一种核岛防火电缆

《一种核岛防火电缆》涉及电缆技术领域，尤其涉及一种核岛防火电缆。

1.《一种核岛防火电缆》特征在于，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成。

2.根据权利要求1所述核岛防火电缆，其特征在于，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括:硅橡胶80-93份、酚醛树脂3-7.5份、苯并噁嗪树脂1-5.8份、白炭黑10-17份、硅灰石4-8份、云母17-26份、蒙脱土2-4.5份、氧化石墨烯3-8份、氧化硼1-4份、硫化剂1-1.5份、硅烷偶联剂0.6-1.3份、次磷酸铝5-12份、聚磷酸铵3-8份、微胶囊红磷2-6份、羟基硅油1-1.7份。

3.根据权利要求2所述核岛防火电缆，其特征在于，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的混合物，且甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为30-50:12-32。

4.根据权利要求2或3所述核岛防火电缆，其特征在于，所述白炭黑为改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工艺进行制备:将三聚氯氰与乙腈混合均匀，加入季戊四醇笼状磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮气的保护下调节温度为10-13℃，反应200-300分钟，然后加入丁香油酚，在40-50℃下反应8-10小时，后处理后得到物料A；以硅烷偶联剂KH-570为改性剂对白炭黑进行改性得到物料B；将物料A、物料B、苯乙烯和马来酸酐加入甲苯中，然后加入偶氮二异丁腈，在氮气的保护下升温至75-80℃后反应6-9小时，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

5.根据权利要求4所述核岛防火电缆，其特征在于，在改性白炭黑的制备过程中，三聚氯氰、季戊四醇笼状磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩尔比为1:0.6-0.9:2.2-2.8；硅烷偶联剂KH-570的重量为白炭黑重量的1.8-3.2wt％；物料A、物料B、苯乙烯、马来酸酐的重量比为4-9:60-80:4-8:1-3.5。

6.根据权利要求1-5中任一项所述核岛防火电缆，其特征在于，所述硅灰石为普通硅灰石和针状硅灰石的混合物，且普通硅灰石与针状硅灰石的重量比为2-9:1-3。

7.根据权利要求6所述核岛防火电缆，其特征在于，所述普通硅灰石的长径比为1-4:1，针状硅灰石的长径比为14-20:1。

8.根据权利要求1-7中任一项所述核岛防火电缆，其特征在于，所述硫化剂为硫化剂BIPB、硫化剂BP、硫化剂DCP中的一种或者多种的混合物。

9.根据权利要求1-8中任一项所述核岛防火电缆，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

核电具备清洁、安全、燃料消耗低等特点，非常符合电力发展的需求。核能发电是电能源的必然发展趋势。但是核电站具备较高的火灾危险性，在火灾发生之后，不仅会停电，还可能会造成放射性物质外泄引起环境污染及人员伤亡，尤其是放射性物质对环境的影响是漫长的，因此，核电站安全问题尤为重要。核岛是核电站安全壳内的核反应堆及与反应堆有关的各个系统的统称，其对所用电缆要求特别高，除了要求具有普通电缆的电气性能、机械性能外，还必须具备阻燃、耐辐射和优良的屏蔽性能，但是2019年7月以前，市场上电缆品种琳琅满目，性能各不相同，都无法满足核岛电缆阻燃性能的要求。

一种核岛防火电缆专利目的

《一种核岛防火电缆》采用了特定成分的陶瓷硅橡胶制备了隔离层，阻燃性好，防喷淋性能优异。

一种核岛防火电缆技术方案

《一种核岛防火电缆》包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成。优选地，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括：硅橡胶80-93份、酚醛树脂3-7.5份、苯并噁嗪树脂1-5.8份、白炭黑10-17份、硅灰石4-8份、云母17-26份、蒙脱土2-4.5份、氧化石墨烯3-8份、氧化硼1-4份、硫化剂1-1.5份、硅烷偶联剂0.6-1.3份、次磷酸铝5-12份、聚磷酸铵3-8份、微胶囊红磷2-6份、羟基硅油1-1.7份。优选地，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的混合物，且甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为30-50:12-32。优选地，所述白炭黑为改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工艺进行制备：将三聚氯氰与乙腈混合均匀，加入季戊四醇笼状磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮气的保护下调节温度为10-13℃，反应200-300分钟，然后加入丁香油酚，在40-50℃下反应8-10小时，后处理后得到物料A；以硅烷偶联剂KH-570为改性剂对白炭黑进行改性得到物料B；将物料A、物料B、苯乙烯和马来酸酐加入甲苯中，然后加入偶氮二异丁腈，在氮气的保护下升温至75-80℃后反应6-9小时，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。优选地，在改性白炭黑的制备过程中，三聚氯氰、季戊四醇笼状磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩尔比为1:0.6-0.9:2.2-2.8；硅烷偶联剂KH-570的重量为白炭黑重量的1.8-3.2wt％；物料A、物料B、苯乙烯、马来酸酐的重量比为4-9:60-80:4-8:1-3.5。优选地，所述硅灰石为普通硅灰石和针状硅灰石的混合物，且普通硅灰石与针状硅灰石的重量比为2-9:1-3。优选地，所述普通硅灰石的长径比为1-4:1，针状硅灰石的长径比为14-20:1。优选地，所述硫化剂为硫化剂BIPB、硫化剂BP、硫化剂DCP中的一种或者多种的混合物。优选地，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。该发明所述陶瓷硅橡胶可以由常规的陶瓷硅橡胶制备工艺制备而成。

一种核岛防火电缆改善效果

《一种核岛防火电缆》所述核岛防火电缆，其结构中添加了特定组成的陶瓷硅橡胶制备而成的隔离层，在火焰的烧蚀下，燃烧2-4分钟后其即开始烧结成坚硬的陶瓷状铠装壳体，这种坚硬的陶瓷状铠装壳体可以非常有效的阻挡火焰的继续燃烧，以及防止水的渗入，而且在被烧2分钟左右完全断烟，使所得电缆阻燃性好，满足了有喷淋情况下防火的要求，延长了电缆的使用寿命，使其使用寿命不小于60年；具体的陶瓷硅橡胶材料其原料中以硅橡胶为主料，同时配合添加了酚醛树脂、苯并噁嗪树脂与其配合，使所得材料抗高温氧化性好，阻燃性能优异，同时控制了酚醛树脂和苯并噁嗪树脂的用量，提高了材料的拉伸强度等力学性能；在改性白炭黑的制备过程中，首先以三聚氯氰与季戊四醇笼状磷酸酯PEPA为原料，控制反应的条件，使三聚氯氰中的一个氯与季戊四醇笼状磷酸酯PEPA中的羟基发生了反应，之后与丁香油酚混合，控制反应的条件，使三聚氯氰中的剩余氯与丁香油酚的羟基发生了反应，得到了物料A；之后以物料A、硅烷偶联剂KH-570改性的白炭黑、苯乙烯和马来酸酐为原料，在偶氮二异丁腈的作用下发生了聚合反应，从而将物料A、苯乙烯、马来酸酐引入到了白炭黑的表面，对白炭黑进行了包覆，得到了所述改性白炭黑，将其加入体系中，在体系中未发生团聚，一方面，与次磷酸铝、聚磷酸铵、微胶囊红磷、蒙脱土、氧化石墨烯具有协同作用，能在燃烧时捕获火焰区的自由基从而抑制气相燃烧，同时能形成磷酸、多聚磷酸和氮气等物质，催化体系成炭，形成致密的隔层隔绝氧气和可燃气体的交换以及热量的传递，同时稀释燃烧区的氧气，多方面的作用协同配合，赋予体系优异的阻燃性；另一方面，其结构中引入了苯乙烯，其与硅橡胶具有良好的相容性，同时引入的马来酸酐可以与酚醛树脂中的羟基作用，从而提高了酚醛树脂和硅橡胶的相容性，使酚醛树脂和硅橡胶发挥优良的协同作用；蒙脱土、氧化石墨烯添加到硅橡胶中，蒙脱土与氧化石墨烯的纳米片层具有复合现象，显著提高了材料的拉伸强度，并使所得炭层结构更加致密，提高了材料的氧指数；具体选择了硅灰石、云母作为成瓷填料，并添加了氧化硼和次磷酸铝作为助溶剂，在硅烷偶联剂的作用下在体系中分散均匀，与基体的界限模糊，分散性和润湿性好，成瓷温度低，在高温烧蚀下形成连续、致密的陶瓷状物质，使所得材料的阻燃性和热稳定性能高。

• 实施例1

《一种核岛防火电缆》提出的一种核岛防火电缆，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成。

• 实施例2

《一种核岛防火电缆》提出的一种核岛防火电缆，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成；其中，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括:硅橡胶93份、酚醛树脂3份、苯并噁嗪树脂5.8份、白炭黑10份、硅灰石8份、云母17份、蒙脱土4.5份、氧化石墨烯3份、氧化硼4份、硫化剂1份、硅烷偶联剂1.3份、次磷酸铝5份、聚磷酸铵8份、微胶囊红磷2份、羟基硅油1.7份。

• 实施例3

《一种核岛防火电缆》提出的一种核岛防火电缆，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成；其中，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括：甲基乙烯基硅橡胶64.5份、甲基苯基乙烯基硅橡胶15.5份、酚醛树脂7.5份、苯并噁嗪树脂1份、白炭黑17份、普通硅灰石1.6份、针状硅灰石2.4份、云母26份、蒙脱土2份、氧化石墨烯8份、氧化硼1份、硫化剂BIPB1.5份、硅烷偶联剂KH-5500.6份、次磷酸铝12份、聚磷酸铵3份、微胶囊红磷6份、羟基硅油1份；所述白炭黑为改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工艺进行制备:将三聚氯氰与乙腈混合均匀，加入季戊四醇笼状磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮气的保护下调节温度为10℃，反应300分钟，然后加入丁香油酚，在40℃下反应10小时，后处理后得到物料A，其中，三聚氯氰、季戊四醇笼状磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩尔比为1:0.6:2.8；以硅烷偶联剂KH-570为改性剂对白炭黑进行改性得到物料B，硅烷偶联剂KH-570的重量为白炭黑重量的1.8wt％；将物料A、物料B、苯乙烯和马来酸酐加入甲苯中，其中，物料A、物料B、苯乙烯、马来酸酐的重量比为9:60:8:1，然后加入偶氮二异丁腈，在氮气的保护下升温至75℃后反应9小时，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑；所述普通硅灰石的长径比为1:1，针状硅灰石的长径比为20:1。

• 实施例4

《一种核岛防火电缆》提出的一种核岛防火电缆，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成；其中，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括：硅橡胶90份、酚醛树脂4份、苯并噁嗪树脂5份、白炭黑12份、硅灰石7.3份、云母19份、蒙脱土4份、氧化石墨烯4.2份、氧化硼3.3份、硫化剂BP1.1份、硅烷偶联剂KH-5501份、次磷酸铝7份、聚磷酸铵7份、微胶囊红磷5份、羟基硅油1.6份；所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的混合物，且甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为30:32；所述白炭黑为改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工艺进行制备：将三聚氯氰与乙腈混合均匀，加入季戊四醇笼状磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮气的保护下调节温度为13℃，反应200分钟，然后加入丁香油酚，在50℃下反应8小时，后处理后得到物料A；以硅烷偶联剂KH-570为改性剂对白炭黑进行改性得到物料B；将物料A、物料B、苯乙烯和马来酸酐加入甲苯中，然后加入偶氮二异丁腈，在氮气的保护下升温至80℃后反应6小时，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑；其中，三聚氯氰、季戊四醇笼状磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩尔比为1:0.9:2.2；硅烷偶联剂KH-570的重量为白炭黑重量的3.2wt％；物料A、物料B、苯乙烯、马来酸酐的重量比为4:80:4:3.5；所述硅灰石为普通硅灰石和针状硅灰石的混合物，且普通硅灰石与针状硅灰石的重量比为9:1；所述普通硅灰石的长径比为4:1，针状硅灰石的长径比为14:1。

• 实施例5

《一种核岛防火电缆》提出的一种核岛防火电缆，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成；其中，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括:硅橡胶83份、酚醛树脂7份、苯并噁嗪树脂1.6份、白炭黑16份、硅灰石5份、云母24份、蒙脱土2.7份、氧化石墨烯7.3份、氧化硼1.6份、硫化剂BIPB0.3份、硫化剂BP0.5份、硫化剂DCP0.6份、硅烷偶联剂KH-5500.7份、次磷酸铝11份、聚磷酸铵4份、微胶囊红磷3份、羟基硅油1.3份；所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的混合物，且甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为42:17；所述白炭黑为改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工艺进行制备:将三聚氯氰与乙腈混合均匀，加入季戊四醇笼状磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮气的保护下调节温度为12℃，反应260分钟，然后加入丁香油酚，在47℃下反应9小时，后处理后得到物料A；以硅烷偶联剂KH-570为改性剂对白炭黑进行改性得到物料B；将物料A、物料B、苯乙烯和马来酸酐加入甲苯中，然后加入偶氮二异丁腈，在氮气的保护下升温至77℃后反应7小时，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑；其中，三聚氯氰、季戊四醇笼状磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩尔比为1:0.7:2.6；硅烷偶联剂KH-570的重量为白炭黑重量的3wt％；物料A、物料B、苯乙烯、马来酸酐的重量比为6:69:7:1.9；所述硅灰石为普通硅灰石和针状硅灰石的混合物，且普通硅灰石与针状硅灰石的重量比为6:2.1；所述普通硅灰石的长径比为3:1，针状硅灰石的长径比为18:1。

• 实施例6

《一种核岛防火电缆》提出的一种核岛防火电缆，包括导体、包裹在导体外部的耐火层、包裹在耐火层外部的绝缘层、包裹在绝缘层外部的隔离层和包裹在隔离层外部的护套层；所述隔离层由陶瓷硅橡胶制备而成；其中，所述陶瓷硅橡胶其原料按重量份包括:硅橡胶88份、酚醛树脂6份、苯并噁嗪树脂2份、白炭黑14份、硅灰石6.2份、云母19份、蒙脱土3.2份、氧化石墨烯5份、氧化硼2.7份、硫化剂BIPB1份、硫化剂DCP0.3份、硅烷偶联剂KH-5501份、次磷酸铝9份、聚磷酸铵5份、微胶囊红磷3.8份、羟基硅油1.3份；所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的混合物，且甲基乙烯基硅橡胶与甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为43:17；所述白炭黑为改性白炭黑；所述改性白炭黑按照以下工艺进行制备:将三聚氯氰与乙腈混合均匀，加入季戊四醇笼状磷酸酯PEPA和三乙胺，在氮气的保护下调节温度为11℃，反应280分钟，然后加入丁香油酚，在49℃下反应8.5小时，后处理后得到物料A；以硅烷偶联剂KH-570为改性剂对白炭黑进行改性得到物料B；将物料A、物料B、苯乙烯和马来酸酐加入甲苯中，然后加入偶氮二异丁腈，在氮气的保护下升温至79℃后反应7小时，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑；其中，三聚氯氰、季戊四醇笼状磷酸酯PEPA、丁香油酚的摩尔比为1:0.66:2.6；硅烷偶联剂KH-570的重量为白炭黑重量的2.1wt％；物料A、物料B、苯乙烯、马来酸酐的重量比为7:72:5:1.9；所述硅灰石为普通硅灰石和针状硅灰石的混合物，且普通硅灰石与针状硅灰石的重量比为7:2；所述普通硅灰石的长径比为2:1，针状硅灰石的长径比为18:1。

• 实施例7

与实施例6的唯一区别在于：陶瓷硅橡胶的原料中，所用白炭黑为未改性的普通白炭黑。

• 对比例1

与实施例6的唯一区别在于：陶瓷硅橡胶的原料中不含有酚醛树脂和苯并噁嗪树脂。

• 对比例2

与实施例6的唯一区别在于：陶瓷硅橡胶的原料中不含有氧化石墨烯。

对《一种核岛防火电缆》实施例2、实施例6、实施例7、对比例1和对比例2的陶瓷硅橡胶的性能进行检测:其中，按照GB/T1040-2006《塑料拉伸性能的测定》测定拉伸强度和断裂伸长率；按照GB/T2406-93《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》测定试样的氧指数；结果如下表所示:

对《一种核岛防火电缆》电缆的性能进行检测，所得电缆的电性能满足3.5千伏/5分钟电缆不击穿；成品电缆单根垂直燃烧试验符合IEC60332-1-2标准的规定；阻燃性能满足垂直成束燃烧试验要求，喷灯底边之上最大炭化高度不大于0.9米；根据GB/T19216-2008进行耐火电缆试验和BS6387-2013进行带喷淋的耐火电缆试验，电缆保持线路的完整性，2A熔断器不断，指示灯不熄灭；烟发散试验最小透光率＞85％；电缆各组成材料燃烧时，卤酸气体释放量和PH值均达到国标要求。

2021年8月16日，《一种核岛防火电缆》获得安徽省第八届专利奖优秀奖。 2100433B