一种陶瓷化云母填充绳及其制备方法
文献发布时间：2024-04-18 19:48:15
技术领域
本申请涉及电缆生产制造技术领域，尤其是涉及一种陶瓷化云母填充绳及其制备方法。
背景技术
电力电缆是一种用于输送电能的电气导线系统。为了满足不同电力传输需求和提高电缆的灵活性和可靠性，电力电缆多为多芯结构，而线芯多为圆形结构，当多线芯束合在一起时，结构多为三角形或者多边形，为保证多芯线缆的成型圆整度，通常需要在线芯之间进行填充，常见的填充工艺多为使用PP带进行绞合填充，对线缆内部线芯之间的间隙进行填充。
而耐火线缆作为电力电缆中的一种特殊类型，其特殊的耐火性能，导致在线芯之间进行填充时往往需要以云母带作为耐火绝缘层，再通过其他线缆辅材进行搭配填充而成，目前市场上填充辅材为PP材质填充绳，PP材质填充绳是一种由聚丙烯(PP)材料制成的绳状产品，其具有较好绝缘性能和耐化学腐蚀性能，能够在一定的温度范围内保持稳定性，但是受到火焰燃烧时，PP材料产生熔融物质，容易对云母层造成渗透，导致耐火线缆耐火绝缘失效，而造成重大的财产损失，甚至造成人员伤亡。
因此，亟需一种在火焰燃烧时不产生熔融物质并且不破坏耐火线缆耐火云母层的填充材料。
发明内容
为了解决上述至少一种技术问题，开发一种在火焰燃烧时不产生熔融物质并且不破坏耐火线缆耐火云母层的填充材料，本申请提供一种陶瓷化云母填充绳及其制备方法。
一方面，本申请提供的一种陶瓷化云母填充绳，包括可瓷化材料处理液和聚丙烯颗粒，所述可瓷化材料处理液与所述聚丙烯颗粒的重量比为(1-3)：(3-5)；
其中，所述可瓷化材料处理液包括以下重量份数的原料：有机硅胶4-6份，硅橡胶3-5份，云母粉3-5份，氢氧化镁3-5份，氧化铝粉末2-4份，聚丙烯30-100份。
通过采用上述技术方案，本申请采用特定原料和配比制备的陶瓷化云母填充绳耐高温，火焰燃烧时不产生熔融物质，外观无气泡，高温无裂纹等情况，综合性能优异。本申请使用有机硅胶可增强云母填充绳和填充材料之间的粘接强度，提高填充材料的稳定性；加入硅橡胶，云母粉可增强填充材料的耐高温性，在高温下，硅橡胶能够发生陶瓷化反应，形成致密的陶瓷层，从而能够在火焰燃烧时不产生熔融物质；加入氢氧化镁可提高填充材料的耐火性，具有阻燃效果；加入的氧化铝可以在填充绳中形成熔融相，填补材料内部的空隙，增加材料的密实性和结合强度，有效提高了填充绳的耐高温性能，减少了掉粉现象的产生。
可选的，所述有机硅胶、所述硅橡胶、所述云母粉、所述氢氧化镁和所述氧化铝粉末的重量比为4-5：3-4：3-4：3-4：2-3。
可选的，所述有机硅胶、所述硅橡胶、所述云母粉、所述氢氧化镁和所述氧化铝粉末的重量比为5：4：4：4：3。
可选的，所述有机硅胶包括聚二甲基硅氧烷、乙基硅烷中的至少一种。
可选的，所述可瓷化材料处理液和所述聚丙烯颗粒的重量比为2：4。
第二方面，本申请提供了上述陶瓷化云母填充绳的制备方法，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
通过采用上述技术方案，本申请采用上述制备方法制得的陶瓷化云母填充绳耐高温，火焰燃烧时不产生熔融物质，外观无气泡，高温无裂纹等情况，综合性能优异。通过采用特定比例混合可瓷化材料处理液和聚丙烯颗粒有利于形成可瓷化层，从而避免火焰燃烧时产生熔融物质。同时，通过采用特定比例混合可瓷化材料处理液和聚丙烯颗粒有利于提高陶瓷化云母填充绳的氧指数，氧指数是一种衡量材料燃烧性能的指标，它反映了材料在氧气环境中的燃烧倾向，通常，氧指数越高，材料的抗燃性能越好。
可选的，所述S1中，所述可瓷化材料处理液的制备中搅拌速度不低于600转/分钟，搅拌时间不低于1h。
通过采用上述技术方案，
可选的，所述S2中，挤出时挤出温度为130-150℃。
可选的，所述S2中，挤出后的冷却时间不低于5min。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请采用特定原料和配比制备的陶瓷化云母填充绳耐高温，火焰燃烧时不产生熔融物质，外观无气泡，高温无裂纹等情况，综合性能优异。本申请使用有机硅胶可增强云母填充绳和填充材料之间的粘接强度，提高填充材料的稳定性；加入硅橡胶，云母粉可增强填充材料的耐高温性，在高温下，硅橡胶能够发生陶瓷化反应，形成致密的陶瓷层，从而能够在火焰燃烧时不产生熔融物质；加入氢氧化镁可提高填充材料的耐火性，具有阻燃效果；加入的氧化铝可以在填充绳中形成熔融相，填补材料内部的空隙，增加材料的密实性和结合强度，有效提高了填充绳的耐高温性能，减少了掉粉现象的产生。
2.本申请采用上述制备方法制得的陶瓷化云母填充绳耐高温，火焰燃烧时不产生熔融物质，外观无气泡，高温无裂纹等情况，综合性能优异。通过采用特定比例混合可瓷化材料处理液和聚丙烯颗粒有利于形成可瓷化层，从而避免火焰燃烧时产生熔融物质。同时，通过采用特定比例混合可瓷化材料处理液和聚丙烯颗粒有利于提高陶瓷化云母填充绳的氧指数，氧指数是一种衡量材料燃烧性能的指标，它反映了材料在氧气环境中的燃烧倾向，通常，氧指数越高，材料的抗燃性能越好。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请设计了一种陶瓷化云母填充绳，包括可瓷化材料处理液和聚丙烯颗粒，所述可瓷化材料处理液与所述聚丙烯颗粒的重量比为(1-3)：(3-5)；
其中，所述可瓷化材料处理液包括以下重量份数的原料：有机硅胶4-6份，硅橡胶3-5份，云母粉3-5份，氢氧化镁3-5份，氧化铝粉末2-4份，聚丙烯30-100份。
本申请的陶瓷化云母填充绳采用以下方法制备，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
电力电缆是一种用于输送电能的电气导线系统。为了满足不同电力传输需求和提高电缆的灵活性和可靠性，电力电缆多为多芯结构，而线芯多为圆形结构，当多线芯束合在一起时，结构多为三角形或者多边形，为保证多芯线缆的成型圆整度，通常需要在线芯之间进行填充，常见的填充工艺多为使用PP带进行绞合填充，对线缆内部线芯之间的间隙进行填充。
耐火线缆作为电力电缆中的一种特殊类型，其特殊的耐火性能，导致在线芯之间进行填充时往往需要以云母带作为耐火绝缘层，再通过其他线缆辅材进行搭配填充而成，目前市场上填充辅材为PP材质填充绳，PP材质填充绳是一种由聚丙烯(PP)材料制成的绳状产品，其具有较好绝缘性能和耐化学腐蚀性能，能够在一定的温度范围内保持稳定性，但是受到火焰燃烧时，PP材料产生熔融物质，容易对云母层造成渗透，导致耐火线缆耐火绝缘失效，而造成重大的财产损失，甚至造成人员伤亡。
基于以上问题，本申请的发明人设计了本申请的技术方案，通过采用特定原料和配比制备的陶瓷化云母填充绳耐高温，火焰燃烧时不产生熔融物质，外观无气泡，高温无裂纹等情况，综合性能优异。本申请使用有机硅胶可增强云母填充绳和填充材料之间的粘接强度，提高填充材料的稳定性；加入硅橡胶，云母粉可增强填充材料的耐高温性，在高温下，硅橡胶能够发生陶瓷化反应，形成致密的陶瓷层，从而能够在火焰燃烧时不产生熔融物质；加入氢氧化镁可提高填充材料的耐火性，具有阻燃效果；加入的氧化铝可以在填充绳中形成熔融相，填补材料内部的空隙，增加材料的密实性和结合强度，有效提高了填充绳的耐高温性能，减少了掉粉现象的产生。
本申请采用的原料皆来自市售产品，具体厂家见表1。
表1
具体实施例
实施例1-5
实施例1-5的陶瓷化云母填充绳原料具体含量见表2。
表2
实施例1
一种陶瓷化云母填充绳采用以下方法制备，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
其中，所述S1中，搅拌速度为650r/min，搅拌时间为1h。
所述S2中，挤出时挤出温度为130-135℃。
所述S2中，挤出后的冷却时间为10min。
实施例2
一种陶瓷化云母填充绳采用以下方法制备，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
其中，所述S1中，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为1.5h。
所述S2中，挤出时挤出温度为135-137℃。
所述S2中，挤出后的冷却时间为10min。
实施例3
一种陶瓷化云母填充绳采用以下方法制备，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
其中，所述S1中，搅拌速度为680r/min，搅拌时间为1.5h。
所述S2中，挤出时挤出温度为138-140℃。
所述S2中，挤出后的冷却时间为12min。
实施例4
一种陶瓷化云母填充绳采用以下方法制备，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
其中，所述S1中，搅拌速度为700r/min，搅拌时间为1.5h。
所述S2中，挤出时挤出温度为140-142℃。
所述S2中，挤出后的冷却时间为15min。
实施例5
一种陶瓷化云母填充绳采用以下方法制备，包括以下步骤：
S1、向容器中加入有机硅胶、硅橡胶、云母粉、氢氧化镁和氧化铝粉末，搅拌均匀，制得可瓷化材料处理液，备用；
S2、将S1制备的可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒进行混合，然后加入到挤出机中进行挤出和冷却，制得填充绳半成品；
S3、将S2制得的填充绳半成品进行分切，并股成绳，制得陶瓷化云母填充绳。
其中，所述S1中，搅拌速度为720r/min，搅拌时间为1.5h。
所述S2中，挤出时挤出温度为145-150℃。
所述S2中，挤出后的冷却时间为20min。
对比例1-20
对比例1
以实施例1为基础，除有机硅胶含量为0.5kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例2
以实施例1为基础，除有机硅胶含量为10kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例3
以实施例1为基础，除硅橡胶含量为0.1kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例4
以实施例1为基础，除硅橡胶含量为6kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例5
以实施例1为基础，除云母粉含量为0.1kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例6
以实施例1为基础，除云母粉含量为10kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例7
以实施例1为基础，除氢氧化镁含量为0.1kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例8
以实施例1为基础，除氢氧化镁含量为10kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例9
以实施例1为基础，除氧化铝粉末含量为0.1kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例10
以实施例1为基础，除氧化铝粉末含量为10kg外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例11
以实施例1为基础，除所述S1中，搅拌速度为350r/min外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例12
以实施例1为基础，除所述S1中，搅拌时间为10min外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例13
以实施例1为基础，除可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒的重量比为0.1：4，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例14
以实施例1为基础，除可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒的重量比为4：1，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例15
以实施例1为基础，除可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒的重量比为2：1，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例16
以实施例1为基础，除可瓷化材料处理液与聚丙烯颗粒的重量比为2：7，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例17
以实施例1为基础，除所述S2中，挤出时挤出温度为97-100℃外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例18
以实施例1为基础，除所述S2中，挤出时挤出温度为170-172℃外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例19
以实施例1为基础，除所述S2中，挤出后的冷却时间为1min外，其余组分及制备方法皆与实施例1一致。
对比例20
对比例20是市售的任何一种普通填充绳。
实验检测
检测项目及检测方法
1.耐电压：根据《GB/T5019.10-2022以云母为基的绝缘材料第10部分：耐火安全电缆用云母带》标准检测云母填充绳的耐电压(在高温800℃下，5min后进行测量)性能。
2.耐火性能：根据《GB/T19216.11-2003在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验》标准检测云母填充绳的耐火性能。
3.高温状态：在高温800℃下灼烧5min，观察云母填充绳的熔融状态。
4.氧指数：根据《GB/T 2406.2-2009塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》测定云母填充绳的氧指数。
5.云母填充绳外观：在常温下观察云母填充绳的外观，检查云母填充绳是否存在表面产生气泡、表面出现裂纹以及表面出现颗粒等不良现象。
对实施例1-5和对比例1-20制备的陶瓷化云母填充绳进行性能检测，并将检测结果记录在表3。
表3实施例1-5和对比例1-20性能检测汇总表
从实施例1-5和表3的结果可知，本申请制备的陶瓷化云母填充绳绝缘性良好，能够耐3200V的电压；此外，能够在800℃的高温下仍然保持固态，说明其耐火性良好，且在火焰燃烧时不产生熔融物质；氧指数为32，说明制备的陶瓷化云母填充绳属于难燃材料；同时，从表3的数据可知，采用实施例3原料重量比制备的陶瓷化云母填充绳综合性能相比其他实施例更优异。
从实施例1-5、对比例1-2和表3的结果来看，有机硅胶的用量影响着陶瓷化云母填充绳的表面颜色的均匀性和溶解度，当有机硅胶的用量较低时，处理液的溶解度低，从而导致制备的陶瓷化云母填充绳表面出现颗粒；当有机硅胶的用量较高时，处理液较稀，均匀性差，导致制备的陶瓷化云母填充绳表面颜色不均匀。
从实施例1-5、对比例3-4和表3的结果来看，硅橡胶的用量影响着陶瓷化云母填充绳的可瓷化性能，当硅橡胶的用量较低时，产品的可瓷化性能差，高温下无法形成陶瓷层，从而导致制备的产品在高温下呈液态；当硅橡胶的用量较高时，硅橡胶是一种弹性体，具有较低的粘附性，可能与陶瓷颗粒的粘结力不强，导致陶瓷颗粒无法牢固地粘附在填充绳中，最终导致填充绳在使用过程中容易出现开裂现象，陶瓷颗粒脱落，降低了可瓷化性能。
从实施例1-5、对比例5-6和表3的结果来看，云母粉的用量影响着陶瓷化云母填充绳的高温绝缘性，当云母粉的含量较低时，产品的高温绝缘性差，高温下无法形成陶瓷层，从而导致制备的产品在高温下呈液态；当云母粉的含量较高时，云母粉虽然耐高温，但是粘附性不强，导致制备的产品出现掉粉的现象。
从实施例1-5、对比例7-8和表3的结果来看，氢氧化镁的用量影响着陶瓷化云母填充绳的阻燃性能，当氢氧化镁的用量较低时，产品的阻燃性能差，导致氧指数偏低；当氢氧化镁的用量较高时，由于氢氧化镁的粘附性不强，导致制备的产品出现掉粉的现象。
从实施例1-5、对比例9-10和表3的结果来看，氧化铝的用量影响着陶瓷化云母填充绳的耐高温性能，当氧化铝的用量偏低时，会使得耐高温性能下降，从而导致高温开裂现象的发生；当氧化铝的用量偏高时，由于氧化铝的粘附力不强，进而导致制备的产品出现掉粉的现象。
从实施例1-5、对比例11-12和表3的结果来看，当搅拌速度低于600r/min和搅拌时间低于1h时，处理液均匀性较差，从而导致可瓷化层无法实现，导致制备的产品在高温下呈液态。
从实施例1-5、对比例13-14和表3的结果来看，可瓷化材料处理液的重量比影响着陶瓷化云母填充绳的可瓷化性能，当可瓷化材料处理液的重量比低于1时，陶瓷化云母填充绳的可瓷化性能较低，导致制备的产品在高温下呈液态；当可瓷化材料处理液的重量比高于3时，产品无法成型。
从实施例1-5、对比例15-16和表3的结果来看，聚丙烯的重量比大小影响着陶瓷化云母填充绳的进料和氧指数，当聚丙烯的重量比小于3时，产品无法挤出，出现连续断料现象；当聚丙烯的重量比高于5时，可瓷化材料处理液太少，导致氧指数偏低。
从实施例1-5、对比例17-18和表3的结果来看，挤出时挤出温度影响着陶瓷化云母填充绳的进料和外观，当挤出时挤出温度低于130℃时，无法完全融化物料，导致挤出断料；当挤出时挤出温度低于150℃时，挤出后产品出现气泡。
从实施例1-5、对比例19和表3的结果来看，挤出机的挤出冷却时间影响着陶瓷化云母填充绳的成型，当挤出机的挤出冷却时间低于5min时，产品无法冷却成型。
从实施例1-5、对比例20和表3的结果来看，普通填充绳的各项综合性能皆不如本申请制备的陶瓷化云母填充绳。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。