一种防火电缆及其制备方法
阅读说明：本技术 一种防火电缆及其制备方法 (Fireproof cable and preparation method thereof ) 是由 李湘岳 王立东 于 2021-10-20 设计创作，主要内容包括：本申请涉及电缆的技术领域,具体公开了一种防火电缆及其制备方法,一种防火电缆,包括导电芯层和外护套层,所述外护套层由包括如下重量份的原料：氟醚橡胶80-90份、氢化丁腈橡胶20-30份、超细球形氧化铝10-20份、聚碳酸酯聚氨酯10-20份、五溴乙基苯10-15份。本申请防火电缆的耐草酸和耐氢氧化钠的拉伸强度变化率最低分别为-4.2%和-3.4%,断裂伸长变化率最高分别为13.2%和12.5%,表现出较优的耐腐蚀性能。同时,本申请防火电缆的老化后断裂伸长率最高为162%,氧指数和燃烧性能级别最高分别为35.7%和B1级,均表现为难燃材料,具有较优阻燃性。(The application relates to the technical field of cables, and particularly discloses a fireproof cable and a preparation method thereof, wherein the fireproof cable comprises a conductive core layer and an outer sheath layer, and the outer sheath layer is prepared from the following raw materials in parts by weight: 80-90 parts of fluoroether rubber, 20-30 parts of hydrogenated nitrile rubber, 10-20 parts of superfine spherical alumina, 10-20 parts of polycarbonate polyurethane and 10-15 parts of pentabromoethyl benzene. The tensile strength change rates of oxalic acid resistance and sodium hydroxide resistance of the fireproof cable are-4.2% and-3.4% respectively at the lowest, and the elongation at break change rates are 13.2% and 12.5% respectively at the highest, so that the fireproof cable shows excellent corrosion resistance. Meanwhile, the elongation at break of the fireproof cable after aging is up to 162%, the oxygen index and the combustion performance level are up to 35.7% and B1 respectively, and the fireproof cable is a flame-retardant material and has excellent flame retardance.)
技术领域
本申请涉及电缆领域，更具体地说，它涉及一种防火电缆及其制备方法。
背景技术
电缆，是指用于电力、通信及相关传输用途的材料。根据不同的用途，可将电缆分为电力电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆和信号电缆等等，它们都是由导电芯层和绝缘外护套层组成，用来连接电路、电器等。
防火电缆，是为了确保数据安全而制造的具有阻燃效果的电缆，其可在发生火灾后，维持足够的时间在整个网络瘫痪前将所有数据回笼，并将数据转移到安全的地方，将数据流失的可能性降到最低。
随着经济的发展，防火电缆的应用越来越广泛，使用场景也越来越多。但大多数防火电缆长期暴露在外，极易受到雨水或空气的腐蚀，且其绝缘外护套层的耐腐蚀性能较弱，易被腐蚀而断裂，导致无法保护导电内芯，相对缩短了防火电缆的使用寿命。
发明内容
为了提高防火电缆的耐腐蚀性能，本申请提供了一种防火电缆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种防火电缆，其采用如下技术方案：
一种防火电缆，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层由包括如下重量份的原料制备而成：聚乙烯树脂90-100份、氟醚橡胶80-90份、氢化丁腈橡胶20-30份、超细球形氧化铝10-20份、聚碳酸酯聚氨酯10-20份、五溴乙基苯10-15份和过氧化物交联剂1.5-3份。
通过采用上述技术方案，聚乙烯树脂与过氧化物交联剂一同加入，在热的作用下，产生碳-碳交联，形成网状结构，在改善了聚乙烯的耐腐蚀性能的同时，还提高了防火电缆的绝缘性，防止接触导体触电，延长了防火电缆的使用寿命。氟醚橡胶既具有较优的耐腐蚀能力，又能够保持良好的耐低温性能，氢化丁腈橡胶在具有高强度、耐油耐磨性能优异特点的同时，还具有良好的耐化学腐蚀能力，且在耐腐蚀的方面与氟醚橡胶协同，提高防火电缆的综合耐腐蚀性。超细球形氧化铝是一种耐腐蚀的惰性化合物，可避免在加工使用过程中结块，在防火电缆原料中具有较高的分散性，从而增强超细球形氧化铝在防火电缆中所起到的耐腐蚀性能。聚碳酸酯聚氨酯一方面作为阻燃剂加入，使防火电缆具有阻燃效果；另一方面可提升防火电缆的耐酸碱性能。五溴乙基苯提高防火电缆各原料之间的相溶性，促进各原料混合均匀。
作为优选：一种防火电缆，其由包括如下重量份的原料制备而成：聚乙烯树脂93-98份、氟醚橡胶82-88份、氢化丁腈橡胶23-28份、超细球形氧化铝12.5-17.5份、聚碳酸酯聚氨酯14-18份、五溴乙基苯10-15份和过氧化物交联剂1.5-3份。
作为优选：所述外护套层还包括如下重量份的原料：纳米重晶石15-20份、水合二氧化硅20-45份、硅烷偶联剂8-10份。
通过采用上述技术方案，纳米重晶石具有较高的耐腐蚀性，水合二氧化硅在做防火电缆补强剂的同时，还可对纳米重晶石进行亲油改性，从而提高纳米重晶石在防火电缆原料中的分散性。硅烷偶联剂的加入，提高防火电缆各原料在体系中的分散性，从而提高防火电缆的耐腐蚀性。
作为优选：所述纳米重晶石与水合二氧化硅的重量份配比为1：(1.5-2.5)。
通过采用上述技术方案，纳米重晶石和水合二氧化硅的重量份配比与纳米重晶石在防火电缆原料体系中的分散性，以及防火电缆的强度耐磨性均具有较大影响。
作为优选：所述外护套层还包括如下重量份原料：二乙基磷酸铝3-12份。
通过采用上述技术方案，二乙基磷酸铝作为辅助阻燃剂同聚碳酸酯聚氨酯加入，可提升聚碳酸酯聚氨酯在防火电缆中的阻燃作用和防腐蚀作用。
作为优选：所述二乙基磷酸铝与聚碳酸酯聚氨酯重量份配比为1：(2-4)。
作为优选：所述过氧化物交联剂为过氧化氢异丙苯。
通过采用上述技术方案：过氧化氢异丙苯作为交联剂使用时，使聚乙烯产品具有较高的伸长率、拉伸强度和耐磨性，其分解产生自由基，自由基引发高分子基链反应，从而导致高分子化合物链的碳-碳键交联，形成网状结构，以此提升防火电缆的耐磨性、阻燃性和耐腐蚀性。
作为优选：所述过氧化物交联剂与聚乙烯的重量份配比为1：(40-50)。
第二方面，本申请提供一种上述任一项防火电缆的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：
一种防火电缆的制备方法，其包括以下操作步骤：
将聚乙烯树脂、氟醚橡胶和氢化丁腈橡胶熔融混合，得到混合物A；
在混合物A中加入其余各原料，用超声波处理使其混合均匀，得到混合物B；
将混合物B挤出成型，冷却后即得外护套层，将外护套层包裹于导电芯层外周，即得防火电缆。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)本申请中实施例26-40的防火电缆的耐草酸和耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长变化率均优于对比例1-4防火电缆，且实施例1-40中耐草酸和耐氢氧化钠的拉伸强度变化率最低分别为-4.2％和-3.4％，断裂伸长变化率最高分别为13.2％和12.5％，表现出较优的耐腐蚀性能。
(2)本申请中实施例1-40的防火电缆的老化后断裂伸长率最高为162％，氧指数和燃烧性能级别最高分别为35.7％和B1级，均表现为难燃材料，具有较优阻燃性。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用，具体为：氟醚橡胶选自余姚市汇鸿塑料厂，有效物质含量为99.9％；氢化丁腈橡胶选自广州市大佳贸易有限公司；超细球形氧化铝选自连云港沃华新材料科技有限公司，粒径5μm；聚碳酸酯聚氨酯选自东莞市优拓塑料科技有限公司，型号为786S；纳米重晶石选自灵寿县恒信矿产品加工厂，粒径为800目；硅烷偶联剂选自选自南京经天纬化工有限公司，有效物质含量98％，型号为KH-590。
实施例1
本申请中的防火电缆，通过如下方法制备得到：
按照表1的掺量，将聚乙烯树脂、氟醚橡胶和氢化丁腈橡胶在130℃条件下熔融混合，得到混合物A；
在混合物A中加入超细球形氧化铝、聚碳酸酯聚氨酯、五溴乙基苯和过氧化氢异丙苯，用超声波处理使其混合均匀，得到混合物B；
将混合物B挤出成型，冷却后即得外护套层，将外护套层包裹在导电芯层外周，即得防火电缆。
实施例2-5
实施例2-5的防火电缆与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表1所示。
表1实施例1-5的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
实施例6-10
实施例6-10的防火电缆与实施例3的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表2所示。
表2实施例6-10的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例6
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
聚乙烯树脂
96
96
96
96
96
氟醚橡胶
80
82
86
88
90
氢化丁腈橡胶
26
26
26
26
26
超细球形氧化铝
15
15
15
15
15
聚碳酸酯聚氨酯
15
15
15
15
15
五溴乙基苯
13
13
13
13
13
过氧化氢异丙苯
2
2
2
2
2
实施例11-15
实施例11-15的防火电缆与实施例8的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表3所示。
表3实施例11-15的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例11
实施例12
实施例13
实施例14
实施例15
聚乙烯树脂
96
96
96
96
96
氟醚橡胶
86
86
86
86
86
氢化丁腈橡胶
20
23
25
28
30
超细球形氧化铝
15
15
15
15
15
聚碳酸酯聚氨酯
15
15
15
15
15
五溴乙基苯
13
13
13
13
13
过氧化氢异丙苯
2
2
2
2
2
实施例16-20
实施例16-20的防火电缆与实施例13的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表4所示。
表4实施例16-20的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例16
实施例17
实施例18
实施例19
实施例20
聚乙烯树脂
90
93
95
98
100
氟醚橡胶
86
86
86
86
86
氢化丁腈橡胶
25
25
25
25
25
超细球形氧化铝
15
15
15
15
15
聚碳酸酯聚氨酯
10
14
16
18
20
五溴乙基苯
10
11
12
14
15
过氧化氢异丙苯
1.5
1.8
2.3
2.6
3.0
实施例21
本申请中的防火电缆，通过如下方法制备得到：
按照表5的掺量，将聚乙烯树脂、氟醚橡胶和氢化丁腈橡胶在130℃条件下熔融混合，得到混合物A；
在混合物A中加入超细球形氧化铝、聚碳酸酯聚氨酯、五溴乙基苯、过氧化氢异丙苯、纳米重晶石、水合二氧化硅和硅烷偶联剂，用超声波处理使其混合均匀，得到混合物B；
将混合物B挤出成型，冷却后即得外护套层，将外护套层包裹在导电芯层外周，即得防火电缆。
实施例22-25
实施例22-25的防火电缆与实施例21的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表5所示。
表5实施例21-25的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
实施例26
本申请中的防火电缆，通过如下方法制备得到：
按照表6的掺量，将聚乙烯树脂、氟醚橡胶和氢化丁腈橡胶在130℃条件下熔融混合，得到混合物A；
在混合物A中加入超细球形氧化铝、聚碳酸酯聚氨酯、五溴乙基苯、过氧化氢异丙苯、纳米重晶石、水合二氧化硅、硅烷偶联剂和二乙基磷酸铝，用超声波处理使其混合均匀，得到混合物B；
将混合物B挤出成型，冷却后即得外护套层，将外护套层包裹在导电芯层外周，即得防火电缆。
实施例27-30
实施例27-30的防火电缆与实施例26的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表6所示。
表6实施例26-30的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例26
实施例27
实施例28
实施例29
实施例30
聚乙烯树脂
95
95
95
95
95
氟醚橡胶
86
86
86
86
86
氢化丁腈橡胶
25
25
25
25
25
超细球形氧化铝
15
15
15
15
15
聚碳酸酯聚氨酯
16
18
20
12
15
五溴乙基苯
12
12
12
12
12
过氧化氢异丙苯
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
纳米重晶石
18
18
18
18
18
水合二氧化硅
35
35
35
35
35
硅烷偶联剂
9
9
9
9
9
二乙基磷酸铝
8
6
5
12
3
实施例31-35
实施例31-35的防火电缆与实施例27的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表7所示。
表7实施例31-35的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例31
实施例32
实施例33
实施例34
实施例35
聚乙烯树脂
95
95
95
95
95
氟醚橡胶
86
86
86
86
86
氢化丁腈橡胶
25
25
25
25
25
超细球形氧化铝
15
15
15
15
15
聚碳酸酯聚氨酯
18
18
18
18
18
五溴乙基苯
12
12
12
12
12
过氧化氢异丙苯
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
纳米重晶石
20
19
17
20
15
水合二氧化硅
30
28.5
42.5
20
45
硅烷偶联剂
9
9
9
9
9
二乙基磷酸铝
6
6
6
6
6
实施例36-40
实施例36-40的防火电缆与实施例32的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表8所示。
表8实施例36-40的防火电缆的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例36
实施例37
实施例38
实施例39
实施例40
聚乙烯树脂
96
99
100
98
93.5
氟醚橡胶
86
86
86
86
86
氢化丁腈橡胶
25
25
25
25
25
超细球形氧化铝
15
15
15
15
15
聚碳酸酯聚氨酯
18
18
18
18
18
五溴乙基苯
12
12
12
12
12
过氧化氢异丙苯
2.4
2.2
2
2.8
1.7
纳米重晶石
19
19
19
19
19
水合二氧化硅
28.5
28.5
28.5
28.5
28.5
硅烷偶联剂
8.8
8.8
8.8
8.8
8.8
二乙基磷酸铝
6
6
6
6
6
对比例1
对比例1的防火电缆与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：防火电缆原料中的氟醚橡胶等量替换为丁基橡胶，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例2
对比例2的防火电缆与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：防火电缆原料中的氢化丁腈橡胶等量替换为丁苯橡胶，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例3
对比例3的防火电缆与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：防火电缆原料中未添加超细球形氧化铝，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例4
对比例4的防火电缆与实施例26的制备方法完全相同，区别在于：防火电缆原料中未添加纳米重晶石，其余原料及掺量与实施例26相同。
性能检测
耐腐蚀性能：参照IEC60811，将实施例1-40和对比例1-4的防火电缆分别浸泡于草酸溶液和氢氧化钠溶液中进行耐草酸和耐氢氧化钠检测，草酸溶液和氢氧化钠溶液的有效浓度分别为45g/L和40g/L，在23±2℃条件下浸泡7d，计算拉伸强度变化率和断裂伸长率变化率，具体详见表9所示。
老化后断裂伸长率：参照GB/T 2951《电线和电缆绝缘和护套材料通用测试方法》对实施例1-40和对比例1-4的防火电缆进行测试，计算出老化后断裂伸长率，取最小中间值，计算结果如表9所示。
燃烧性能：参照GB 8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》中6.3“电线电缆套管类塑料材料”对实施例1-40和对比例1-4的防火电缆的外护套层材料进行燃烧性能测试，测试外护套层的氧指数和燃烧性能级别，测试结果详见表9。
表9不同防火电缆的性能检测结果
由表9的检测结果表明，本申请中实施例26-40的防火电缆的耐草酸和耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长变化率均优于对比例1-4防火电缆，且实施例1-40中耐草酸和耐氢氧化钠的拉伸强度变化率最低分别为-4.2％和-3.4％，断裂伸长变化率最高分别为13.2％和12.5％，表现出较优的耐腐蚀性。同时，实施例1-40的防火电缆的老化后断裂伸长率最高为162％，氧指数和燃烧性能级别最高分别为35.7％和B1级，均表现为难燃材料，具有较强的阻燃性。
在实施例1-5中，实施例3防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-6.5％和10.9％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-5.7％和10.4％，均优于实施例1-2和实施例4-5防火电缆；实施例3防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为145％和33.2％，均不低于实施例1-2和实施例4-5防火电缆，表明实施例3防火电缆的原料中超细球形氧化铝的重量份更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，且在提升防火电缆的耐腐蚀性方面较为明显。
在实施例6-10中，实施例8防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-6.2％和11.2％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-5.4％和10.7％，均优于实施例6-7和实施例9-10防火电缆；实施例8防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为148％和33.6％，均高于实施例6-7和实施例9-10防火电缆，表明实施例8防火电缆的原料中氟醚橡胶的重量份更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性。
在实施例11-15中，实施例13防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-5.9％和11.5％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-5.1％和11.0％，均优于实施例11-12和实施例14-15防火电缆；实施例13防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为150％和33.8％，均高于实施例11-12和实施例14-15防火电缆，表明实施例8防火电缆的原料中氢化丁腈橡胶的重量份更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，且在提升防火电缆的耐腐蚀性方面较为明显。
在实施例16-20中，实施例18防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-5.7％和11.6％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-4.9％和11.2％，均优于实施例16-17和实施例19-20防火电缆；实施例18防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为152％和34.1％，均高于实施例16-17和实施例19-20防火电缆，表明实施例18防火电缆的原料的重量份更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，但与实施例13的防火电缆的耐腐蚀性和阻燃性的差异不大，表明其他成分用量的多少对防火电缆的耐腐蚀性和阻燃性具有较小的影响。
在实施例21-25中，实施例24防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-5.1％和12.3％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-4.4％和11.6％，均优于实施例21-23和实施例25防火电缆；实施例24防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为154％和34.2％，均不低于实施例21-23和实施例25防火电缆，表明实施例24防火电缆的原料中纳米重晶石和硅烷偶联剂的重量份更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，且在提升防火电缆的耐腐蚀性方面较为明显。
在实施例26-30中，实施例27防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-4.9％和12.5％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-4.1％和11.8％，均优于实施例26和实施例28-29防火电缆；实施例27防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为156％和34.7％，均高于实施例26和实施例28-29防火电缆，表明实施例27防火电缆的原料中当二乙基磷酸铝与聚碳酸酯聚氨酯重量份配比为1:3时更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，且在提升防火电缆的阻燃性方面较为明显。
在实施例31-35中，实施例32防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-4.4％和13.0％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-3.6％和12.3％，均优于实施例31和实施例33-34防火电缆；实施例32防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为159％和34.8％，均不低于实施例31和实施例33-34防火电缆，表明实施例32防火电缆的原料中当纳米重晶石与水合二氧化硅重量份配比为1:2时更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，且在提升防火电缆的耐腐蚀性方面较为明显。
在实施例36-40中，实施例37防火电缆耐草酸的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-4.2％和13.2％，耐氢氧化钠的拉伸强度变化率和断裂伸长率分别为-3.4％和12.5％，均优于实施例36和实施例38-39防火电缆；实施例37防火电缆的老化后断裂伸长率和氧指数分别为162％和35.7％，均高于实施例36和实施例38-39防火电缆，表明实施例37防火电缆的原料中当过氧化物交联剂与聚乙烯树脂的重量份配比为1:45时更为合适，表现出较优的耐腐蚀性和阻燃性，且在提升防火电缆的阻燃性方面较为明显。
另外，从对比实施例26与对比例1-4的各项指标数据发现，本申请原料中选用氟醚橡胶、氢化丁腈橡胶、超细球形氧化铝和纳米重晶石的加入均不同程度的改善了防火电缆的耐腐蚀性和阻燃性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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