一種耐超高溫防火電纜及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐超高溫防火電纜及其制造方法，由電纜芯及套設(shè)在電纜芯外的護(hù)套組成，護(hù)套采用納米微孔鋁合金材料制作得到，在材料基體中均勻分布大量獨(dú)立封閉的橢球形納米微孔，微孔直徑為25nm?51nm，微孔總體積占基體體積的百分比為85％?91％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用納米微孔發(fā)泡處理的鋁合金材料作為電纜金屬護(hù)套，結(jié)構(gòu)簡單，材料和制造成本大大降低，在保證電纜基本應(yīng)用性能的前提下，大幅度提高其金屬護(hù)套的機(jī)械性能，改善電纜耐腐蝕及耐候性能，顯著提高金屬護(hù)套隔熱、耐高溫、耐火焰的能力，極大地提高了電纜耐高溫和防火性能，使電纜應(yīng)用更安全。
【專利說明】
一種耐超高溫防火電纜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電纜，適用于輸配電線路器材領(lǐng)域，尤其是涉及一種耐超高溫防火電纜及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，人民生活不斷提高，實(shí)際應(yīng)用需求和客戶對電纜的安全性越來越重視，對電纜的綜合性能要求越來越高。電纜的防火性能是極其關(guān)鍵的安全性能指標(biāo)，現(xiàn)有防火電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，制造工藝復(fù)雜。如何在降低材料和生產(chǎn)成本的同時(shí)，簡化工藝，提高電纜防火性能，意義重大。
[0003]中國專利CN201741471U公開了一種銅芯導(dǎo)體硅酸鋁耐火纖維絕緣變形高溫合金護(hù)套耐火電纜，包括導(dǎo)體:具有若干導(dǎo)體，每根導(dǎo)體外均包裹有熔鑄合成云母層，每個(gè)熔鑄合成云母層外均包裹有硅酸鋁耐火纖維絕緣材料，導(dǎo)體、熔鑄合成云母層、硅酸鋁耐火纖維絕緣材料構(gòu)成導(dǎo)體棒，若干根導(dǎo)體棒外包裹有硅酸鋁耐火纖維繞包，硅酸鋁耐火纖維繞包外包裹有變形高溫合金護(hù)套。但是該專利涉及技術(shù)的工藝復(fù)雜、材料和制造成本高昂(云母和硅酸鋁耐火纖維價(jià)格昂貴)，且高溫合金的特性只是耐高溫(即在一定的溫度下保持金屬合金的機(jī)械性能)，其不具備導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)，完全沒有降低護(hù)套外界熱量傳播的能力，特別是在高溫下，合金的導(dǎo)熱系數(shù)會急劇增大，高溫合金護(hù)套會成為熱量的良導(dǎo)體，在火災(zāi)或高溫環(huán)境中，護(hù)套內(nèi)的組件會受到從護(hù)套傳導(dǎo)而來的熱量而迅速損壞。該實(shí)用新型所涉及的技術(shù)存在嚴(yán)重設(shè)計(jì)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種密度遠(yuǎn)小于鋁的密度，機(jī)械強(qiáng)度高，塑性好，加工性能好，耐酸堿腐蝕的耐超高溫防火電纜及其制造方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]—種耐超高溫防火電纜，由電纜芯及套設(shè)在電纜芯外的護(hù)套組成，所述的護(hù)套采用納米微孔鋁合金材料制作得到，在材料基體中均勻分布大量獨(dú)立封閉的橢球形納米微孔，微孔直徑為25nm-51nm，微孔總體積占基體體積的百分比為85%-91 %。
[0007]所述的納米微孔鋁合金材料包括以下重量百分比含量的組分:Fe0.32%-0.35%，Cu 0.08%-0.1%,Mg 4.2%-4.5% ,Si 0.28%-0.32% ,Mn0.21 %-0.23 % ,Zr 0.001%-0.002%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr元素之和<0.01 %。
[0008]護(hù)套材料的密度為0.243g/cm3-0.405g/cm3。
[0009]所述的護(hù)套在25°C時(shí)的等效熱導(dǎo)率為0.0302W/(m.k)-0.0539ff/(m.k)，30°C_1000C的熱膨脹系數(shù)為2.68 X 10—6/K。在高溫及火焰狀態(tài)下具有極其優(yōu)異的隔熱功能，其長期使用溫度1200°C以上，最高使用溫度可達(dá)1500°C。
[0010]所述的護(hù)套的厚度為0.5mm-1.2mm，其抗壓強(qiáng)度為655Mpa-800Mpa，抗拉強(qiáng)度375Mpa-510Mpa，所制得電纜最小彎曲半徑為7-15D。
[0011]耐超高溫防火電纜的制造方法，采用以下步驟:
[0012](I)電纜芯制備
[0013]采用鋁合金或銅作為導(dǎo)體材料，經(jīng)過熔煉、連鑄連乳、拉絲、退火和絞合制得導(dǎo)體，然后絕緣并成纜后制得電纜芯；
[0014](2)鋁合金護(hù)套制備
[0015]Fe 0.32%-0.35% ,Cu 0.08 %-0.1 % ,Mg 4.2%-4.5% ,Si 0.28%-0.32% ,Mn0.21%-0.23% ,Zr 0.001 %-0.002 %，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr元素之和<0.01% ；
[0016]將99.7%純度的工業(yè)純鋁錠放入中頻感應(yīng)電爐中熔化，再加入各元素的中間合金，保溫在750 0C-800 0C，攪拌除雜質(zhì)、精煉、除氣、除渣，然后控制溫度在750 °C-800 °C靜置30分鐘;
[0017]控制溫度在800°C添加增黏劑及發(fā)泡劑進(jìn)行微孔發(fā)泡處理，保溫靜置30分鐘，水平引鑄制成鋁合金桿，經(jīng)過擠壓機(jī)擠壓成鋁合金管；
[0018](3)電纜制備
[0019]電纜線芯同步穿過擠壓機(jī)的模芯，形成帶有鋁合金護(hù)套的耐超高溫防火電纜。
[0020]所述的增黏劑為粒徑8μπι-12μπι的Al2O3,添加量占總量的2.8-3.lwt%。
[0021 ]所述的發(fā)泡劑為TiH2，添加量占總量的1.6-2.3wt %。
[0022]本發(fā)明對金屬進(jìn)行納米微孔發(fā)泡處理，由于在發(fā)泡過程中生成氧化鋁網(wǎng)架(熔點(diǎn)超過2000°C)，鋁合金護(hù)套具有優(yōu)異的耐熱性和阻燃性，在1450°C高溫時(shí)仍能保持護(hù)套完整，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金的熔解溫度。鋁基體中均勻分布的微孔具有獨(dú)立、封閉的特點(diǎn)，微孔中的氣體的熱導(dǎo)率僅為0.025W/(m.k)，根據(jù)分子運(yùn)動及碰撞理論，氣體的熱量傳遞主要是通過高溫側(cè)的較高速度的分子與低溫側(cè)的較低速度的分子相互碰撞來進(jìn)行的，由于空氣中主要成分氮?dú)夂脱鯕獾淖杂沙叹?0nm左右，納米微孔尺寸小于這一臨界尺寸時(shí)，材料內(nèi)部就消除了對流，從本質(zhì)上切斷了氣體分子的熱傳導(dǎo)，從而可獲得比“無對流空氣更低的導(dǎo)熱系數(shù)。因此具有納米微孔結(jié)構(gòu)的鋁合金護(hù)套具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，其隔熱性能優(yōu)異。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，材料和制造成本大大降低，保證電纜基本應(yīng)用性能的前提下，大幅度提高其金屬護(hù)套的機(jī)械性能，改善電纜耐腐蝕及耐候性能，顯著提高技術(shù)護(hù)套隔熱、耐高溫、耐火焰的能力，極大地提高了電纜耐高溫和防火性能，使電纜應(yīng)用更安全。制造得到的電纜在1450 0C火焰狀態(tài)、機(jī)械沖擊、噴水的環(huán)境下，可以持續(xù)通電200分鐘。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]1、導(dǎo)體材料為鋁合金或銅，經(jīng)過熔煉、連鑄連乳、拉絲、退火和絞合制得導(dǎo)體。絕緣并成纜后制得電纜芯。
[0027]2、鋁合金護(hù)套基體材料按重量百分比:Fe 0.32% ,Cu 0.08% ,Mg 4.2% ,Si0.28%,Mn 0.21%,Zr 0.001%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr元素之和彡0.01%。
[0028]3、先將99.7%的工業(yè)純鋁錠放入中頻感應(yīng)電爐中熔化，再加入各元素的中間合金;保溫，攪拌除雜質(zhì);精煉、除氣;除渣，靜置30分鐘，溫度控制在750°C-800°C之間；期間對爐內(nèi)成分進(jìn)行分析和調(diào)整；
[0029]4、800°C時(shí)添加重量百分比2.8%的8μπι的Al2O3增黏劑，微孔發(fā)泡處理，發(fā)泡過程中添加1.6%的TiH2,保溫靜置30分鐘，水平引鑄制成鋁合金桿，經(jīng)過conform擠壓機(jī)擠壓成鋁合金管，電纜線芯同步穿過擠壓機(jī)的模芯，形成鋁合金護(hù)套。
[0030]5、所得納米微孔鋁合金護(hù)套成分按重量百分比:Fe 0.32% ,Cu 0.079% ,Mg4.15%,Si 0.288%,Mn 0.211%,Zr 0.0009%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr元素之和彡0.01%。
[0031]6、所得納米微孔鋁合金材料中，微孔平均直徑為25nm，微孔體積占基體材料體積的 86 %。
[0032]7、采用QTM-500型隔熱測試儀，按GB/T 10294-2008對制得的材料進(jìn)行測量，在25°C時(shí)的等效熱導(dǎo)率為0.0539W/(m.k)。
[0033]8、鋁合金護(hù)套的厚度為0.8mm，密度為0.405g/cm3，其抗壓強(qiáng)度為655Mpa，抗拉強(qiáng)度375Mpa，所制得電纜最小彎曲半徑為15D。
[0034]9、電纜在1450 °C火焰狀態(tài)、機(jī)械沖擊、噴水的環(huán)境下，可以持續(xù)通電200分鐘。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]1、導(dǎo)體材料為鋁合金或銅，經(jīng)過熔煉、連鑄連乳、拉絲、退火和絞合制得導(dǎo)體。絕緣并成纜后制得電纜芯。
[0037]2、鋁合金護(hù)套基體材料按重量百分比:Fe 0.34% ,Cu 0.09% ,Mg 4.3% ,Si0.30%,Mn 0.22%,Zr 0.0015%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr元素之和彡0.01%。
[0038]3、先將99.7%的工業(yè)純鋁錠放入中頻感應(yīng)電爐中熔化，再加入各元素的中間合金;保溫，攪拌除雜質(zhì);精煉、除氣;除渣，靜置30分鐘，溫度控制在750°C-800°C之間；期間對爐內(nèi)成分進(jìn)行分析和調(diào)整；
[0039]4、800°C時(shí)添加重量百分比2.8%的ΙΟμπι的Al2O3增黏劑，微孔發(fā)泡處理，發(fā)泡過程中添加2.1 %的TiH2，保溫靜置30分鐘，水平引鑄制成鋁合金桿，經(jīng)過conform擠壓機(jī)擠壓成鋁合金管，電纜線芯同步穿過擠壓機(jī)的模芯，形成鋁合金護(hù)套。
[0040]5、所得納米微孔鋁合金護(hù)套成分按重量百分比:Fe 0.33% ,Cu 0.08% ,Mg4.2% ,Si 0.29% ,Mn 0.22% ,Zr 0.0014%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr 元素之和<0.01%。
[0041]6、所得納米微孔鋁合金材料中，微孔平均直徑為32nm，微孔體積占基體材料體積的 89 %。
[0042]7、采用QTM-500型隔熱測試儀，按GB/T 10294-2008對制得的材料進(jìn)行測量，在25°C時(shí)的等效熱導(dǎo)率為0.0366W/(m.k)。
[0043]8、鋁合金護(hù)套的厚度為0.8111111，密度為0.2978/0113，其抗壓強(qiáng)度為6901^&，抗拉強(qiáng)度435Mpa，所制得電纜最小彎曲半徑為12D。
[0044]9、電纜在1450 °C火焰狀態(tài)、機(jī)械沖擊、噴水的環(huán)境下，可以持續(xù)通電200分鐘。
[0045]實(shí)施例3:
[0046]1、導(dǎo)體材料為鋁合金或銅，經(jīng)過熔煉、連鑄連乳、拉絲、退火和絞合制得導(dǎo)體。絕緣并成纜后制得電纜芯。
[0047]2、鋁合金護(hù)套基體材料按重量百分比:Fe 0.35% ,Cu 0.1% ,Mg 4.5% ,Si0.32%,Mn 0.22%,Zr 0.002%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr元素之和彡0.01%。
[0048]3、先將99.7%的工業(yè)純鋁錠放入中頻感應(yīng)電爐中熔化，再加入各元素的中間合金;保溫，攪拌除雜質(zhì);精煉、除氣;除渣，靜置30分鐘，溫度控制在750°C-800°C之間；期間對爐內(nèi)成分進(jìn)行分析和調(diào)整；
[0049]4、800°C時(shí)添加重量百分比3.1%的ΙΟμπι的Al2O3增黏劑，微孔發(fā)泡處理，發(fā)泡過程中添加2.3 %的TiH2，保溫靜置30分鐘，水平引鑄制成鋁合金桿，經(jīng)過conform擠壓機(jī)擠壓成鋁合金管，電纜線芯同步穿過擠壓機(jī)的模芯，形成鋁合金護(hù)套。
[0050]5、所得納米微孔鋁合金護(hù)套成分按重量百分比:Fe 0.34% ,Cu 0.09% ,Mg0.44% ,Si 0.31% ,Mn 0.23% ,Zr 0.002%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中T1、V、Cr 元素之和<0.01%。
[0051]6、所得納米微孔鋁合金材料中，微孔平均直徑為51nm，微孔體積占基體材料體積的 91 %。
[0052]7、采用QTM-500型隔熱測試儀，按GB/T 10294-2008對制得的材料進(jìn)行測量，在25°C時(shí)的等效熱導(dǎo)率為0.0302W/(m.k)。
[0053]8、鋁合金護(hù)套的厚度為1.2111111，密度為0.2438/0113，其抗壓強(qiáng)度為8001^&，抗拉強(qiáng)度510Mpa，所制得電纜最小彎曲半徑為7D。
[0054]9、電纜在1450 °C火焰狀態(tài)、機(jī)械沖擊、噴水的環(huán)境下，可以持續(xù)通電200分鐘。
[0055]所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐超高溫防火電纜，由電纜芯及套設(shè)在電纜芯外的護(hù)套組成，其特征在于，所述的護(hù)套采用納米微孔鋁合金材料制作得到，在材料基體中均勻分布大量獨(dú)立封閉的橢球形納米微孔，微孔直徑為25nm-51nm，微孔總體積占基體體積的百分比為85%-91%o2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐超高溫防火電纜，其特征在于，所述的納米微孔鋁合金材料包括以下重量百分比含量的組分:Fe 0.32%-0.35% ,Cu 0.08%-0.1 % ,Mg 4.2%-4.5% ,Si 0.28%-0.32% ,Mn 0.21%-0.23% ,Zr 0.0Ol %_0.002%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中11、￥、0元素之和彡0.01%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐超高溫防火電纜，其特征在于，護(hù)套材料的密度為0.243g/cm3-0.405g/cm3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐超高溫防火電纜，其特征在于，所述的護(hù)套在25°C時(shí)的等效熱導(dǎo)率為0.0302W/(m.k)-0.0539ff/(m.k)，30°C-1000°C的熱膨脹系數(shù)為2.68X 10一6/K。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐超高溫防火電纜，其特征在于，所述的護(hù)套的厚度為0.5mm-l.2mm，其抗壓強(qiáng)度為655Mpa-800Mpa，抗拉強(qiáng)度375Mpa-510Mpa，所制得電纜最小彎曲半徑為7-15D。6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的耐超高溫防火電纜的制造方法，其特征在于，該方法采用以下步驟: (1)電纜芯制備 采用鋁合金或銅作為導(dǎo)體材料，經(jīng)過熔煉、連鑄連乳、拉絲、退火和絞合制得導(dǎo)體，然后絕緣并成纜后制得電纜芯； (2)鋁合金護(hù)套制備 Fe 0.32%-0.35% ,Cu 0.08 %-0.1 % ,Mg 4.2%_4.5%，Si 0.28%-0.32% ,Mn0.21%-0.23%,Zr 0.001%_0.002%，其余為鋁，所含雜質(zhì)中 T1、V、Cr 元素之和<0.01% ; 將99.7 %純度的工業(yè)純鋁錠放入中頻感應(yīng)電爐中熔化，再加入各元素的中間合金，保溫在7500C-8000C，攪拌除雜質(zhì)、精煉、除氣、除渣，然后控制溫度在750°C-800°C靜置30分鐘； 控制溫度在800°C添加增黏劑及發(fā)泡劑進(jìn)行微孔發(fā)泡處理，保溫靜置30分鐘，水平引鑄制成鋁合金桿，經(jīng)過擠壓機(jī)擠壓成鋁合金管； (3)電纜制備 電纜線芯同步穿過擠壓機(jī)的模芯，形成帶有鋁合金護(hù)套的耐超高溫防火電纜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種耐超高溫防火電纜的制造方法，其特征在于，所述的增黏劑為粒徑8μπι-12μπι的Al2O3,添加量占總量的2.8-3.lwt%。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種耐超高溫防火電纜的制造方法，其特征在于，所述的發(fā)泡劑為TiH2，添加量占總量的1.6-2.3wt %。
【文檔編號】H01B13/22GK105976929SQ201610571509
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】於國良, 吳振江, 范雷方
【申請人】上海新益電力線路器材有限公司