一种电缆用防火材料的制备方法、耐火电缆与流程

本技术涉及电缆领域，更具体地说，它涉及一种电缆用防火材料的制备方法、耐火电缆。

背景技术：

1、电缆是一种电能或信号传输装置，通常是由几根或几组导线组成，但是高压电缆如果出现火灾问题，影响严重，所以对电缆的耐火性要求较高，在发生火灾时，通过阻止火势蔓延，为人员疏散和火灾扑救争取时间；现有的电缆表面常用云母耐火纸，但是云母耐火纸的耐高温性较差，当出现大型电缆火灾时无法为人员疏散和火灾扑救争取较多的时间。

2、羟基磷灰石纳米线具有较高的耐高温性，一般能够承受1000℃以上高温而不被破坏，所以采用羟基磷灰石纳米线制备耐火纸应用在电缆上，能够更好的保护电缆，为人员疏散和消防救援争取时间。

3、但是羟基磷灰石材料具有一定的脆性，柔韧性较差，容易影响耐火纸的柔软度，不易在圆形导体表面包覆；但是柔性好的耐火纸，容易在使用或者保存、运输过程中出现撕裂、撕破的问题，影响了耐火纸的完整度，从而影响电缆的耐火性和使用寿命。

4、因此，如何制备一种新的耐火电缆，使其具有较好的耐火性和较长的使用寿命，是一个有待解决的问题。

技术实现思路

1、为了制备一种新的耐火电缆，使其具有较好的耐火性和较长的使用寿命，本技术提供一种电缆用防火材料的制备方法、耐火电缆。

2、本技术提供的一种电缆用防火材料的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种电缆用防火材料的制备方法，包括如下步骤：

4、ⅰ、按质量比为1:0.05-0.1将羟基磷灰石纳米线长丝、二氧化钛晶须混合均匀后，得到纳米线混合料；

5、ⅱ、将硅酸铝纤维均匀分散在水中，制得悬浮液；

6、ⅲ、悬浮液中添加纳米线混合料，分散均匀后，添加胶黏剂，搅拌均匀，得到浆料，经滤水成型，压榨、干燥，制成品。

7、通过采用上述技术方案，导体表面依次包覆耐火纸和硅橡胶层，利用耐火纸的耐火效果，能够阻止火势蔓延，利用硅橡胶层的弹性和韧性，能够保证耐火电缆的使用寿命，从而使耐火电缆具有耐火性好、使用寿命长的优点。

8、耐火纸制备过程中，羟基磷灰石纳米线长丝、二氧化钛晶须相配合，利用羟基磷灰石纳米线长丝较好的柔韧性配合二氧化钛晶须的支撑效果，并限定二者的质量比，使得纳米线混合料在交织缠绕的条件下，具有较好的柔韧性和较好的强度支撑效果，使耐火纸具有较好的柔韧性和抗撕裂性；配合硅酸铝纤维的柔韧性，当硅酸铝纤维与纳米线混合料混合均匀后，在胶黏剂的粘结作用下，形成以硅酸铝纤维为支撑固化、以胶黏剂为连接，将羟基磷灰石纳米线稳定且均匀的粘附在硅酸铝纤维表面，羟基磷灰石纳米线长丝和二氧化钛晶须交织缠绕在硅酸铝纤维表面，保证了交联结构致密度，使耐火纸具有高柔韧性、不易撕裂的优点，包覆在电缆表面，利用其较好的耐火性和机械稳定性，能够阻止火势蔓延，为消防救援和人员疏散争取时间。

9、优选的，所述羟基磷灰石纳米线长丝采用如下方法制备而成：

10、按质量比为22:3-6:4-8将水、乙醇、油酸混合搅拌均匀，得到初混料；在初混料中添加壳聚糖载料氯化钙和酪氨酸载料磷酸二氢钠，水、壳聚糖载料氯化钙和酪氨酸载料磷酸二氢钠的质量比为22:2.5-2.8:5-5.6，混合搅拌10-20min，密封，在180-190℃条件下反应14-16h，然后添加氢氧化钠溶液，水与氢氧化钠溶液质量比为22:7-9，混合搅拌均匀后，密封，然后继续反应8-10h，冷却后，经沉淀、洗涤、过滤，得到羟基磷灰石纳米线长丝。

11、通过采用上述技术方案，壳聚糖载料氯化钙、酪氨酸载料磷酸二氢钠相配合，在较高的温度下反应，加速壳聚糖载料氯化钙中氯化钙的释放，加速酪氨酸载料磷酸二氢钾中磷酸二氢钠的释放，逐渐释放的氯化钙和磷酸二氢钠反应最终能够生成羟基磷灰石纳米线长丝；而通过逐渐释放的效果，使得羟基磷灰石纳米线长丝连续生长，长度能够达到200-1000μm；如果温度较高，虽然能加速反应，但是容易导致羟基磷灰石纳米线变短，而壳聚糖和酪氨酸的负载，使得晶核生长后，羟基磷灰石纳米线能够逐渐且连续的生长，在加速反应的同时，保证羟基磷灰石纳米线长度较长，以制备超长、柔性好的羟基磷灰石纳米线长丝。

12、反应过程中，首先壳聚糖表面的氯化钙和酪氨酸表面的磷酸二氢钠反应，晶核生成；然后羟基磷灰石纳米线逐渐生长，利用壳聚糖的正电荷配合酪氨酸的负电荷，相邻的壳聚糖载料氯化钙和酪氨酸载料磷酸二氢钠便于相互接触，通过钙源和磷源的逐渐释放进而逐渐反应，促进羟基磷灰石纳米线逐渐生长；与此同时，相邻的壳聚糖载料氯化钙和相邻的酪氨酸载料磷酸二氢钠由于电荷互斥作用，不易产生聚集，限定了羟基磷灰石纳米线的生长方向和生长趋势，不易产生多方向生长的问题，从而保证羟基磷灰石纳米线长丝能够生长的超长。

13、当添加氢氧化钠溶液后，壳聚糖在氢氧化钠作用下出现分子链逐渐断裂的问题，并且在碱性条件下，壳聚糖和酪氨酸均带负电荷，利用其相斥效果，阻止羟基磷灰石纳米线相互团聚，保证羟基磷灰石纳米线的超长生长；酪氨酸也能够在氢氧化钠作用下逐渐反应，逐渐释放出磷酸二氢钠，使束缚的氯化钙和磷酸二氢钠被进一步释放，完成后续反应，在较短的羟基磷灰石纳米线两端继续生长，形成超长的羟基磷灰石纳米线；同时氢氧化钠能够促进羟基磷灰石纳米线定向生长，进一步保证羟基磷灰石纳米线在长度方向生长，不易出现生长形态不一的问题，从而使生成的羟基磷灰石纳米线具有超长、柔性好、形态均匀、不易出现裂缝空隙的优点，保证了羟基磷灰石纳米线长丝的柔韧性和抗撕裂性，从而保证耐火纸具有较好的柔韧性和抗撕裂性，保证耐火电缆的制备，并且在火灾发生后稳定性较高，不易出现耐火纸剥离蔓延火势的问题，从而提高耐火电缆的耐火性，延长使用寿命。

14、优选的，所述壳聚糖载料氯化钙采用如下方法制备而成：

15、按质量比为1:0.5-1将壳聚糖置于质量分数0.4-0.6%的氯化钙溶液中浸泡搅拌，然后经冷冻干燥，得到载料壳聚糖；在载料壳聚糖表面均匀喷涂聚乙二醇溶液，然后添加氯化钙粉，载料壳聚糖与聚乙二醇溶液、氯化钙粉的质量比为1:0.1-0.22:0.2-0.35，经干燥、分散，得到成品。

16、通过采用上述技术方案，在载料壳聚糖表面均匀喷涂聚乙二醇溶液，利用聚乙二醇溶液的粘性，壳聚糖表面粘结氯化钙，在水分含量作用下，壳聚糖表面的氯化钙能够逐渐溶解，钙离子参与反应，羟基磷灰石纳米线长丝晶核的生成，并且保证短羟基磷灰石纳米线的生成，利用相邻壳聚糖、相邻酪氨酸逐渐的互斥效果，阻止短羟基磷灰石纳米线相互团聚；随着壳聚糖在氢氧化钠作用下逐渐被破坏，使得内部孔隙吸附的氯化钙进一步被释放，壳聚糖孔隙内部吸附的氯化钙逐渐释放后，钙离子进一步反应，在短羟基磷灰石纳米线两端继续延长，从而保证羟基磷灰石纳米线超长生长，便于超长柔韧的耐火纸缠绕包覆在导体表面制备耐火电缆。

17、优选的，所述酪氨酸载料磷酸二氢钠采用如下方法制备而成：

18、按质量比为1:0.4-0.55在酪氨酸颗粒表面均匀喷涂聚乙二醇溶液，然后添加磷酸二氢钠，酪氨酸颗粒与磷酸二氢钠质量比为1:0.6-0.85，经干燥，分散，制得成品。

19、通过采用上述技术方案，酪氨酸颗粒表面利用聚乙二醇溶液的粘性，将磷酸二氢钠粘结在酪氨酸颗粒表面，酪氨酸和壳聚糖相配合，能阻止羟基磷灰石纳米线出现沉淀，保证羟基磷灰石纳米线长丝超长生长，不易因聚集而影响生长长度；并且聚乙二醇能够为羟基磷灰石纳米线生长提供引导，保证羟基磷灰石纳米线直线生长，不易出现形状不均的问题，从而保证耐火纸的柔韧性和抗撕裂性，使耐火电缆具有耐火性好，使用寿命长的优点。

20、优选的，所述二氧化钛晶须采用如下方法制备而成：

21、将二氧化钛晶须丝置于乙醇中分散，然后添加酪氨酸，继续分散，混合均匀后添加虫胶混合搅拌均匀，二氧化钛晶须丝与酪氨酸、虫胶的质量比为1:0.1-0.3:0.1-0.2，经干燥，分散，制得成品。

22、通过采用上述技术方案，二氧化钛晶须丝在乙醇中分散后与酪氨酸均匀接触，利用虫胶溶于乙醇后虫胶溶液具有的粘性，便于将酪氨酸粘结在二氧化钛晶须丝表面，羟基磷灰石纳米线长丝带负电荷，酪氨酸处理的二氧化钛晶须丝也带负电荷，所以使得二氧化钛晶须丝与羟基磷灰石纳米线长丝均匀分散，均匀分散产生的孔隙结构，保证了耐火纸的柔软折叠性，便于缠绕包覆在导体表面制备电缆；并且利用二氧化钛晶须的机械强度和虫胶的耐水性，进一步提高耐火纸的耐撕裂性和耐水性，延长耐火纸的使用寿命，从而保证耐火电缆的使用寿命。

23、优选的，所述胶黏剂采用如下方法制备而成：

24、按质量比为1:15-25将硅酸钠置于水中搅拌至全部溶解，得到溶解液；溶解液中添加纳米颗粒和聚乙二醇溶液，硅酸钠与纳米颗粒、聚乙二醇溶液的质量比为1:0.1-0.2:0.2-0.5，混合搅拌均匀，最后添加聚丙烯酸钠包膜氢氧化钙，硅酸钠与聚丙烯酸钠包膜氢氧化钙质量比为1:0.1-0.3，混合均匀，得到胶黏剂。

25、通过采用上述技术方案，硅酸钠为主要胶黏剂，赋予耐火纸较好的耐火性和耐水性；配合聚乙二醇的增稠效果，进一步提高胶黏剂的粘结效果，纳米颗粒分散填充在纳米线混合料和硅酸铝纤维之间，纳米颗粒不仅能够提高耐火纸的耐撕裂性，而且能够进一步提高耐火性和耐水性，延长耐火纸的使用寿命，从而使耐火电缆具有耐火性好、使用寿命长的优点。

26、聚丙烯酸钠包膜氢氧化钙中聚丙烯酸钠在水中缓慢溶解，所以氢氧化钙在硅酸钠溶液发挥粘结效果时并未被完全释放，随着反应温度的升高，聚丙烯酸钠逐渐溶解而释放出氢氧化钙，利用硅酸钠和氢氧化钙反应逐渐生成硅酸钙沉淀和氢氧化钠；硅酸钙沉淀不仅具有较好的耐高温、耐火性，而且具有较好的耐水性，而逐渐生成的氢氧化钠在水分作用下，便于逐渐溶解虫胶和和酪氨酸，使得二氧化钛晶须原本占据位置被缩小，二氧化钛晶须与羟基磷灰石纳米线长丝的距离变长，即原本二氧化钛晶须占据空间，当二氧化钛晶须表面的酪氨酸和虫胶从二氧化钛晶须表面流走后，二氧化钛晶须周围的孔隙增加的同时水溶的虫胶酸钠能够提高二氧化钛晶须与硅酸铝纤维、羟基磷灰石纳米线长丝的粘结效果，提高孔隙率的同时提高柔韧度，从而提高成品耐火纸的柔韧性。

27、优选的，所述纳米颗粒由质量比为1:0.5-1的气相二氧化硅和氮化硼组成。

28、通过采用上述技术方案，利用纳米颗粒在胶黏剂中均匀分散效果，配合气相二氧化硅和氮化硼的耐火性，提高耐火纸的耐火性，配合纳米颗粒的填充效果，进一步提高抗撕裂性，延长耐火纸的使用寿命。

29、优选的，所述聚丙烯酸钠包膜氢氧化钙由质量比为1:0.5-1的聚丙烯酸钠溶液和氢氧化钙微粒制成。

30、通过采用上述技术方案，利用聚丙烯酸钠溶液对氢氧化钙进行包覆处理，聚丙烯酸钠成膜后具有一定的柔韧性，保证了耐火纸的柔韧性，并且聚丙烯酸钠的亲水性，便于聚丙烯酸钠包膜氢氧化钙靠近纳米线混合料，二氧化钛晶须表面存在酪氨酸和虫胶，酪氨酸含有氨基和羧基等亲水基，便于与聚丙烯酸钠相互吸引连接，而聚丙烯酸钠包膜氢氧化钙逐渐与硅酸钠反应后，二氧化钛晶须附近虽然孔隙率增加，但是在溶解的虫胶粘结效果下，二氧化钛晶须仍能够与其相接触的硅酸铝纤维、羟基磷灰石纳米线长丝稳定粘结，保证孔隙率的同时保证结构稳定性，孔隙率的存在保证了柔韧性，结构稳定性能够赋予耐火纸较好的抗撕裂效果。

31、优选的，所述ⅲ添加胶黏剂后，先搅拌20-30min，然后升温至70-85℃，继续搅拌5-10min。

32、通过采用上述技术方案，添加胶黏剂后，先搅拌，使得硅酸钠溶液和聚乙二醇溶液发挥粘结效果，将纳米线混合料粘附在硅酸铝纤维表面，而随着温度的升高，使得聚丙烯酸钠逐渐溶解而暴露出氢氧化钙，氢氧化钙逐渐与硅酸钠反应，反应产物氢氧化钠溶液能够溶解虫胶，增加二氧化钛晶须周围孔隙率的同时还能够保证粘结稳定性，从而使耐火纸具有柔韧性和抗撕裂性。

33、优选的，所述硅酸铝纤维采用如下方法制备而成：

34、将硅酸铝纤维丝与氨基磺酸颗粒混合研磨，然后过滤筛分出硅酸铝纤维丝，得到硅酸铝纤维。

35、通过采用上述技术方案，硅酸铝纤维经氨基磺酸研磨后，表面积增加，便于与羟基磷灰石纳米线复合料相互粘结，并且表面能够负载氨基磺酸，氨基磺酸含有氨基和磺酸基，便于与胶黏剂相互交联粘结，而且还能够与羟基磷灰石纳米线长丝中羟基以及二氧化钛晶须表面的氨基和羧基相互连接，提高硅酸铝纤维与羟基磷灰石纳米线长丝和二氧化钛晶须的粘结效果，提高耐火纸的交联稳定性；并且氨基磺酸能够与胶黏剂中聚乙二醇溶液相互交联，生成磺酸酯，磺酸酯不仅具有较好的耐火性，而且具有较好的耐水性，从而延长耐火纸的使用寿命。

36、优选的，一种耐火电缆，包括导体，所述导体的外侧包覆有一层耐火纸，所述耐火纸的外侧还依次设置有硅橡胶层、铠装层以及外护套。

37、优选的，所述硅橡胶层呈中空设置并形成储气腔，所述储气腔的内腔内充设有阻燃气体，所述储气腔的内腔内间隔均匀设置有若干个分隔板，若干个所述分隔板将储气腔划分为若干个互不联通的分腔。

38、综上所述，本技术具有以下有益效果：

39、1、电缆的耐火性能更加优良，且实现良好的防火效果，减少损失。

40、2、导体表面依次包覆耐火纸，羟基磷灰石纳米线长丝、二氧化钛晶须相配合，利用羟基磷灰石纳米线长丝较好的柔韧性配合二氧化钛晶须的支撑效果，并限定二者的质量比，使得纳米线混合料在交织缠绕的条件下，具有较好的柔韧性和较好的强度支撑效果，使耐火纸具有较好的柔韧性和抗撕裂性；配合硅酸铝纤维的柔韧性，当硅酸铝纤维与纳米线混合料混合均匀后，在胶黏剂的粘结作用下，形成以硅酸铝纤维为支撑固化、以胶黏剂为连接，将羟基磷灰石纳米线稳定且均匀的粘附在硅酸铝纤维表面，羟基磷灰石纳米线长丝和二氧化钛晶须交织缠绕在硅酸铝纤维表面，保证了交联结构致密度，使耐火纸具有高柔韧性、不易撕裂的优点，包覆在电缆表面，利用其较好的耐火性，能够阻止火势蔓延，为消防救援和人员疏散争取时间。

41、3、壳聚糖载料氯化钙中，聚乙二醇相配合壳聚糖，壳聚糖附近的聚乙二醇能够诱导羟基磷灰石纳米线长丝直线生长，配合壳聚糖的分隔效果以及聚乙二醇的分散效果，阻止短羟基磷灰石纳米线出现团聚问题，保证羟基磷灰石纳米线的超长生长，柔软的羟基磷灰石纳米线长丝制备的耐火纸能够贴合包覆在导体表面，提高电缆的耐火性，延长电缆的使用寿命。

42、4、耐火纸具有高柔韧性，可以任意卷曲；并且具有耐高温的优点，即使在1000℃高温下仍然可以保持其完整性；可用于书写和彩色打印，有望应用于书籍和重要文件例如档案、证书的长久安全保存。