一种用于采煤机的光电复合电缆的制作方法

1.本发明涉及光电电缆技术领域，尤其涉及一种用于采煤机的光电复合电缆。


背景技术：

2.随着中国经济的持续快速发展，电线电缆已广泛应用于各个行业领域，是国内仅次于汽车行业的第二大行业，但普通电线电缆在不同的环境使用过程中，由于与其它物体摩擦碰撞或侵蚀，导致电缆橡胶表面被破坏或失去原有的性能，尤其是在长期潮湿、地质条件复杂的采煤矿井下使用，其耐磨碰撞、耐温度、耐介质、耐老化、阻燃性能达不到需求，频繁发生电气事故。电气火灾事故的频繁发生，电线电缆的阻燃问题逐渐引起世界各国的重视；电缆燃烧时释放出大量烟雾和有毒的、腐蚀性的气体是火灾中危险因素，在火灾中妨碍了人们的安全撤离和灭火工作，使生命财产遭到严重损失。
3.另外随着国家对采煤业安全要求的进一步提高，对煤矿用电线电缆的质量将越来越高。煤矿中的煤碳是可燃物，且许多煤矿存在瓦斯，因此容易发生瓦斯爆炸或者火灾，进而将电缆烧毁，造成火灾危险等级升高，电缆烧穿后还有可能引发触电危险，对煤矿带来不可预期的严重后果，且增加了救援难度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于采煤机的光电复合电缆，设置了阻燃外护套，对阻燃外护套的原料进行改进，具有优异的阻燃性能。
5.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
6.一种用于采煤机的光电复合电缆，所述复合电缆由内到外依次包括缆芯、编织屏蔽层、内保护层和阻燃外护套；所述阻燃外护套包括以下重量份原料：30-50份聚苯乙烯、2-5份氧化锌、5-8份白炭黑、1-3份硬脂酸、5-10份氧化镁、3-4份防老剂、4-6份促进剂、10-15 份阻燃剂、5-7份硅烷偶联剂。
7.进一步，所述阻燃剂包含以下原料：不饱和聚酯、纳米氧化锆、改性聚磷酸铵、改性淀粉。
8.进一步，所述不饱和聚酯、纳米氧化锆、改性聚磷酸铵、改性淀粉的质量比为1: (0.3-0.5):(1-1.5):(1.2-1.5)。
9.进一步，所述改性聚磷酸铵是以聚磷酸铵为核，经过三聚氰胺包裹改性制得。
10.不饱和聚酯和保护层的基体材料聚苯乙烯具有较好的相容性，通过不饱和聚酯的加入能够改善阻燃剂中其它原料和基体材料的相容性，使得阻燃剂能够更好的分散在基体材料中；纳米氧化锆具有高熔点、在高温时保持化学性质稳定的性质，能在高温时保证防火阻燃护套层的性质稳定，提高了防火阻燃护套层的耐热性，提升了电缆的防火阻燃效果；聚磷酸铵为常用的阻燃剂，但是吸湿性较强，在使用的过程中，容易因为吸潮而出现失效的情况，本发明的改性聚磷酸铵，使用三聚氰胺对聚磷酸铵的表面进行包裹，然后使用偶联剂将三聚氰胺与聚磷酸铵连接起来，提高三聚氰胺与聚磷酸铵之间的键合，改善聚磷酸铵的吸
湿性，能够在一定程度上减少阻燃剂失效，电缆的阻燃效果降低的情况，另一方面，三聚氰胺属于三嗪类含氮杂环有机化合物，容易发生迁移，通过聚磷酸铵也能对三聚氰胺起到一定的限位固定作用，当聚磷酸铵受热分解释放出氨能够及时的和三聚氰胺反应，使得聚磷酸铵和三聚氰胺能够更好的相互作用，进而在一定程度上提高阻燃效果。
11.进一步，所述改性聚磷酸铵的制备方法为：
12.所述改性聚磷酸铵的制备方法为：
13.s1：在常温下，将聚磷酸铵搅拌溶解于酒精溶液中；
14.s2：加入三聚氰胺，搅拌30-40min后，加入甲醛溶液，温度升高至40-45℃，加入碳酸钠调节ph为5～6，搅拌反应60-80min，得到反应液；
15.s3：将反应液旋转蒸干，得到残余物烘干、粉碎，得到三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵；
16.s4：将得到的三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵溶解于乙醇中，加入十六烷基苄基二甲基氯化铵，在温度为40-45℃条件下，保温反应5-6h后，于80-85℃温度下烘干，得到改性聚磷酸铵。
17.进一步，所述改性淀粉为磷酸三丁酯接枝淀粉。
18.本发明的改性淀粉，将磷酸三丁酯作为接枝单体，首先磷酸三丁酯是一种良好的增塑剂，其的使用能够提高基体材料的韧性，但是磷酸三丁酯会对阻燃剂的不饱和聚酯具有阻聚效果，影响阻燃剂的使用，因此本发明将其接枝到淀粉表面后，一方面，磷酸三丁酯能够提高淀粉的热稳定性，增加阻燃剂的阻燃效果，另一方面，淀粉表面的大分子支链与磷酸三丁酯的支链结合，能够降低磷酸三丁酯的阻聚效果。
19.进一步，所述改性淀粉的制备方法为：
20.a1：分别称取三聚磷酸钠、尿素搅拌溶解于水中，加热至50-55℃，加入淀粉，搅拌混匀后，再加入磷酸调节ph值至5.6-6，自然冷却至室温后，继续搅拌15-20min，得到混合反应物；
21.a2：将混合反应物旋转蒸干至含水量为5-10％，然后于温度为120-125℃条件下保温加热1-1.5h；
22.a3：加热结束后，使用蒸馏水进行洗涤，并进行烘干，得到中间产物；
23.a4：将中间产物加入去离子水中，水浴加热至80-85℃，在氮气气氛下搅拌30-40min，得到混合液；
24.a5：向混合液中加入亚硫酸氢钠、过硫酸钾和丙烯酸三丁酯，在氮气气氛下保温反应 3-4h；
25.a6：反应结束后，过滤，使用酒精溶液和丙酮先后对滤饼进行洗涤，并在110-120℃下干燥至恒重，冷却至室温后，得到改性淀粉。
26.进一步，所述三聚磷酸钠、尿素、淀粉、丙烯酸三丁酯的质量比为 1:(0.8-1.2):(20-22):(6-8)。
27.进一步，所述阻燃剂的制备方法为：按照比例分别称取不饱和聚酯、纳米氧化锆、改性聚磷酸铵、改性淀粉，将改性聚磷酸铵和改性淀粉加入搅拌机中搅拌混匀得到混合粉末，将混合粉末等分为三份，将一份混合粉末加入不饱和树脂中，在500-600r/min搅拌速度下搅拌混合15-20min，加入第二份混合粉末，保持温度在35-40℃，在600-700r/min搅拌速度下搅拌混合20-30min，加入剩下的混合粉末，保持温度在35-40℃，在750-800r/min搅拌
速度下搅拌混合20-30min，加入纳米氧化锆，持续搅拌混合1-2h。
28.综上所述，本技术具有以下有益效果：
29.本发明中的光电复合线缆，设置了阻燃外护套，其原料中添加的阻燃剂，不饱和聚酯能够提高阻燃剂中的原料和基体材料之间的相容性，同时利用改性淀粉中的淀粉作为炭源，改性聚磷酸铵中的三聚氰胺为作为发泡源，聚磷酸铵和改性淀粉中的磷酸三丁酯作为酸源，原料之间相互协同作用，具有良好的阻燃效果，且不含卤素，绿色环保。
具体实施方式
30.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例一
32.改性聚磷酸铵的制备方法
33.在常温下，将100g聚磷酸铵搅拌溶解到800ml体积浓度为30％的酒精溶液中，加入三聚氰胺40g，搅拌30min后，加入体积浓度为30％的甲醛溶液，温度升高至40℃，加入碳酸钠调节ph为5～6，搅拌反应60min，得到反应液；将反应液旋转蒸干，得到残余物烘干、粉碎，得到三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵；将得到的三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵溶解在500ml无水乙醇中，加入15g十六烷基苄基二甲基氯化铵，在温度为40℃条件下，保温反应5h后，于80℃温度下烘干，得到改性聚磷酸铵。
34.改性淀粉的制备方法
35.分别称取50g三聚磷酸钠、30g尿素溶于水中，加热至50℃，加入1000g淀粉，搅拌混匀后，加入磷酸调节ph值为5.6-6，自然冷却至室温，并搅拌15min，得到混合反应物；将混合反应物旋转蒸干至含水量为5％，然后于温度为120℃条件下保温加热1h；加热结束后，使用蒸馏水进行洗涤，并进行烘干，得到中间产物；将中间产物搅拌加入5l去离子水中，水浴加热至80℃，在氮气气氛下搅拌30min，得到混合液；向混合液中加入15g亚硫酸氢钠、 10g过硫酸钾和300g丙烯酸三丁酯，在氮气气氛下保温反应3h；反应结束后，过滤，使用体积浓度为70％的酒精溶液和丙酮先后对滤饼进行洗涤，并在115℃下干燥至恒重，冷却至室温后，得到改性淀粉。
36.阻燃剂的制备
37.按照比例分别称取100g不饱和聚酯、50g纳米氧化锆、100g改性聚磷酸铵、120g改性淀粉，将改性聚磷酸铵和改性淀粉加入搅拌机中搅拌混匀得到混合粉末，将混合粉末等分为三份，将一份混合粉末加入不饱和树脂中，在550r/min搅拌速度下搅拌混合20min，加入第二份混合粉末，保持温度在35℃，在650r/min搅拌速度下搅拌混合20min，加入剩下的混合粉末，保持温度在35℃，在750r/min搅拌速度下搅拌混合25min，加入纳米氧化锆，持续搅拌混合2h。
38.复合电缆的制备方法为：
39.外护套原料的制备:将30份聚苯乙烯、2份氧化锌、5份白炭黑、1份硬脂酸、10份氧化镁、3份防老剂、5份促进剂、15份阻燃剂、5份硅烷偶联剂混合均匀，在180℃、常压下搅拌
反应4h，升温至240℃，在0.09-0.095mpa压力下继续搅拌反应1.5h，制得阻燃外护套料。
40.按照常规的现有的方法制备得到缆芯，在缆芯外编织得到编织屏蔽层，然后在编织屏蔽层外挤包得到内保护层，将制备得到的外护套料采用现有工艺挤包到内保护层外形成阻燃外护套，得到光电复合电缆。
41.实施例二
42.改性聚磷酸铵的制备方法
43.在常温下，将100g聚磷酸铵搅拌溶解到800ml体积浓度为30％的酒精溶液中，加入三聚氰胺40g，搅拌40min后，加入体积浓度为30％的甲醛溶液，温度升高至45℃，加入碳酸钠调节ph为5～6，搅拌反应80min，得到反应液；将反应液旋转蒸干，得到残余物烘干、粉碎，得到三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵；将得到的三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵溶解在500ml无水乙醇中，加入15g十六烷基苄基二甲基氯化铵，在温度为5℃条件下，保温反应6h后，于85℃温度下烘干，得到改性聚磷酸铵。
44.改性淀粉的制备方法
45.分别称取50g三聚磷酸钠、50g尿素溶于水中，加热至50℃，加入1050g淀粉，搅拌混匀后，加入磷酸调节ph值为5.6-6，自然冷却至室温，并搅拌15min，得到混合反应物；将混合反应物旋转蒸干至含水量为5％，然后于温度为125℃条件下保温加热1h；加热结束后，使用蒸馏水进行洗涤，并进行烘干，得到中间产物；将中间产物搅拌加入5l去离子水中，水浴加热至80℃，在氮气气氛下搅拌40min，得到混合液；向混合液中加入亚15g硫酸氢钠、 10g过硫酸钾和400g丙烯酸三丁酯，在氮气气氛下保温反应3h；反应结束后，过滤，使用体积浓度70％的酒精溶液和丙酮先后对滤饼进行洗涤，并在110℃下干燥至恒重，冷却至室温后，得到改性淀粉。
46.阻燃剂的制备
47.按照比例分别称取100g不饱和聚酯、40g纳米氧化锆、150g改性聚磷酸铵、140g改性淀粉，将改性聚磷酸铵和改性淀粉加入搅拌机中搅拌混匀得到混合粉末，将混合粉末等分为三份，将一份混合粉末加入不饱和树脂中，在500r/min搅拌速度下搅拌混合15min，加入第二份混合粉末，保持温度在40℃，在600r/min搅拌速度下搅拌混合30min，加入剩下的混合粉末，保持温度在35℃，在750r/min搅拌速度下搅拌混合30min，加入纳米氧化锆，持续搅拌混合1h。
48.复合电缆的制备方法为：
49.外护套原料的制备:将40份聚苯乙烯、5份氧化锌、8份白炭黑、3份硬脂酸、5份氧化镁、4份防老剂、4份促进剂、12份阻燃剂、6份硅烷偶联剂混合均匀，在180℃、常压下搅拌反应4h，升温至240℃，在0.09-0.095mpa压力下继续搅拌反应1.5h，制得阻燃外护套料。
50.按照常规的现有的方法制备得到缆芯，在缆芯外编织得到编织屏蔽层，然后在编织屏蔽层外挤包得到内保护层，将制备得到的外护套料采用现有工艺挤包到内保护层外形成阻燃外护套，得到光电复合电缆。
51.实施例三
52.改性聚磷酸铵的制备方法
53.在常温下，将100g聚磷酸铵搅拌溶解到800ml体积浓度为30％的酒精溶液中，加入三聚氰胺40g，搅拌30min后，加入体积浓度为30％的甲醛溶液，温度升高至40℃，加入碳酸
钠调节ph为5～6，搅拌反应70min，得到反应液；将反应液旋转蒸干，得到残余物烘干、粉碎，得到三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵；将得到的三聚氰胺甲醛-聚磷酸铵溶解在500ml无水乙醇中，加入15g十六烷基苄基二甲基氯化铵，在温度为40℃条件下，保温反应5h后，于80℃温度下烘干，得到改性聚磷酸铵。
54.改性淀粉的制备方法
55.分别称取50g三聚磷酸钠、60g尿素溶于水中，加热至50℃，加入1100g淀粉，搅拌混匀后，加入磷酸调节ph值为5.6-6，自然冷却至室温，并搅拌15min，得到混合反应物；将混合反应物旋转蒸干至含水量为5％，然后于温度为120℃条件下保温加热1.5h；加热结束后，使用蒸馏水进行洗涤，并进行烘干，得到中间产物；将中间产物搅拌加入5l去离子水中，水浴加热至85℃，在氮气气氛下搅拌35min，得到混合液；向混合液中加入15g亚硫酸氢钠、 10g过硫酸钾和350g丙烯酸三丁酯，在氮气气氛下保温反应3h；反应结束后，过滤，使用体积浓度为70％的酒精溶液和丙酮先后对滤饼进行洗涤，并在120℃下干燥至恒重，冷却至室温后，得到改性淀粉。
56.阻燃剂的制备
57.按照比例分别称取100g不饱和聚酯、30g纳米氧化锆、120g改性聚磷酸铵、150g改性淀粉，将改性聚磷酸铵和改性淀粉加入搅拌机中搅拌混匀得到混合粉末，将混合粉末等分为三份，将一份混合粉末加入不饱和树脂中，在600r/min搅拌速度下搅拌混合15min，加入第二份混合粉末，保持温度在40℃，在700r/min搅拌速度下搅拌混合25min，加入剩下的混合粉末，保持温度在40℃，在800r/min搅拌速度下搅拌混合20min，加入纳米氧化锆，持续搅拌混合1.5h。
58.复合电缆的制备方法为：
59.外护套原料的制备:将50份聚苯乙烯、3份氧化锌、6份白炭黑、2份硬脂酸、8份氧化镁、3份防老剂、6份促进剂、10份阻燃剂、7份硅烷偶联剂混合均匀，在180℃、常压下搅拌反应4h，升温至240℃，在0.09-0.095mpa压力下继续搅拌反应1.5h，制得阻燃外护套料。
60.按照常规的现有的方法制备得到缆芯，在缆芯外编织得到编织屏蔽层，然后在编织屏蔽层外挤包得到内保护层，将制备得到的外护套料采用现有工艺挤包到内保护层外形成阻燃外护套，得到光电复合电缆。
61.对于本发明实施例1-3的采煤机的光电复合电缆按照垂直燃烧测试标准ul94-2015，利用zlt-ul94垂直燃烧测试仪进行测试阻燃性能；耐火性能的测试条件：在950
±
40℃的实验环境下，供火180min，检测测试先后的线路变化和线路完整性。本发明的采煤机的光电复合电缆耐火性能指标见表1。
[0062] 阻燃性能耐火性能测试实施例一fv-0受热180℃后，线路保持完整，符合要求实施例二fv-0受热180℃后，线路保持完整，符合要求实施例三fv-0受热180℃后，线路保持完整，符合要求
[0063]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。