一種核島防火電纜

《一種核島防火電纜》涉及電纜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核島防火電纜。

1.《一種核島防火電纜》特征在于，包括導(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述核島防火電纜，其特征在于，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括:硅橡膠80-93份、酚醛樹脂3-7.5份、苯并噁嗪樹脂1-5.8份、白炭黑10-17份、硅灰石4-8份、云母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、硅烷偶聯(lián)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、羥基硅油1-1.7份。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述核島防火電纜，其特征在于，所述硅橡膠為甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的混合物，且甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的重量比為30-50:12-32。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述核島防火電纜，其特征在于，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(jìn)行制備: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(hù)下調(diào)節(jié)溫度為10-13℃，反應(yīng)200-300分鐘，然后加入丁香油酚，在40-50℃下反應(yīng)8-10小時，后處理后得到物料A；以硅烷偶聯(lián)劑KH-570為改性劑對白炭黑進(jìn)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，然后加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護(hù)下升溫至75-80℃后反應(yīng)6-9小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到所述改性白炭黑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述核島防火電纜，其特征在于，在改性白炭黑的制備過程中，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；硅烷偶聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述核島防火電纜，其特征在于，所述硅灰石為普通硅灰石和針狀硅灰石的混合物，且普通硅灰石與針狀硅灰石的重量比為2-9:1-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述核島防火電纜，其特征在于，所述普通硅灰石的長徑比為1-4:1，針狀硅灰石的長徑比為14-20:1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述核島防火電纜，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述核島防火電纜，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-550。

核電具備清潔、安全、燃料消耗低等特點，非常符合電力發(fā)展的需求。核能發(fā)電是電能源的必然發(fā)展趨勢。但是核電站具備較高的火災(zāi)危險性，在火災(zāi)發(fā)生之后，不僅會停電，還可能會造成放射性物質(zhì)外泄引起環(huán)境污染及人員傷亡，尤其是放射性物質(zhì)對環(huán)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(nèi)的核反應(yīng)堆及與反應(yīng)堆有關(guān)的各個系統(tǒng)的統(tǒng)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(jī)械性能外，還必須具備阻燃、耐輻射和優(yōu)良的屏蔽性能，但是2019年7月以前，市場上電纜品種琳瑯滿目，性能各不相同，都無法滿足核島電纜阻燃性能的要求。

一種核島防火電纜專利目的

《一種核島防火電纜》采用了特定成分的陶瓷硅橡膠制備了隔離層，阻燃性好，防噴淋性能優(yōu)異。

一種核島防火電纜技術(shù)方案

《一種核島防火電纜》包括導(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成。優(yōu)選地，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括：硅橡膠80-93份、酚醛樹脂3-7.5份、苯并噁嗪樹脂1-5.8份、白炭黑10-17份、硅灰石4-8份、云母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、硅烷偶聯(lián)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、羥基硅油1-1.7份。優(yōu)選地，所述硅橡膠為甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的混合物，且甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的重量比為30-50:12-32。優(yōu)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(jìn)行制備：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(hù)下調(diào)節(jié)溫度為10-13℃，反應(yīng)200-300分鐘，然后加入丁香油酚，在40-50℃下反應(yīng)8-10小時，后處理后得到物料A；以硅烷偶聯(lián)劑KH-570為改性劑對白炭黑進(jìn)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，然后加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護(hù)下升溫至75-80℃后反應(yīng)6-9小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到所述改性白炭黑。優(yōu)選地，在改性白炭黑的制備過程中，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；硅烷偶聯(lián)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(yōu)選地，所述硅灰石為普通硅灰石和針狀硅灰石的混合物，且普通硅灰石與針狀硅灰石的重量比為2-9:1-3。優(yōu)選地，所述普通硅灰石的長徑比為1-4:1，針狀硅灰石的長徑比為14-20:1。優(yōu)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(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-550。該發(fā)明所述陶瓷硅橡膠可以由常規(guī)的陶瓷硅橡膠制備工藝制備而成。

一種核島防火電纜改善效果

《一種核島防火電纜》所述核島防火電纜，其結(jié)構(gòu)中添加了特定組成的陶瓷硅橡膠制備而成的隔離層，在火焰的燒蝕下，燃燒2-4分鐘后其即開始燒結(jié)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(xù)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，使其使用壽命不小于60年；具體的陶瓷硅橡膠材料其原料中以硅橡膠為主料，同時配合添加了酚醛樹脂、苯并噁嗪樹脂與其配合，使所得材料抗高溫氧化性好，阻燃性能優(yōu)異，同時控制了酚醛樹脂和苯并噁嗪樹脂的用量，提高了材料的拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能；在改性白炭黑的制備過程中，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(yīng)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(fā)生了反應(yīng)，之后與丁香油酚混合，控制反應(yīng)的條件，使三聚氯氰中的剩余氯與丁香油酚的羥基發(fā)生了反應(yīng)，得到了物料A；之后以物料A、硅烷偶聯(lián)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(fā)生了聚合反應(yīng)，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(jìn)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(fā)生團(tuán)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(xié)同作用，能在燃燒時捕獲火焰區(qū)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(zhì)，催化體系成炭，形成致密的隔層隔絕氧氣和可燃?xì)怏w的交換以及熱量的傳遞，同時稀釋燃燒區(qū)的氧氣，多方面的作用協(xié)同配合，賦予體系優(yōu)異的阻燃性；另一方面，其結(jié)構(gòu)中引入了苯乙烯，其與硅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硅橡膠的相容性，使酚醛樹脂和硅橡膠發(fā)揮優(yōu)良的協(xié)同作用；蒙脫土、氧化石墨烯添加到硅橡膠中，蒙脫土與氧化石墨烯的納米片層具有復(fù)合現(xiàn)象，顯著提高了材料的拉伸強(qiáng)度，并使所得炭層結(jié)構(gòu)更加致密，提高了材料的氧指數(shù)；具體選擇了硅灰石、云母作為成瓷填料，并添加了氧化硼和次磷酸鋁作為助溶劑，在硅烷偶聯(lián)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?zé)g下形成連續(xù)、致密的陶瓷狀物質(zhì)，使所得材料的阻燃性和熱穩(wěn)定性能高。

• 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(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成。

• 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(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成；其中，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括:硅橡膠93份、酚醛樹脂3份、苯并噁嗪樹脂5.8份、白炭黑10份、硅灰石8份、云母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、硅烷偶聯(lián)劑1.3份、次磷酸鋁5份、聚磷酸銨8份、微膠囊紅磷2份、羥基硅油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(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成；其中，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括：甲基乙烯基硅橡膠64.5份、甲基苯基乙烯基硅橡膠15.5份、酚醛樹脂7.5份、苯并噁嗪樹脂1份、白炭黑17份、普通硅灰石1.6份、針狀硅灰石2.4份、云母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、硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.6份、次磷酸鋁12份、聚磷酸銨3份、微膠囊紅磷6份、羥基硅油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(jìn)行制備: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(hù)下調(diào)節(jié)溫度為10℃，反應(yīng)300分鐘，然后加入丁香油酚，在40℃下反應(yīng)10小時，后處理后得到物料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；以硅烷偶聯(lián)劑KH-570為改性劑對白炭黑進(jìn)行改性得到物料B，硅烷偶聯(lián)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，然后加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護(hù)下升溫至75℃后反應(yīng)9小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到所述改性白炭黑；所述普通硅灰石的長徑比為1:1，針狀硅灰石的長徑比為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(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成；其中，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括：硅橡膠90份、酚醛樹脂4份、苯并噁嗪樹脂5份、白炭黑12份、硅灰石7.3份、云母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、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501份、次磷酸鋁7份、聚磷酸銨7份、微膠囊紅磷5份、羥基硅油1.6份；所述硅橡膠為甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的混合物，且甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的重量比為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(jìn)行制備：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(hù)下調(diào)節(jié)溫度為13℃，反應(yīng)200分鐘，然后加入丁香油酚，在50℃下反應(yīng)8小時，后處理后得到物料A；以硅烷偶聯(lián)劑KH-570為改性劑對白炭黑進(jìn)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，然后加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護(hù)下升溫至80℃后反應(yīng)6小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌、干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；硅烷偶聯(lián)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；所述硅灰石為普通硅灰石和針狀硅灰石的混合物，且普通硅灰石與針狀硅灰石的重量比為9:1；所述普通硅灰石的長徑比為4:1，針狀硅灰石的長徑比為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(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成；其中，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括:硅橡膠83份、酚醛樹脂7份、苯并噁嗪樹脂1.6份、白炭黑16份、硅灰石5份、云母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、硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.7份、次磷酸鋁11份、聚磷酸銨4份、微膠囊紅磷3份、羥基硅油1.3份；所述硅橡膠為甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的混合物，且甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的重量比為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(jìn)行制備: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(hù)下調(diào)節(jié)溫度為12℃，反應(yīng)260分鐘，然后加入丁香油酚，在47℃下反應(yīng)9小時，后處理后得到物料A；以硅烷偶聯(lián)劑KH-570為改性劑對白炭黑進(jìn)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，然后加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護(hù)下升溫至77℃后反應(yīng)7小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌、干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；硅烷偶聯(lián)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；所述硅灰石為普通硅灰石和針狀硅灰石的混合物，且普通硅灰石與針狀硅灰石的重量比為6:2.1；所述普通硅灰石的長徑比為3:1，針狀硅灰石的長徑比為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(dǎo)體、包裹在導(dǎo)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(hù)套層；所述隔離層由陶瓷硅橡膠制備而成；其中，所述陶瓷硅橡膠其原料按重量份包括:硅橡膠88份、酚醛樹脂6份、苯并噁嗪樹脂2份、白炭黑14份、硅灰石6.2份、云母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、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501份、次磷酸鋁9份、聚磷酸銨5份、微膠囊紅磷3.8份、羥基硅油1.3份；所述硅橡膠為甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的混合物，且甲基乙烯基硅橡膠與甲基苯基乙烯基硅橡膠的重量比為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(jìn)行制備: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(hù)下調(diào)節(jié)溫度為11℃，反應(yīng)280分鐘，然后加入丁香油酚，在49℃下反應(yīng)8.5小時，后處理后得到物料A；以硅烷偶聯(lián)劑KH-570為改性劑對白炭黑進(jìn)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，然后加入偶氮二異丁腈，在氮氣的保護(hù)下升溫至79℃后反應(yīng)7小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌、干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；硅烷偶聯(lián)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；所述硅灰石為普通硅灰石和針狀硅灰石的混合物，且普通硅灰石與針狀硅灰石的重量比為7:2；所述普通硅灰石的長徑比為2:1，針狀硅灰石的長徑比為18:1。

• 實施例7

與實施例6的唯一區(qū)別在于：陶瓷硅橡膠的原料中，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(qū)別在于：陶瓷硅橡膠的原料中不含有酚醛樹脂和苯并噁嗪樹脂。

• 對比例2

與實施例6的唯一區(qū)別在于：陶瓷硅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的陶瓷硅橡膠的性能進(jìn)行檢測:其中，按照GB/T1040-2006《塑料拉伸性能的測定》測定拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率；按照GB/T2406-93《塑料燃燒性能試驗方法氧指數(shù)法》測定試樣的氧指數(shù)；結(jié)果如下表所示:

對《一種核島防火電纜》電纜的性能進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)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于0.9米；根據(jù)GB/T19216-2008進(jìn)行耐火電纜試驗和BS6387-2013進(jìn)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(fā)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(dá)到國標(biāo)要求。

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(yōu)秀獎。 2100433B