一种高强度耐火电缆及其制备工艺的制作方法

本发明涉及耐火电缆，具体为一种高强度耐火电缆及其制备工艺。

背景技术：

1、随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，电力需求不断增加，电缆作为电力传输的关键部件，在各类建筑、基础设施和工业中的应用日益广泛。尤其在大规模公共场所，如商场、医院、剧院、地铁等地，电缆不仅需要承载日常的电力传输，还需具备较高的安全性能。然而，电缆由于材质和结构的限制，在火灾等突发情况下容易失效，成为火灾蔓延的重要原因之一。

2、统计数据显示，电线电缆引发的火灾在各类火灾事故中占据了较大比例。火灾发生时，传统电缆的耐火性能不足，往往在短时间内因高温或燃烧导致电力传输中断，直接影响建筑物中的电梯、照明、消防设备等关键系统的正常运作，进而加剧火灾造成的人员伤亡和财产损失。此外，暴露在高温环境中的电缆，其表面温度容易因阳光照射过高，进一步影响电缆的寿命和安全性。

3、现有的耐火电缆虽然在一定程度上提高了电缆的耐火性能，但其耐火时间和高温环境下的稳定性仍然存在不足，特别是在极端条件下，电缆仍然容易失效。因此，开发一种高强度、耐高温且具有优异耐火性能的电缆显得尤为重要，以应对现代社会对电缆在火灾等危险情境下的高标准要求。这种新型电缆能够在火灾发生时，保持较长时间的电力传输功能，为人员疏散和消防工作提供充足的时间，极大提升建筑物的整体安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度耐火电缆及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种高强度耐火电缆，所述高强度耐火电缆设置由导电芯体、绝缘层和高强度耐火护套；所述绝缘层包覆于所述导电芯体的外表面，所述高强度耐火护套原料组成包括以下重量份：三元乙丙橡胶80-100份、氟代聚磷腈5-20份、白炭黑20-30份、氧化锌5-10份、硬脂酸1-1.5份、磷酸三氯乙酯1.5-3份、三烯丙基异氰脲酸酯1.5-2份、酚醛树脂10-15份、防老剂3-5份、抗氧阻燃剂30-40份、硫磺1-1.5份、过氧化二异丙苯1-2份。

4、进一步的，所述抗氧阻燃剂的制备方法包括以下步骤：将改性硒化钼碳纳米管超声分散在四氢呋喃中，氮气氛围下，加入端烯丙基取代聚磷腈、三乙胺，室温搅拌反应24-26h，过滤，洗涤，干燥，得到抗氧阻燃剂；

5、所述抗氧阻燃剂中，改性硒化钼碳纳米管：端烯丙基取代聚磷腈：三乙胺的质量比为1:3.5:6。

6、进一步的，所述导电芯体原料组成包括铜丝，所述导电芯体横截面直径为1.2-2mm，绞合数量为4-6根铜丝。

7、进一步的，所述绝缘层原料组成包括交联聚乙烯绝缘料，所述绝缘层厚度为0.7-1.2mm。

8、进一步的，所述高强度耐火护套厚度为3.4-8mm。

9、进一步的，所述端烯丙基取代聚磷腈的制备方法包括以下步骤：步骤（1）：将六氯环三磷腈、氨基磺酸、二水合硫酸钙、1,2,4-三氯苯加入反应容器中，在氮气氛围下，加热至190-192℃反应10-15min，加热至208-210℃反应至体系粘稠出现小气泡，趁热抽滤，石油醚洗涤滤液，得到聚磷腈；

10、步骤（2）：在冰浴条件，氮气氛围下，将2-氨基乙基-5(6)-甲氧基苯并咪唑、三乙胺、二乙二醇二甲醚加入反应容器中，冰浴条件下加入聚磷腈，室温条件下反应48-50h，加热至110-115℃反应3-3.5h，过滤，石油醚洗涤，干燥，得到取代聚磷腈；将取代聚磷腈加入二氯甲烷中，加入三溴化硼，室温反应48-50h，得到端甲氧基取代聚磷腈；将端甲氧基取代聚磷腈、烯丙基溴、碳酸钾加入丙酮中，加热回流反应16-18h，减压蒸馏，洗涤，干燥，得到端烯丙基取代聚磷腈；

11、进一步的，所述聚磷腈中，六氯环三磷腈：氨基磺酸：二水合硫酸钙的质量比为1:0.1:0.01；

12、进一步的，所述取代聚磷腈中，聚磷腈：2-氨基乙基-5(6)-甲氧基苯并咪唑：三乙胺的摩尔比为1:4:4；所述端甲氧基取代聚磷腈中，取代聚磷腈：三溴化硼的摩尔比为1:7；所述端烯丙基取代聚磷腈中，端甲氧基取代聚磷腈：烯丙基溴：碳酸钾的摩尔比为1:9:6。

13、进一步的，所述改性硒化钼碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

14、将三氧化钼、二氧化硒分散在辛胺乙醇混合溶液中，搅拌均匀，加热至190-195℃反应24-26h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到硒化钼碳纳米管；将硒化钼碳纳米管超声分散在乙醇溶液中，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至50-55℃反应12-14h，过滤，洗涤，干燥，得到改性硒化钼碳纳米管；

15、进一步的，所述硒化钼碳纳米管中，三氧化钼：二氧化硒的质量比为0.68:1.04；所述改性硒化钼碳纳米管中，硒化钼碳纳米管：3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:5。

16、进一步的，所述氟代聚磷腈的制备方法，包括以下步骤：

17、将金属钠加入四氢呋喃中，在冰浴条件，氮气氛围下，加入十一烯醇，加热冷凝回流至金属钠消失，得到亲核试剂a；将金属钠加入四氢呋喃中，在冰浴条件，氮气氛围下，加入三氟乙醇、八氟戊醇，加热冷凝回流至金属钠消失，得到亲核试剂b；冰浴条件下，将聚磷腈的二甲苯溶液加入亲核试剂b中，反应2-2.5h，加入亲核试剂a，反应1-1.5h，撤去冰浴，室温下继续反应12-13h，石油醚、去离子水洗涤，四氢呋喃溶解后去离子洗涤，真空干燥，得到氟代聚磷腈；

18、进一步的，所述氟代聚磷腈中，聚磷腈：亲核试剂a：亲核试剂b的质量比为1:0.7:0.8；所述亲核试剂b中，三氟乙醇：八氟戊醇的摩尔比为4:6。

19、进一步的，所述聚磷腈的制备方法与抗氧阻燃剂中聚磷腈的制备方法相同。

20、一种高强度耐火电缆的制备工艺，包含以下步骤：s1：将三元乙丙橡胶、氟代聚磷腈分别加入密炼机中塑炼10-15min，得到塑炼胶a和塑炼胶b；将塑炼胶a、塑炼胶b加入混炼机中，依次加入白炭黑、氧化锌、硬脂酸、磷酸三氯乙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、酚醛树脂、抗氧阻燃剂混炼10-20min，加入硫磺、过氧化二异丙苯混炼10-20min，薄通，静置，分别在140-142℃下热压硫化，149-151℃下热空气硫化，得到高强度耐火护套；

21、s2：将导体金属拉制，退火，绞合，得到导电芯体；将交联聚乙烯绝缘料挤包在导电芯体表面，得到绝缘层，再将高强度耐火护套挤包在绝缘层表面，冷却固化后切割，得到高强度耐火电缆。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

23、本发明以制备得到的硒化钼碳纳米管作为基体材料，通过对其进行氨基硅氧烷改性处理，使其表面负载大量胺基活性基团，再与聚磷腈上的氯发生取代反应，制备得到抗氧阻燃剂；一方面，利用聚磷腈热解生成的磷酸、偏磷酸等酸性物质在基体表面形成一层薄膜，放置氧气及可燃气体的渗透，帮助基体脱水形成炭层，并且还会产生不可燃气体帮助膨胀炭层的形成，稀释可燃气体和氧气，生成自由基猝灭燃烧区域的活性自由基，延缓或抑制燃烧反应，提高电缆耐火、阻燃性能。另一方面，利用硒化钼碳纳米管作为过渡金属化合物具有催化炭化的作用，能够促进电缆在受热燃烧过程中形成高质量、坚固、致密炭层，提高电缆耐火、阻燃性能；同时，其表面取代接枝的、含有端烯丙基结构的聚磷腈可以促进三元乙丙橡胶硫化性能，提高抗氧阻燃剂在三元乙丙橡胶中的相容性，作为橡胶基体的物理交联点并与聚合物界面形成钉扎效应，形成稳定的复合结构，提高电缆机械性能。

24、本发明在此基础上对聚磷腈进行了取代改性，通过控制取代反应过程中的物质的量的加入，达到对聚磷腈分子链段中活性氯取代率的控制，使其在满足包覆硒化钼碳纳米管表面的同时能够含有大量额外功能性基团，达到各物质之间共同作用的目的。选择2-氨基乙基-5(6)-甲氧基苯并咪唑作为取代改性基团，将端甲氧基苯并咪唑基团接枝在聚磷腈表面，最后将端甲氧基还原后接枝烯丙基，得到具有端烯丙基结构的苯并咪唑基团；一方面，将活性双键结构引入抗氧阻燃剂中，具有辅助交联剂的作用，能够提高橡胶基体的交联密度，增强抗氧阻燃剂与橡胶基体之间的相容性，避免了传统阻燃剂如过氧化物加入导致橡胶大分子交联反应降低，硫化速率下降问题的出现；另一方面，将苯并咪唑抗氧化结构引入橡胶基体中，在端烯丙基的帮助下，能够有效避免传统抗氧剂的加入在橡胶基体中易发生迁移、基体交联密度降低、交联网络不均匀问题的发生，大大提高电缆在承受高温、热氧老化过程中的热稳定性，提高了电缆的耐火性能和机械性能。

25、本发明为了进一步提高电缆机械性能和耐火性能，在自制的聚磷腈的基础上，引入三氟乙醇、八氟戊醇和十一烯醇，制备得到具有磷氮主链和含烯烃键、碳氟键的侧基结构的氟代聚磷腈，并调整硫化过程，采用热压硫化和热空气硫化的二次硫化方式，在先前的基础上进一步提高高强度耐火护套的机械性能。由于氟代聚磷腈氟化烷氧基侧链基团较小的空间位阻，使得整个分子链之间有较强的相互缠结作用，在一次热压硫化过程中，产生化学交联，分子链在高压下不易运动产生内应力导致橡胶的机械性能降低。通过二段热空气硫化的引入，能够帮助硫化过程中小分子副产物挥发，在保证了橡胶相似断裂伸长率的基础上，提高了橡胶的拉伸强度。利用氟代聚磷腈分子结构中的高键能c-f键，以及依赖氟代聚磷腈与抗氧阻燃剂中聚磷腈主链的磷、氮单双键交替排列组成的dπ-pπ共轭效应具有高度的结构稳定性，进一步提高了橡胶的耐高温、耐火性能。