化镁。由于氢氧化镁导电，施工时如果未做好密封防潮处理，会造成短路，致使电缆无法正常使用。云母带缠绕的耐火电缆，在生产过程中需要多层缠绕,生产速度慢，成本较高，又由于工艺条件的限制,往往易造成搭接缝处出现缺陷,火烧后云母带发脆,容易脱落,且着火后电缆绝缘层转变为碳化层，遇水导电，起不到真正的防火作用。在短时间内不能保证电力和通讯线路的畅通。传统的防火电线/电缆由于其自身诸多的局限性，很难满足日益增长的实际需求，因此许多专家学者都在致力于寻找性能更为优异的新型绝缘耐火材料。在这种情况下，陶瓷化高分子复合防火材料应运而生。且开展陶瓷化高分子复合防火材料的产品开发和瓷化机理的研究工作，不仅将为耐火电缆的制造提供新的途径，同时也为其他防火耐火领域提供了更多的材料选择，促进耐火防火材料的开发与推广应用，保障人们的生命和财产安全，具有广阔的应用前景、其应用将带来巨大的经济和社会效益，该工作也因此具有重要的理论意义和应用价值。二设计思路研制一种用于生产电缆绝缘层的耐高温（800）聚烯烃复合材料，主要依据其成瓷机理在达到聚合物热分解温度时，低熔点填料软化，并足以使热分解产物与高熔点化合物（熔点范围）粘结起来，提高复合材料在低温时的强度并能够防止聚合物的熔融滴落；在高温时，由于低熔点填料中的碱金属（NA2O，K2O，LI2O）能够促进高熔点物质的熔化，来加快结构更加规整的晶体的形成和成长，同时，使在低于其熔点时，与基体的分解产物之间发生共熔反应，产生越来越多的液相，这些液相相互扩散渗入基体中，凝固形成网络，起到桥联作用，加固陶瓷骨架。并在消防水的急速冲击和冷却下，依然保持该电缆的良好的通电性。（此时要求绝缘层不开裂、隔热性良好，能有效保护导体不熔融）。其成瓷原理见图21。图1可瓷化聚烯烃的成瓷机理三使用的仪器及设备1双辊筒炼塑机，SK160B，上海橡胶机械厂；2平板硫化机，QLB503502，上海橡胶机械厂；3ZC36型1017超高电阻104A微电流测试仪，中华人民共和国上海第六电表厂；4冲片机，上海第一橡胶机械厂，25T；5熔体流动速率仪，长春第二试验机厂，XNR400A；6XL2A型橡塑邵尔A型硬度计，江都市明珠实验机械厂；7电微机控制子万能实验机，CMT5254，深圳新三思材料检测有限公司；8水平垂直燃烧测定仪，江宁县分析仪器厂，CZF3型；9氧指数仪，江苏江宁县分析仪器厂，HC22型；10滚动式球磨机，山东淄博启明星有限公司；11不锈钢带表卡尺，杭州西湖量具刃具厂，MC01010235；12X射线荧光光谱仪（XRF），瑞士ARL；13X射线衍射仪（XRD），瑞士ARL；14扫描电镜（SEM），JSM5900；15差热/热重分析仪，STA449C/6/F四制作过程具体见流程图2填料的表面处理预处理法干法处理配料双辊开炼机混炼其他性能的测试剪裁剪裁马弗炉烧蚀混炼压片图2制备工艺流程图五研究成果及讨论1残余物的致密性通过配方设计，已研制出体积密度为115GCM3，吸水率为2234，收缩率为1322的样品，其样品以及保温900，30MIN后的产物见图51图3（左边为样品，右边为残余物）能够保持残余物具有较高致密性是由于采用两种玻璃粉进行混合使用，当升高至一定温度，两者相互渗透，熔融析晶。如图4所示10203040506070802（O）90样品图4样品（下方）以及保温900,30MIN的残余物（下方）XRD图谱2抗滴落性表1配方将试样垂直夹持在酒精喷灯下燃烧，见图58图5（4号样）图6（5号样）图7（6号样）图8（7号样）可以看出，在添加5份以上的OMMT时，可以完全不滴落。这一现象可以被解释为是由于所加有机蒙脱土的阻燃性引起的。通过锥形量热仪测得数据，如图9所示。随着OMMT的加入，其热释放速率逐渐放缓，也就预示着聚合物的分解是慢慢进行的。图9时间热释放速率六结论通过在EVA中加入磷酸盐玻璃粉、硅酸盐玻璃粉以及OMMT，可制备出满足性能的可瓷化聚烯烃耐火电缆。参考文献1JALEHMANSOURI,CHRISAWOOD,KATHERINEROBERTS,ETCINVESTIGATIONOFTHECERAMIFYINGPROCESSOFMODIFIEDSILICONESILICATECOMPOSITIONSJJOURNALOFMATERIALSSCIENCE,2007,42604660552JMANSOURI,RPBURFORD,YBCHEN