一种柔性矿物质绝缘电缆及其制造工艺的制作方法

1.本发明属于电缆制造领域，具体涉及一种柔性矿物质绝缘电缆及其制造工艺。


背景技术：

2.现代社会高速发展的今天，人身安全、财产安全受到国家和社会越来越广泛的关注。建筑物作为人类学习、工作和生活的主要载体，朝向建筑面积越来越大、人口聚集度越来越高的趋势发展，因此建筑物消防安全直接影响人身安全和财产安全，电缆的防火性能则是消防中最为重要的环节。在防火性能电缆的发展史上，依次出现了普通耐火电缆和矿物绝缘电缆，后者又依次出现了刚性矿物绝缘电缆和柔性防火电缆等产品。
3.矿物绝缘电缆又可以称为无机型耐火电缆或 mi电缆（mineral insulated cable）。具有良好的导电性能、机械物理性能、耐火性能，在火灾条件下能够保证火灾延续时间内的消防用电，无毒、不延燃、不产生烟雾。
4.矿物绝缘电缆，包含刚性矿物绝缘电缆和柔性防火电缆等，相比常规电缆有诸多优势。
5.（1）线路安全可靠性高矿物绝缘电缆具有较好的阻燃性能，即使电路发生短路也不会引起火灾，即使发生火灾也可以保持电路的供电性能。当电路的外界供电环境温度超过 950℃的时候，系统依然能够保持 180min 的供电，如果触发了灭火器，矿物绝缘电缆还能够耐受淋水，也不会因为外界重物撞击导致矿物绝缘电缆失去应用价值。
6.其他耐火电缆性能不如矿物绝缘电缆，虽然能符合国家要求，比如当电路的外界供电环境温度超过 50℃的时候，系统依然能够保持 90min 的供电，但是却无法耐受淋水，更不能忍受外界重物。为了能够让电缆材料具备上述两个功能（耐受淋水和抵御重物打击），需要在电缆材料外表面设置防护装置，比如说设置金属管，或者是设置密封桥架等，但是因为这两种材料都不具有防火性能，还容易传导热量，因此必须要在该两种材料外表面涂刷防火涂料。涂刷防火材料这一过程又受到很多因素的限制，难以保证涂刷防火材料的质量，如果涂刷的防火材料质量低，过厚或过薄，都会影响到防火材料的防火效果，因此必须要每隔2到3年检查一遍防火材料，重新涂刷防火材料，否则很容易因为疏忽导致意外。
7.（2）燃烧时低烟雾与毒气当处于火灾中，矿物绝缘电缆火烧过程一般不会产生大量烟雾，也不会释放毒气，聚氯乙烯绝缘电缆却会在火灾的燃烧中释放出大量烟雾和毒气。聚氯乙烯绝缘电缆虽然只有少量卤素，在燃烧中释放的毒气含量很低，但是排放的烟雾量却很大。因此，在人员密集场所搭建电缆的时候，矿物绝缘电缆能够较好的避免火灾附加产生的二次灾害，较好的保护火灾中的人们。
8.（3）具有良好的经济性在建筑行业，不同的电缆可以使用的铺设方式也是不同的，一般来说，电缆铺设方式主要有以下几种：
矿物绝缘电缆只需要明敷，不需要在外设置防护装置。 耐火电缆外表面需要设有金属管等防护层，或者将其铺设在防火桥架内。 普通电缆需要放置在金属管中，同时还需要在金属管外表面涂上保护层，还需要保证保护层的厚度超过 30mm，这样才能够有效防止短路现象。
9.在铺设电缆的时候，我们不能只看电缆的安全性如何，还需要比较这些铺设方式的经济成本。 在铺设耐火电缆的时候，需要将耐火电缆铺设在金属管内部，或外表面需要密封金属线槽，但是这种铺设方法难以保证有效散热，会影响到体系的载流量。矿物绝缘电缆在铺设的时候不需要这么多步骤，因此也不存在线路散热性的困扰。
10.当外界体系的载流量相同的时候，矿物绝缘电缆的外径更小，要比其他类型的电缆小很多。因此该种电缆的重量也要轻盈一些，在铺设矿物绝缘电缆的时候，不需要占用过多空间，施工过程也更加简单。
11.矿物绝缘电缆在国外早已经引起了学者们的注意，19 世纪末，瑞士最先发明了矿物绝缘电缆，在这之后，英国和法国两个国家也开始研究矿物绝缘电缆，并将其应用在工厂生产中。1970 年之后，矿物绝缘电缆的应用规模越来越广，整个世界已经达到了 50000km 以上的长度。
12.因为矿物绝缘电缆要比其它材料的电缆性能更优越，因此成为了一些发达工业国家的新宠，比如说英国、美国这些国家，都有工厂在大批量生产矿物绝缘电缆。为了保证生产安全，国家规定在某些特殊场所必须要使用矿物绝缘电缆，而矿物绝缘电缆也适合应用在一些条件极为极端的场合或者应用在安全性较高的场合。
13.我国研究矿物绝缘电缆的时间较晚，直到 1968 年，我国才开始从国外引入矿物绝缘电缆，并将其交给上海电缆研究所开展研究。直到 1990 年之后，我国才开始大批量生产矿物绝缘电缆，但是对于矿物绝缘电缆的使用来说，我国还没有较多经验。最近几年，因为火灾导致的事故越来越频繁，造成的财产损失也越来越多，我国为了提高电气线路安全线性，更为了遏制火灾事件发生，出台了一系列的电气设计规范，在规范中详细说明了在某些重要场所必须要使用矿物绝缘电缆，拓展了该种电缆的应用领域。因此，人们越来越认同矿物绝缘电缆，认为矿物绝缘电缆具有潜在应用价值，并将其应用在多种场所中。
14.我国关于矿物绝缘电缆的立法却不够完善，直到近些年，国家才制定了关于刚性矿物绝缘电缆的相关标准。除此之外，国家出台了 09d101-6《矿物绝缘电缆敷设》，用来规范氧化镁绝缘电缆安装。之后，住房和城乡建设部响应国家号召，颁布了相关行业标准。对于电缆的应用，国家也有设定明确防护标准，如《高层民用建设设计防火规范》gb 50045-95就是用来保护电缆铺设的有效标准。标准的出台意味着我国对矿物绝缘电缆的应用越来越广泛，但是当前国家还没有专门针对柔性防火电缆等产品制定相关标准，也没有对其专门设定安装图集。
15.按结构特性，矿物绝缘电缆(mineral insulated cable，简称mi电缆)可分为刚性和柔性两种。刚性矿物绝缘电缆(bttz电缆)具有优越的耐火性能，在火焰条件下不燃烧、不发烟、不释放气体，但很难实现规格50mm2及以上多芯电缆及长米数电缆的生产。由于刚性矿物绝缘电缆的硬度比普通电缆要高，重量约是普通电缆的2倍，敷设时不易达到平行整齐的效果，而且在线路长、接头多时，查找故障点较为困难，因此电缆的施工、维护难度较大。
16.柔性矿物绝缘电缆采用常规电力电缆的加工工艺，可以实现多芯及大截面电缆的
生产，避免了刚性矿物绝缘电缆的安装敷设问题，但电缆因部分采用有机绝缘及护套，在阻燃、烟密度、卤酸气体释放性能上与刚性矿物绝缘电缆有一定差距。
17.目前，在发达国家，特别是欧盟国家中,柔性矿物绝缘电缆(尤其是 b1级柔性矿物绝缘防火电缆)正逐步替代刚性矿物绝缘电缆。b1级柔性矿物绝缘防火电缆不仅在耐火、燃烧性能方面可与刚性矿物绝缘电缆媲美,而且在生产、安装敷设方面兼具柔性矿物绝缘电缆的优点。
18.氧化镁作为一种优质耐火材料，具有强度高、熔点高、性质稳定、绝缘性强等优点，因而被广泛应用于钢铁、化工、建筑等各工业领域中。
19.氧化镁是矿物绝缘电缆中常用的无机绝缘矿物。由于不含有机材料，因而其具有不易燃、无烟、无毒和耐火的特性。尤其，以氧化镁作为绝缘矿物电缆的防火、防爆、与阻燃性能极佳，在250℃温度下，可连续长时间运行，1000℃极限状态下也可进行30分钟内的短时间运行。
20.

技术实现要素：

21.通过对柔性矿物绝缘电缆的研究，申请人发现，氧化镁和高岭土按一定比例混合后，可以显著提高所得耐火材料的熔点，从而得到一种优良的耐高温，耐火材料。可以作为矿物绝缘电缆的无机填料，进一步增强电缆的耐火性能。
22.本技术首先公开一种复合无机矿物耐火材料，所述材料由氧化镁和高岭土按一定比例混合后，经过煅烧，粉碎获得。
23.所述复合无机矿物耐火材料中氧化镁和高岭土按质量比10-40:1混合。
24.所述复合无机矿物耐火材料中氧化镁和高岭土的粒度均为100目。
25.所述复合无机矿物耐火材料的制备工艺如下：1）将氧化镁和高岭土分别粉碎后按一定比例混合，掺入5%炭黑造孔剂（粒度为300目），混合均匀后，在800-1000℃下煅烧；2）将步骤1）所得煅烧产物冷却至室温后，粉碎，即得所述复合无机矿物耐火材料。
26.如步骤1）所述炭黑造孔剂在煅烧过程中被消耗，并不存在于最终产物中。
27.如步骤2）所述粉碎操作，粉碎粒度为100目。
28.所述复合高温耐火材和硅酸钠一定比例混合后，作为电缆的耐火材料，以常规挤包工艺包覆于电缆导体的绝缘层外，起到耐火和绝缘的作用。
29.本技术其次公开一种含有上述复合无机矿物耐火材料的柔性矿物绝缘电缆。所述电缆具有如下结构组成：导体1），绕包于导体1）外的主绝缘层2），挤包于主绝缘层2）外的复合无机矿物耐火材料3），挤包于复合无机矿物耐火材料3）外的辅绝缘层4），以及绕包于辅绝缘层4）外的玻璃布带5）和最外层的扎纹铜管护套6）组成。其结构如附图1所示。
30.所述导体1）为非紧压退火铜导体，其数目为2-5根。
31.所述主绝缘层2）材料为云母带；所述辅绝缘层4）材料为交联聚乙烯；本技术的有益效果：
本技术首次公开了一种复合无机矿物耐火材料，由氧化镁和高岭土按一定比例混合后，以特定工艺制备，与一定比例硅酸钠混合后，作为矿物绝缘电缆的耐火绝缘填充物，可以显著提高所得电缆的耐火性能。本技术进一步公开了包含此复合无机矿物耐火材料的柔性矿物绝缘电缆，其耐火性能远远优于仅以氧化镁或高岭土为耐火填充物等电缆。
32.附图说明：附图1：柔性矿物绝缘电缆横截面示意图。
具体实施方式
33.下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
34.实施例1：复合无机矿物耐火材料的制备处方：
组分配方1（w/w）配方2（w/w）配方3（w/w）配方4（w/w）配方5（w/w）配方6（w/w）配方7（w/w）配方8（w/w）氧化镁0100100100100100100100高岭土1000201053.52.52
35.制备工艺：1)将氧化镁和高岭土分别粉碎后,过100目筛，按上述处方质量比例混合，并掺入5%炭黑造孔剂（粒度为300目），混合均匀后，在800-1000℃下煅烧；2)将步骤1）所得煅烧产物冷却至室温后，粉碎，过100目筛，即得所述复合无机矿物耐火材料。
36.实施例2 包含实施例1所得复合无机矿物耐火材料的柔性矿物绝缘电缆的制备步骤1）导体1）采用非紧压退火铜导体，4根，导体截面积25mm2；步骤2）在导体1）外绕包云母带作为主绝缘层2），搭盖率60%；步骤3）实施例1所制备的各个配方（配方1-8）复合无机矿物耐火材料3）按质量比10:1混入硅酸钠，挤包于各个导体1)的云母带2）外，挤包厚度5mm；步骤4）步骤3）所得挤包了复合无机矿物耐火材料3）的4根导体1），并列，并在外部继续挤包复合无机矿物耐火材料3），挤包厚度5mm，步骤3和步骤4）挤包的耐火材料配方相同；步骤5）在步骤4）所得的并列四根导体外挤包辅绝缘层4）交联聚乙烯，厚度1mm；步骤6）在辅绝缘层外绕包玻璃布带5），搭盖率60%；步骤7）在玻璃布带层外套扎纹铜管护套6），厚度0.4mm。
37.所得电缆分别记为电缆1-8。
38.复合无机矿物耐火材料填充物在火焰燃烧条件下，可以形成一层致密的隔热层，既可防止火焰对内部绝缘层的损伤，保证绝缘线芯的完整性，也可杜绝缆芯内部可燃性气体的挥发，同时还能降低燃烧温度。
39.实施例3 电缆耐火性能检测（线路完整性检测）柔性矿物绝缘电缆作为防火电缆的一类，参照 bs 6387《在火灾情况下保持电路完好的电缆性能要求规范》作为检验标准，在其规定的完整性检测方法的条件下，检测实施例2所得各个电缆的耐火性能（检测结果以在不同条件下维持供电的时间表示，单位min）。
40.试验条件：试验电压0.6/1kv；耐火试验条件：电缆能够耐受950
±
40℃的高温环境，考察击穿时间（min）。
41.耐火喷水试验条件：电缆能够耐受650
±
40℃的高温环境，直接供火15min 后，用水喷淋，考察击穿时间（min）。
42.耐火振动试验条件：电缆能够耐受950℃的高温环境，同时在直接供火情况下，施加外界压力，考察击穿时间（min）。
试验条件标准（min）电缆1（min）电缆2（min）电缆3（min）电缆4（min）电缆5（min）电缆6（min）电缆7（min）电缆8（min）耐火试验180200200200250300400500200耐火喷水试验151020254045506020耐火振动试验15818223040485520
43.。
44.如上表数据所述，在单独应用氧化镁或者高岭土作为无机耐火材料填充电缆的情况下，依上述条件检测完整性，结果显示以高岭土为填充剂（电缆1）根本无法达到完整性标准要求，以氧化镁（电缆2）或氧化镁和高岭土复合无机矿物耐火材料为填充剂，可以满足完整性要求。在氧化镁和高岭土质量比为10:1(电缆4)和40:1（电缆7）的范围内，完整性维持时间显著优于其他配方电缆。
45.以上发明内容和实施例描述了本发明专利申请的基本原理和主要特征及本发明专利申请优点，本领域的技术人员应该了解，本发明专利申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明专利申请的最优的技术方案，在不脱离本发明专利申请精神和范围的前提下，本发明专利申请还会有各种变化和改进，即以本技术所述的质量比和工艺获得的氧化镁和高岭土复合无机矿物耐火材料作为电缆绝缘耐火填充材料，都落入要求保护的本发明专利申请范围内，本发明专利申请要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。