一种新型陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶耐火电缆的研制_彭小弟
新型耐火电缆材料—陶瓷化硅橡胶及复合带
新型耐火电缆材料———陶瓷化耐火硅橡胶及复合带赵源一、概述耐火电缆是指在火焰燃烧情况下能够保持一定时间安全运行的电缆。
我国国家标准GB12666.6（等IEC331）将耐火试验分A、B两种级别，A级火焰温度950~1000℃，持续供火时间90min，B级火焰温度750~800℃，持续供火时间90 min，整个试验期间，试样应承受产品规定的额定电压值。
耐火电缆广泛应用于高层建筑、地下铁道、地下街、大型电站及重要的工矿企业等与防火安全和消防救生有关的地方，例如，消防设备及紧急向导灯等应急设施的供电线路和控制线路。
目前，国内外的防火电线电缆大多采用的氧化镁矿物绝缘电缆和云母带缠绕的耐火电缆；其中，氧化镁矿物绝缘电缆的结构如图1。
.氧化镁矿物绝缘电缆是耐火电缆中性能较优的一种，它是由铜芯、铜护套、氧化镁绝缘材料加工而成的，简称MI（minerl insulated cables）电缆。
该电缆完全由无机物构成耐火层，而普通耐火电缆的耐火层是由无机物与一般有机物复合而成，因此MI电缆的耐火性能较普通耐火电缆更优且不会因燃烧而分解产生腐蚀性气体。
MI电缆具有良好的耐火特性且可以长期工作在250℃高温之下，同时还有防爆、耐腐蚀性强、载流量大、耐辐射、机械强度高、体积小、重量轻、寿命长、无烟的特点。
但价格贵、工艺复杂、施工难度大，在油灌区、重要木结构公共建筑、高温场所等耐火要求高且经济性可以接受的场合，可采用这种耐火性能好的电缆，但只能用于低压耐火电缆。
云母带缠绕的耐火电缆是在导体外部反复缠绕多层云母带，借以阻挡火焰的燃烧，从而延长安全运行的时间，保持线路在一定的时间内畅通。
二、氧化镁白色无定型粉末。
无臭、无味、无毒。
具有极强的耐高低温（高温2500℃，低温-270℃）、抗腐蚀性、绝缘性和良好的导热性和光学性能、无色透明的晶体，熔点2852℃。
氧化镁有高度耐火绝缘性能，熔点很高。
用于生产氧化镁矿物绝缘耐火电缆。
三、云母带云母，是一种片状的无机矿物材料，其特性是绝缘、耐高温、有光泽、物理化学性能稳定，具有良好的隔热性、弹性和韧性和不燃性，又有被剥成具有弹性的透明薄片的性能。
陶瓷化防火耐火硅橡胶的研究与应用
表 3 试样在乙炔火焰中的烧蚀结果（2 min 断烟）
试片厚度/mm
700~800℃×90min 烧蚀后
2
陶瓷声 坚硬 瓷化
5
陶瓷声 坚硬 瓷化
0.2mm 陶瓷化复合带
坚硬 瓷化
0.4mm 陶瓷化复合带
坚硬 瓷化
0.8mm 陶瓷化复合带
坚硬 瓷化
3000℃左右氧气焊火焰
陶瓷声 坚硬 瓷化 陶瓷声 坚硬 瓷化 坚硬 瓷化 坚硬 瓷化 坚硬 瓷化
3.1.3 耐臭氧和耐紫外线老化：无需添加防老剂和抗氧剂，常温下寿命可达 30-50 年以上； 3.1.4 特殊的表面性能：吸水率 0.17%，具有极低的吸湿性和吸水性，防霉性能良好，对许多
材料不粘； 3.1.5 环境友好型：无卤、无重金属、无毒、无味，对人体、环境不产生影响； 3.1.6 耐化学腐蚀性好，防水、抗油； 3.1.7 优良的憎水性、耐污闪性，抗爬电； 3.1.8 加工性能好：易于混炼、成型、压延、挤出、模压等加工，胶料流动性好； 3.1.9 烟气毒性是目前高分子材料，特别是电缆料中最高级别 ZA1 级，即燃烧后的烟气小白鼠
本工作是探索在高温热硫化（HTV）硅橡胶中，加入功能性材料，在常温下具备硅橡胶 的基本特性——无毒、无味、密封性、弹性、不吸潮、不吸水、耐高低温、耐臭氧老化、耐 候老化、优良的电绝缘性能及良好的加工性能；在高温火焰烧蚀下，使得加入功能性材料的 硅橡胶复合混合物形成坚硬的陶瓷化的铠装保护层，可以起到隔绝火焰，防火、绝缘、隔热、 隔水、抗震的作用，从而保证了在火灾情况下，电力、通讯的畅通。
<1>拉伸强度（MPa）
4.5
<2>断裂伸长率（%）
122
表 5 陶瓷化耐火硅橡胶防火电线电缆在丙烷火焰中的烧蚀结果
一种陶瓷化硅橡胶防火耐火复合带[实用新型专利]
![一种陶瓷化硅橡胶防火耐火复合带[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/96f56301e009581b6ad9eb98.png)
专利名称：一种陶瓷化硅橡胶防火耐火复合带专利类型：实用新型专利
发明人：周和平,赵源
申请号：CN201120498883.5
申请日：20111117
公开号：CN202473445U
公开日：
20121003
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开一种陶瓷化硅橡胶防火耐火复合带，包括两陶瓷化硅橡胶层和处于两陶瓷化硅橡胶层之间的补强层。
补强层为玻纤布。
陶瓷化硅橡胶层由硅橡胶、二氧化硅、硅油、瓷化粉制成。
本实用新型陶瓷化硅橡胶防火耐火复合带，包括补强层和陶瓷化硅橡胶层，由于陶瓷化硅橡胶层具有一定的自粘性，在应用于电缆的耐火层或绝缘层时，不但可以绕包，而且可以纵包，简化了加工工艺，可以大幅度降低成本，而且，陶瓷化硅橡胶层具行很好的柔软性和弹性，具备普通硅橡胶的特性，能够在350～3000℃，火焰3min以上的烧蚀时间下，被烧蚀转化成陶瓷状的壳体，形成一层坚硬的保护层，起到隔绝外界火焰的作用，从而保护被烧的物体不受损坏。
申请人：深圳市沃尔核材股份有限公司
地址：518118 广东省深圳市坪山新区深圳大工业区兰景北路沃尔工业园
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
可瓷化阻燃耐火硅橡胶研究进展
中产生的烟气主要是侧链基团燃烧所产生的 CO2 和 H2 O，无有毒气体产生，不会对环境产生污染。用有机 硅类聚合物来制备可瓷化阻燃耐火材料，无论是在工 艺及原材料的选取，还是在瓷化产物的耐高温和力学 性能等方面 都 具 有 独 特 的 优 势［6-8］。 由 于 具 有 卓 越 的 阻燃性、耐火性，以及良好的加工性，可瓷化阻燃耐火 硅橡胶复合材料已经受到了越来越多人的关注［9］。本 文详细介绍了硅橡胶基体的高温分解基理、可瓷化耐 火硅橡胶材料的阻燃耐火机理、各种无机填料在陶瓷 化过程中的作用机理以及可瓷化阻燃耐火硅橡胶复合 材料的制备工艺。
图 2 硅橡胶的解扣式解聚反应
Fig 2 Intramolecular mechanism of degradation of hydroxyl-terminated PDMS by unzipping reaction
2． 2 随机重排反应
面的解聚反应，随机重排反应往往需要足够高的温度
以惰性基团封端的硅橡胶基体的解聚是通过硅橡 才会发生，并且反应一旦发生，会伴随着很明显的硅橡
Siska Hamdani-Devarennes 等［16］又研究了以 钙 和 铝为基础的无机填料作为在硅橡胶基质中的阻燃剂， 并对高温测试下的复合材料残余物进行分析，观察到 含有云母填料的硅复合材料燃烧后残余物的表面形貌 如图 6 所示，在残余物表面发现有很多的裂缝（ 白色箭 头所示） ，这些裂缝的产生可能是由于燃烧过程中释放 出来了水、二氧化碳或者是小分子环硅氧烷之类的挥 发物，所有的这些挥发物都会导致裂缝的产生。
Siska Hamdani-Devarennes 等［15］在研究了以 钙 和 铝为基础的无机填料作为在硅橡胶基质中的阻燃剂， 它的混合制备和热稳定性。在实验中发现，由于云母 和氧化铝填料表面羟基基团的催化活性，引起了硅复 合材料提前热降解，此外，在高温下片状云母颗粒形成 的热障层在减缓相应复合材料的降解中显得更加高 效。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一种新型陶瓷化高分子复合耐火
硅橡胶耐火电缆的研制
彭小弟1
, 夏亚芳2
, 刘 军
2
(远东控股集团有限公司,江苏宜兴214257; 2.无锡江南电缆有限公司,江苏宜兴214251)
摘要:概述了一种新型的陶瓷化硅橡胶耐火电缆的研制。
陶瓷化硅橡胶耐火材料由硅橡胶基料中加入无机硅粉末填充物、结构控制剂和其他的助剂材料等组成,可用于不同电线电缆产品的制造。
这种材料在常态下仍然具备硅橡胶的特性,经500 高温和750 以上的火焰烧蚀,耐火硅橡胶将形成坚硬的陶瓷化防火保护层,起着隔绝火焰的作用,在火灾情况下保证电力和通信的传输功能。
关键词:耐火电缆;陶瓷化耐火硅橡胶;材料的制备;防火的机理;产品的研制;性能中图分类号:TM246.9
文献标识码:A
文章编号:1672-6901(2007)04-0028-02
Development of a New type of Fire -Resisting Cable w ith Ceramic
Polymer C omposite Silicone Rubber as Insulation
PE NG Xiao -di,et al
(Far East Holding Group Co.,Ltd,Yi x ing 214257,China)
Abstract :This paper presents the development of a new type of fire -resisting cable wi th ceramic polymer composite silicone rubber as insulation.The ceramic silicone rubber fi re -resisting material consists of silicone rubber as the base polymer,to which inorganic silica powder filler ,agent to con trol structure and other aids are added.The material,which is used as insulation for a nu mber of cables,has characteristics of silicone rubber in normal conditions.It will form,however,a strong ceramic fire -resi sting flame barrier when heated at 500 and burned by 750 and above flame,thus ensure transmission of energy and message under fire condi tions.
Key words :fire -resistin g cable;fire -resisting ceramic silicone rubber ;material preparation;mechanism of fire resistance;product develop ment;performance
收稿日期:2007-02-25
作者简介:彭小弟(1953-),男,上海人,工程师.作者地址:江苏宜兴市高滕镇范道远东路8号
[214257].
0 引 言
近些年来,国内几家大型公共娱乐场所、化工、煤矿、商厦火灾造成的人民生命和财产的惨重损失,人们对消防、防火安全有了更加深刻的认识;随着城
市人口的急剧增长,高层建筑、宾馆、大型超市、医院、车站、机场不断的增加,地铁、隧道交通的建设,以及大型公共娱乐场所、公共交通设施的增加,煤矿、化工、石油、医药、军事、核电站、钢铁、冶金、矿山、造船等等,消防防火安全的重要性凸现出来,如何在火灾的情况下,在一定时间内保障电力和通信的畅通,最大限度的赢得宝贵的时间,减少人员的伤亡和生命财产的损失,这是人们一直在不断探索的课题。
目前,国内外多采用的是氧化镁矿物绝缘防火电缆和云母带绕包的耐火电缆,由于价格和使用场合的局限性,使得人们一直在探索与研究一种能改善性能的电线电缆用耐火绝缘材料及其产品的制造。
本文阐述了一种由硅橡胶基料中加入无机硅粉末填充物、结构控制剂和其他的助剂材料组成的新型陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶,并制成耐火电缆。
试验证明,该产品完全满足耐火电缆使用的性能要求,值得推广应用。
1 陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶的制备和特性
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶,是利用硅基材料特性,以硅橡胶为基料及载体,加入无机硅粉状填充剂、结构控制剂,以及其它助剂,经过真空捏合机捏合、混炼,制成可供模压或挤出成型的胶料,制成电缆制品后,经过高温炉或火焰的烧结成陶瓷化体。
由于陶瓷化体主要材料成份是无机硅,因此,其具备一定的机械强度和良好的电绝缘性能。
普通的高分子材料,在经过火焰烧蚀后绝大部分都变成灰烬,很少有能够变成陶瓷状物体,所以起不到防火的作用;陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶,可以在500 以上的高温和火焰烧蚀下,烧结成坚硬的陶瓷状物体,而且烧蚀时间越长、温度越高,陶瓷化效果越明显,部分型号的陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶可以达到1200~1500 不熔融。
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶可以使用常规的橡胶加工设备进行生产,生产的电线电缆制品具备了硅橡胶的物理机械性能和其他各项性能,并具有良好的加工性。
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶,在常温下无毒、无味,具有很好的柔软性和弹性,具备了硅橡胶的特性,是一种完全具备可应用于电线电缆中作为绝缘或护层,与其他的耐火电缆,例如氧化镁耐火电缆和云母带绕包耐火电缆相比,由于用它生产的防火电线电缆加工工艺简单、价格较低、不需要增加设备的投入,是一种应用前景很广的新型高分子复合防火材料。
2 陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶的防火机理
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶,主体材料是硅橡胶(HTV),在常温下它具备了硅橡胶的基本特性,无毒、无味、耐高低温、耐臭氧老化、耐候老化、优良的电绝缘性能,也具备了普通硅橡胶的良好的加工性能。
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶在火焰的烧蚀下,首先由配方中的结构控制剂作用,溢出有机物质,燃烧2~4min后即开始烧结(催化),生成陶瓷状壳体的绝缘层,这种瓷状壳体的隔绝层可以非常有效的阻挡火焰的继续燃烧,在接下来的烧蚀过程中(瓷状壳体在700 ~900 高温火焰煅烧催化下),瓷状壳体生成SiO2陶瓷,即为经得起700 ~ 1300 高温火焰烧蚀的绝缘体或隔绝火焰护套;瓷状壳体坚硬,具备一定的机械性能,能够抵御火灾现场水浇和间接的机械震动。
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶就是利用其有机硅链组合氧化硅家族,在火焰温度500 即开始发生催化燃烧结壳, 瓷化 成比热容很小的隔温挡火固体,利用这一固体完成耐火使命。
3 新型陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶耐火
电缆制造工艺和产品性能
3.1 电缆的制造工艺和应用
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶应用于防火电线电缆的制造工艺和加工方法,和普通的高温硅橡胶的混炼胶的加工方法相同,它具备了很好的挤出性和模压性,陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶可以直接使用硅橡胶电线电缆设备挤出、硫化成电线电缆,无需增加设备,更不需要巨额的投入,可以大幅度降低成本;用陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶生产的电线电缆,可以和普通的电线电缆一样便捷的进行敷设安装,为防火电线电缆的广泛普及应用,提供了前提条件和基础。
3.2 电缆的性能
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶及其耐火电线电缆的性能测试:
(1)陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶物理机械性能(典型值):
抗拉强度大于7MPa;拉断伸长率大于300%。
空气箱热老化试验(温度200 2 ,老化时间10 24h)后,老化后抗拉强度大于5MPa;老化后拉断伸长率大于150%。
(2)陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶耐火电缆在丙烷火焰中的燃烧试验的结果:
试样为1.5mm2耐火电线,其单层陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶绝缘厚度为0.7mm,4根绞合后,经760 ~860 90min,试验电压0.6kV,熔丝2A,试验结果通过;试验后的产品的检验结果:火焰烧蚀后的样品结壳完整,坚硬无裂缝,如陶瓷管。
(3)由于陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶配方采用优先组合,可以使其绝缘电阻率大于1013 m;介电强度大于28MV/m。
4 结束语
陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶耐火电缆,为消防、防火又提供了一个新型的、安全的、经济的耐火电缆,特别是为防火电线电缆的制造,又开辟出一条新思路和新方法;它的诞生使得耐火电线电缆的生产加工、敷设安装和应用得到了更深一步的简化,和以往的其他的耐火电缆,例如矿物绝缘氧化镁耐火电缆和云母带绕包的耐火电缆相比较,成本大幅度得到降低,为广泛的普及、推广,特别是应用于普通的民用,提供了可能性,从而相当大的程度上保障了人民群众的生命和财产的安全。
参考文献:
[1] 张泽鸿.硅橡胶绝缘耐火电缆的开发与研究[J].电线电缆,
2005,(3):10-13.
[2] 徐应鳞.耐火电缆的现状及问题[J].电线电缆,1998,(4):2-11.
[3] DJ08-93-2002,民用建筑电线电缆防火设计规范[S].
29。