一种复合型双层低烟无卤阻燃型双绞型电缆及其制备方法与流程

本发明属于电缆材料，具体为一种复合型双层低烟无卤阻燃型双绞型电缆及其制备方法。

背景技术：

1、电缆作为电力和信号传输的重要载体，广泛应用于建筑、交通、通信、工业控制等领域。随着消防安全意识的提高和环保法规的日益严格，传统含卤阻燃电缆（如聚氯乙烯电缆）因燃烧时释放大量黑烟和有毒腐蚀性气体（如氯化氢、溴化氢等），严重威胁人员生命安全和环境安全，已逐渐被限制使用。因此，开发低烟无卤阻燃电缆成为行业发展的必然趋势。现有低烟无卤阻燃电缆主要通过向聚烯烃基体中添加无机阻燃填料（如氢氧化镁、氢氧化铝）或磷氮系阻燃剂实现阻燃，但单一阻燃体系存在添加量大、力学性能下降、加工流动性差等问题。

2、经检索，cn121378922a公开了一种复合型阻燃电缆材料，采用聚乙烯为基体，添加包覆磷氮阻燃剂和复合填料，阻燃效果有所提升，但其仅涉及护套层材料，未涉及双层结构设计。cn109161207a公开了一种电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料，以硅橡胶为基体，适用于高温环境，但其材料体系与本发明的聚烯烃体系不同，且未涉及双绞型导体和双层结构。cn118983137a公开了一种b1级无卤低烟阻燃特种电缆，具有多层结构并包含双绞型控制线芯，但其“双层”主要指阻燃填充绳的双层硬度结构，而非本发明所定义的包覆在导体外部的双层绝缘层和双层护套层。现有技术中尚未见将复合型双层绝缘层与复合型双层护套层协同应用于双绞型电缆，并通过无机功能性填料与有机阻燃剂的梯度复配实现阻燃、抑烟、绝缘、力学性能协同提升的技术方案。

技术实现思路

1、（一）本发明的目的

2、本发明的目的在于克服现有低烟无卤阻燃电缆中阻燃剂添加量大导致力学性能下降、单一阻燃体系阻燃效率有限、缺乏多层协同阻燃结构设计等缺陷，提供一种复合型双层低烟无卤阻燃型双绞型电缆及其制备方法。通过双层绝缘层与双层护套层的梯度阻燃设计，结合无机纳米阻燃填料与有机磷氮阻燃剂的协同复配，以及功能性填料的引入，实现电缆阻燃性能、抑烟性能、电气绝缘性能和力学性能的同步提升。

3、（二）技术方案

4、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

5、一种复合型双层低烟无卤阻燃型双绞型电缆，包括：

6、至少一对相互绞合的双绞型导体，以及依次包覆在所述双绞型导体外部的复合型双层绝缘层和复合型双层护套层；

7、所述复合型双层绝缘层包括内绝缘层和外绝缘层，所述内绝缘层包覆在所述双绞型导体外部，所述外绝缘层包覆在所述内绝缘层外部；

8、所述复合型双层护套层包括内护套层和外护套层，所述内护套层包覆在所述外绝缘层外部，所述外护套层包覆在所述内护套层外部。

9、优选的，以重量份计：其中，所述内绝缘层包括：聚乙烯树脂60-80份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10-20份、经硅烷偶联剂改性处理的纳米氢氧化镁15-25份、经硅烷偶联剂改性处理的纳米氢氧化铝10-20份、马来酸酐接枝聚乙烯5-10份、抗氧剂0.5-2份；所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为va含量12-24%的eva树脂或50~70%va含量的evm树脂；

10、优选的，所述外绝缘层包括：聚乙烯树脂50-70份、聚烯烃弹性体15-25份、经表面包覆处理的磷氮复合阻燃剂12-20份、相容剂3-8份、润滑剂0.5-1.5份；所述相容剂为pp-mah、pe-mah、poe-mah中的一种或多种，其熔指为0.2~6g/10min；

11、优选的，所述内护套层包括：无卤阻燃聚烯烃树脂60-80份、功能性填料8-15份、偶联剂1-3份、抗氧剂1-2份、润滑剂0.5-1份；

12、优选的，所述外护套层包括：交联型低烟无卤阻燃聚烯烃70-90份、无机阻燃填料10-20份、交联剂1-3份、抗氧剂0.5-1.5份。

13、优选的，所述经硅烷偶联剂改性处理的纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铝的制备方法包括：将纳米氢氧化镁或纳米氢氧化铝加入无水乙醇中超声分散15-30min，加入占纳米氢氧化镁或纳米氢氧化铝质量1%-5%的硅烷偶联剂kh550，在50-70℃下搅拌反应2-4h，过滤（真空抽滤），（无水乙醇）洗涤，-0.09mpa~-0.1mpa真空干燥3-4h（60-80℃），得到改性处理的纳米氢氧化镁或纳米氢氧化铝；所述纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铝的粒径均为30-100nm；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂bht、抗氧剂1024、抗氧剂dltp中的一种或多种；所述润滑剂为硅酮且聚硅氧烷含量不低于50%，或酰胺类、硬脂酸盐中的一种或多种；所述无机阻燃填料为纳米氢氧化镁或纳米氢氧化铝；所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯中的一种或多种。

14、优选的，所述经表面包覆处理的磷氮复合阻燃剂的制备方法包括：将聚磷酸铵与三聚氰胺氰尿酸盐按质量比(2-4):1混合得到磷氮复合阻燃剂基体；将占磷氮复合阻燃剂基体质量2%-6%的硅烷偶联剂kh560与无水乙醇混合，加入磷氮复合阻燃剂基体超声分散20-40min，过滤，干燥，得到经表面包覆处理的磷氮复合阻燃剂；所述磷氮复合阻燃剂的平均粒径为1-10μm，包覆率≥85%，包覆层厚度10-100nm；所述聚磷酸铵的重均分子量为2000-5000。

15、优选的，所述功能性填料为炭黑、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米三氧化钼按质量比(1-2):(1-3):(0.5-1.5):(0.5-1)复配而成（物理共混复配）；所述功能性填料的平均粒径为20-100nm。

16、优选的，所述双绞型导体的绞合节距比为8-14，绞合方向为左向或右向；所述双绞型导体由多股直径为0.1-0.5mm的退火铜丝束绞后对绞而成。

17、优选的，所述内绝缘层的厚度为0.3-0.8mm，所述外绝缘层的厚度为0.2-0.6mm，所述内护套层的厚度为0.5-1.0mm，所述外护套层的厚度为0.8-1.5mm。

18、本发明还公布了所述复合型双层低烟无卤阻燃型双绞型电缆的制备方法，包括以下步骤：

19、s1：将双绞型导体进行预热处理，预热温度为80-120℃，预热时间为5-15min；

20、s2：将经步骤s1预热后的双绞型导体通过第一挤出机，在导体外壁挤出内绝缘层材料，形成内绝缘层，挤出温度为150-190℃，挤出速度为5-15m/min，水冷定型，牵引张力50-100n；

21、s3：将经步骤s2包覆有内绝缘层的双绞型导体通过第二挤出机，在内绝缘层外壁挤出外绝缘层材料，形成外绝缘层，挤出温度为160-200℃，挤出速度为5-15m/min，得到复合型双层绝缘双绞型导体；

22、s4：将至少一对步骤s3制得的复合型双层绝缘双绞型导体进行成缆绞合，绞合节距比为10-20，采用无卤阻燃填充绳填充、无纺布绕包，填充绳填充至成缆圆整，无纺布绕包重叠率20%-30%；

23、s5：将步骤s4成缆后的线缆通过第三挤出机，在外绝缘层外壁挤出内护套层材料，形成内护套层，挤出温度为150-185℃，挤出速度为5-12m/min；

24、s6：将步骤s5包覆有内护套层的线缆通过第四挤出机，在内护套层外壁挤出外护套层材料，形成外护套层，挤出温度为160-195℃，挤出速度为5-12m/min；

25、s7：将步骤s6得到的电缆进行电子束辐照交联处理，辐照剂量为80-160kgy，辐照电压为1.0-2.5mev，束流5-20ma，线速5-20m/min，辐照1次，使外护套层发生交联，得到复合型双层低烟无卤阻燃型双绞型电缆。

26、优选的，所述步骤s2中内绝缘层材料的制备方法包括：按重量份将聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、经硅烷偶联剂改性处理的纳米氢氧化镁、经硅烷偶联剂改性处理的纳米氢氧化铝、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂加入高速混合机中，在80-120℃下以800-1500r/min混合10-25min，然后通过双螺杆挤出机熔融共混造粒，挤出温度为160-200℃，得到内绝缘层材料；

27、优选的，按重量份将聚乙烯树脂、聚烯烃弹性体、经表面包覆处理的磷氮复合阻燃剂、相容剂、润滑剂加入高速混合机中，在70-110℃下以800-1500r/min混合10-25min，然后通过双螺杆挤出机熔融共混造粒，挤出温度为150-190℃，得到外绝缘层材料。

28、优选的，所述步骤s5中内护套层材料的制备方法包括：按重量份将无卤阻燃聚烯烃树脂、功能性填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂加入高速混合机中，在90-130℃下以800-1500r/min混合15-30min，然后通过双螺杆挤出机熔融共混造粒，挤出温度为160-200℃，得到内护套层材料；所述步骤s6中外护套层材料的制备方法包括：按重量份将交联型低烟无卤阻燃聚烯烃、无机阻燃填料、交联剂、抗氧剂加入高速混合机中，在80-120℃下以800-1500r/min混合10-20min，然后通过双螺杆挤出机熔融共混造粒，挤出温度为150-190℃，得到外护套层材料

29、（三）发明点撰写思路

30、1.双层绝缘层与双层护套层的梯度阻燃结构设计。本发明将复合型双层绝缘层和复合型双层护套层同时应用于双绞型电缆，形成了四层梯度阻燃结构。内绝缘层采用纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铝复配的无机阻燃体系，利用其受热分解吸热并释放水蒸气的机理实现早期阻燃和抑烟；外绝缘层采用磷氮复合阻燃剂，通过磷-氮协同作用在燃烧时形成致密膨胀炭层，隔绝氧气和热量传递；内护套层引入功能性填料（如纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米三氧化钼），不仅起到阻燃协效作用，还能吸附燃烧产生的烟雾颗粒，抑制有害气体释放；外护套层采用辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃，进一步提高耐热性和机械强度。这种从内到外的梯度阻燃设计，使得电缆在不同燃烧阶段均能发挥阻燃作用，提升了整体阻燃抑烟性能。

31、2.无机纳米阻燃填料与有机磷氮阻燃剂的协同复配。本发明在内绝缘层中采用经硅烷偶联剂改性处理的纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铝复配阻燃剂，利用两种无机阻燃填料的协同效应—氢氧化镁的分解温度较高（约340℃），氢氧化铝的分解温度较低（约200℃），二者复配可在更宽的温度范围内持续发挥吸热阻燃作用。同时，硅烷偶联剂改性处理显著改善了无机纳米粒子与聚烯烃基体的相容性，避免了传统无机阻燃填料高添加量导致的力学性能下降问题。外绝缘层中的磷氮复合阻燃剂（聚磷酸铵/三聚氰胺氰尿酸盐）经表面包覆处理后，分散性提高，在燃烧时形成致密膨胀炭层，与内绝缘层的无机阻燃体系形成“内外协同、固气相并重”的阻燃网络。

32、3.功能性填料的引入及其多重功效。本发明在内护套层中引入了由炭黑、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米三氧化钼复配而成的功能性填料。该功能性填料不仅起到阻燃协同作用—纳米氧化锌和三氧化钼可催化聚合物成炭、抑制烟雾释放，还兼具抗老化、抗菌、抗紫外线等多重功效。炭黑和纳米二氧化钛可吸附部分烟雾颗粒，进一步降低燃烧时的烟密度。功能性填料的平均粒径控制在20-100nm，经偶联剂处理后可在基体中均匀分散，在低添加量下实现高效功能。

33、4.辐照交联技术与双层护套的协同增强。本发明在外护套层中采用交联型低烟无卤阻燃聚烯烃，并通过电子束辐照交联处理，使外护套层形成三维网络结构，显著提高了护套层的耐热性、耐环境应力开裂性和机械强度。同时，内护套层未经交联处理，保持了良好的柔韧性和加工性，形成“内柔外刚”的护套结构，既保证了电缆的柔软便于安装，又确保了高温环境下的尺寸稳定性和阻燃完整性。

34、（四）作用机理

35、本发明的阻燃协同机理如下：当电缆遭遇火源时，首先外护套层的辐照交联聚烯烃形成致密的保护层，延缓火焰向内蔓延；随着温度升高，内护套层中的功能性填料（纳米氧化锌、三氧化钼）催化聚合物成炭，炭黑和纳米二氧化钛吸附烟雾颗粒，抑制黑烟释放；温度继续升高至200-340℃时，内绝缘层中的纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁相继分解，吸收大量热量并释放水蒸气，稀释可燃气体浓度，同时生成的氧化铝和氧化镁形成隔热屏障；当温度进一步升高时，外绝缘层中的磷氮复合阻燃剂发生磷-氮协同反应，聚磷酸铵分解生成聚磷酸，催化聚合物脱水成炭，三聚氰胺氰尿酸盐分解释放不燃气体，使炭层膨胀形成致密的蜂窝状炭层，有效隔绝氧气和热量传递。四层阻燃结构在不同温度区间协同发挥作用，实现了“降温-隔氧-成炭-抑烟”的立体阻燃效果。

36、本发明有益技术效果

37、1.阻燃抑烟性能显著提升。本发明通过双层绝缘与双层护套的梯度阻燃设计，结合无机纳米阻燃填料与有机磷氮阻燃剂的协同复配，电缆的氧指数可达33%以上，超国家标准29%的要求；卤酸气体释放量较低，符合标准；烟密度等级显著低于传统阻燃电缆，燃烧时烟雾稀薄，有利于人员疏散和消防救援。

38、2.电气绝缘性能优异。本发明电缆在20℃时的体积电阻率可达5.5×1013ω·m以上，介电强度可达27mv/m以上，满足高压输电和信号传输的要求。双层绝缘层的设计进一步提高了绝缘可靠性，即使一层绝缘受损，另一层仍能保证电气安全。

39、3.力学性能与加工性能良好。本发明通过硅烷偶联剂改性处理无机纳米阻燃填料，显著改善了填料与聚烯烃基体的相容性，避免了传统高填充阻燃体系导致的拉伸强度和断裂伸长率下降问题。电缆的拉伸强度可达16-18mpa，断裂伸长率可达240-260%，老化后拉伸强度保留率与老化后断裂伸长保留率均≥70%，表现出优异的力学性能和抗老化性能。

40、4.环境友好与生物安全性高。本发明电缆材料不含卤素，燃烧时释放的气体无毒无腐蚀性，毒性指数最低为0.8，燃烧气体ph值5.6-5.9，符合环保和安全要求，适用于地铁、商场、医院、数据中心等人员密集场所。