金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法

《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》涉及电缆领域，特别涉及一种金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法。

随着经济发展，高新技术不断更新，产品向高层次发展，地铁、电站、化工厂、船舰、高层建筑、信息产业等重点工程和人员与设备密集场所对防火等级要求越来越高，而这些区域的1千伏级电力电缆因受复杂自然因素和敷设环境的影响有可能发生电力事故，为了使电力事故不会酿成火灾，或在遭受火灾破坏的情况下不会使电力电缆酿成次生事故，要求电力电缆需具有可靠的防火功能，因此，防火电缆的使用日益广泛。

图1是《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》金属管套无机矿物绝缘防火电缆的结构示意图；

图2是该发明SiO₄^4-形成的空间化学结构图；

图3是该发明硅酸钠形成的链状结构图；

图4是该发明一种类似三维网状骨架系列结构图。

2020年7月17日，《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。 2100433B

以下结合附图1至4给出的实施例，进一步说明《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》金属管套无机矿物绝缘防火电缆的具体实施方式。该发明金属管套无机矿物绝缘防火电缆不限于以下实施例的描述。如图1所示，该发明金属管套无机矿物绝缘防火电缆，包括主线芯；所述主线芯包括导体1和依次绕包在导体1外的无机矿物绝缘带2、第一无机阻燃带绝热层3和绝缘层4，绝缘层4外挤制铝合金管套5；主线芯绞合成缆后填充无机矿物降温隔火层6，无机矿物降温隔火层6外绕包第二无机阻燃带绝热层7，第二无机阻燃带绝热层7外挤包阻燃护套8。该发明金属管套无机矿物绝缘防火电缆在导体外依次绕包无机矿物绝缘带、无机阻燃带绝热层；无机阻燃带绝热层外挤包绝缘层，绝缘层、第一无机阻燃带绝热层与无机矿物绝缘带形成复合绝缘结构，解决了无机矿物绝缘带容易受潮的特性，电气绝缘性能优异，无机阻燃带绝热层起到耐火绝热的作用；绝缘层外挤制铝合金管套，铝合金管套具有优异的防撞击、防水、防腐以及抗蠕变性能，降低电缆运行风险，解决了铝管的蠕变带来的缺陷，其特有的抗蠕变性能整体提高了电缆的安全性能；主线芯绞合成缆后填充无机矿物降温隔火层，起到降温和隔火的功能，延缓电缆内部温升。无机矿物绝缘带为分解温度在800℃的无卤无机矿物绝缘带，无机矿物绝缘带常温下体积电阻率不小于1010欧米茄·米。

绝缘层为挤包在无机阻燃带绝热层外的辐照交联无卤阻燃聚烯烃绝缘层，辐照交联无卤阻燃聚烯烃绝缘层经电子加速器辐照交联后常温下体积电阻率不小于1014欧米茄·米，具有优异的物理机械性能和电气性能。无机矿物降温隔火层采用氢氧化镁金属水合物，它具有降温、隔火的功能，延缓电缆内部温升；形成多孔网状骨架结构后，该结构其绝热、隔绝火源功能，同时形成的多孔结构可以吸附在燃烧过程中烟气。无机矿物金属水合物降温隔火层外绕包无机矿物阻燃带绝热层，并挤包无卤低烟阻燃聚烯烃外护套。电缆所用材料均为无卤低烟材料，为环保电缆。 如图1所示，主线芯的根数可以为单根或者多根，图中实施例给出的主线芯为五根，五根主线芯环状对称分布在第二无机阻燃带绝热层7内。所述导体1是由若干圆形金属丝拉丝退火绞制而成。阻燃护套8为无卤低烟阻燃聚烯烃护套。电缆所用材料均为无卤低烟材料，为环保电缆。

如图1所示，所述无机矿物绝缘带2为分解温度在800℃的无卤无机矿物绝缘带，无机矿物绝缘带2常温下体积电阻率不小于1010欧米茄·米。在无机矿物绝缘带2外绕包第一无机阻燃带绝热层3，起耐火绝热的作用。所述绝缘层4为挤包在第一无机阻燃带绝热层3外的辐照交联无卤阻燃聚烯烃绝缘层，辐照交联其独有的固态交联优势在于交联速率高、氧阻聚作用小、交联均匀、分子结构稳定，辐照交联无卤阻燃聚烯烃经过电子加速器辐照交联后，其物理机械性能、电气性能得到极大的优化提升，尤其是辐照交联后常温下其体积电阻率不小于1014欧米茄·米。电缆采用无机矿物绝缘带2与辐照交联聚烯烃复合绝缘结构，首先解决了无机矿物绝缘带2容易受潮的特性；其次在正常工作温度下，由于有辐照交联聚烯烃绝缘层的电缆的电气绝缘性能较普通绝缘电气性能优异，在遇明火侵袭后在800℃以内由无机矿物绝缘带2作为绝缘层，一定时间内可保证电缆的电路电气完整性。

复合绝缘后在绝缘层4外挤制铝合金管套5，铝合金管套5在防撞击、防水、防腐、以及接头性能上大大提高了电缆的整体性能，如敷设环境或者明火侵袭后，电缆可能会遇到喷淋和机械撞击，铝合金管套5的结构设计保证电路电气在一定的时间内不会遭到破坏，保证电路电气的完整性。从接线角度分析铝合金管的优势在于其优良的抗蠕变性能，大大降低电缆接线处的风险，解决了铝管的蠕变带来的缺陷，铝合金其特有的抗蠕变性能整体提高了电缆的安全性能。

如图1-4所示，主线芯多芯成缆或单芯外填充无机矿物降温隔火层6，该隔火层采用氢氧化镁金属水合物为主要材料形成的结构层，它具有降温、隔火、挡火的功能。无机矿物金属水合物主要由硅酸钠、氢氧化镁、胶结剂等组成。其中硅酸钠具有胶结作用，在空气CO₂作用下，从溶液中可析出SiO₂胶体：

NaO·mSiO₂ CO₂ nH₂O＝NaCO₃ mSiO₂·nH₂O；析出的胶体SiO₂是一种新生态的SiO₂，具有极大的活性，他们包裹在细分周围，粘附在骨料表面，将氢氧化镁颗粒粘结在一起。氢氧化镁颗粒不断吸水的同时，SiO₂胶体水分不断减少，凝胶逐渐浓缩，紧密地胶结在氢氧化镁颗粒表面，从而使物料成为一个整体。从分子结构角度分析该金属水合物的化学结构如下：硅酸钠溶液空间立体化学结构由Si-O共价键决定的，Si原子位于正四面体的基本单元机构SiO₄^4-，这些基本结构单元可以通过不同的方式结合成链状、环状、层状及立方网格结构的阴离子（如图2所示），这些阴离子通过金属钠离子把它们连接起来形成链状结构（如图3所示），SiO₄^4-正四面体通过共用不同的氧原12-子数而形成不同的硅氧基团的阴离子，如SiO₄^4-、Si₂O₇^2-、Si₃O₆^6-、Si₆O₁₈^12-等，加入氢氧化镁、胶结剂后分子由线型、面型变为三维结构，形成的分子结构类似于图4的三维网状结构。该结构层在350℃以下温度时逐渐释放出该层结构中的游离水分子，游离水分子释放过程中，蒸发降温，延缓电缆内部温升。等游离水分子蒸发殆尽时，该层结构成多孔网状结构。多孔网状结构温度上升到350℃时，其中氢氧化镁Mg（OH）₂开始进行化学反应，释放出结晶水分子。由于多孔网状结构其保温绝热作用，延缓氢氧化镁发生化学反应，同时延缓结晶水分子蒸发。使该层结构水分子随温度时间的蒸发的速率在350℃前，与时间的二次方呈正相关递增关系，350℃以后温升水分子蒸发速率，与时间的二次方呈正相关递减关系。最终形成多孔网状骨架结构的绝热、隔火材料，进一步起到隔绝火源，延缓电缆内部结构温升。同时形成的多孔结构可以吸附在燃烧过程中烟气。

该发明铝合金管无机矿物防火电缆，正常工作温度下，由于其采用复合绝缘结构设计，电缆具有优良的电气绝缘性能，铝合金管套结构设计，使得电缆具有良好的防水性性能，其绝缘、填充、护套等结构均为无卤低烟材料，电缆为无卤低烟环保电缆。电缆遇火灾时，由于其阻燃护套，无机矿物金属水合物降温隔火层短时间内使电缆内部温度不超过500℃，电缆导体外无卤矿物绝缘带可承受800℃，保证电缆可以通过BS6387《在火灾情况下保持电路完好的电缆性能要求规范》C.W.Z级试验。因而电缆能够较好地适应对阻燃耐火等级要求较高场所的使用需要，而且结构合理，设计新颖。

下面说明该发明金属管套无机矿物绝缘防火电缆的加工方法，包括以下步骤：

步骤一，将圆形金属丝拉丝退火并绞制成导体1，在导体1外依次绕包无机矿物绝缘带2和第一无机阻燃带绝热层3；

步骤二，在第一无机阻燃带绝热层3外挤包辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘层4，并采用电子加速器辐照进行辐照交联；无机矿物绝缘带2、第一无机阻燃带绝热层3和绝缘层4形成复合绝缘结构；

步骤三，绝缘层4外采用铝管挤制机进行铝合金管挤出工艺，绝缘层4外包覆铝合金管套5，形成电缆的主线芯；

步骤四，主线芯绞合成缆后，填充无机矿物降温隔火层6；图中给出的实施例主线芯为五根，五根主线芯环状对称分布绞合成缆；

步骤五，在无机矿物降温隔火层6外绕包第二无机阻燃带绝热层7，第二无机阻燃带绝热层7外挤包无卤阻燃护套8。

金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法专利目的

《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》的目的在于克服2015年3月之前技术的缺陷，提供一种绝缘性强，防火性能可靠，结构合理，设计新颖的金属管套无机矿物绝缘防火电缆。

金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法技术方案

《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》采用了如下技术方案：

一种金属管套无机矿物绝缘防火电缆，包括主线芯；所述主线芯包括导体1和依次绕包在导体1外的无机矿物绝缘带2、第一无机阻燃带绝热层3和绝缘层4，绝缘层4外挤制铝合金管套5；主线芯绞合成缆后填充无机矿物降温隔火层6，无机矿物降温隔火层6外绕包第二无机阻燃带绝热层7，第二无机阻燃带绝热层7外挤包阻燃护套8。

进一步，所述无机矿物绝缘带2为分解温度在800℃的无卤无机矿物绝缘带；所述绝缘层4为挤包在第一无机阻燃带绝热层3外的辐照交联无卤阻燃聚烯烃绝缘层，绝缘层4、第一无机阻燃带绝热层3与无机矿物绝缘带2形成复合绝缘结构。

进一步，所述无机矿物降温隔火层6为在线芯绞合成缆后填加的氢氧化镁无机矿物金属水合物。

进一步，所述氢氧化镁无机矿物金属水合物包括硅酸钠、氢氧化镁和胶结剂。

进一步，所述无机矿物降温隔火层6为三维网状结构；所述无机矿物降温隔火层6遇热后形成多孔网状骨架结构。

进一步，所述阻燃护套8为无卤低烟阻燃聚烯烃护套。

进一步，所述主线芯至少为一根。

进一步，所述主线芯为五根，五根主线芯环状对称分布在第二无机阻燃带绝热层7内。

一种金属管套无机矿物绝缘防火电缆的加工方法，包括以下步骤：

步骤一，将圆形金属丝拉丝退火并绞制成导体1，在导体1外依次绕包无机矿物绝缘带2和第一无机阻燃带绝热层3；

步骤二，在第一无机阻燃带绝热层3外挤包辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘层4；无机矿物绝缘带2、第一无机阻燃带绝热层3和绝缘层4形成复合绝缘结构；

步骤三，绝缘层4外采用铝管挤制机进行铝合金管挤出工艺，绝缘层4外包覆铝合金管套5，形成电缆的主线芯；

步骤四，主线芯绞合成缆后，填充无机矿物降温隔火层6；

步骤五，在无机矿物降温隔火层6外绕包第二无机阻燃带绝热层7，第二无机阻燃带绝热层7外挤包阻燃护套8。

进一步，所述无机矿物降温隔火层6为在线芯绞合成缆后填加的氢氧化镁无机矿物金属水合物；氢氧化镁无机矿物金属水合物包括硅酸钠、氢氧化镁、胶结剂；其中硅酸钠具有胶结作用，在空气CO₂作用下，从溶液中可析出一种新生态的SiO₂胶体，化学方程式如下：

NaO·mSiO₂ CO₂ nH₂O＝NaCO₃ mSiO₂·nH₂O；加入氢氧化镁、胶结剂后，析出的具有极大活性的胶体SiO₂粘附在氢氧化镁颗粒表面，将氢氧化镁颗粒粘结在一起；氢氧化镁颗粒不断吸水的同时，SiO₂胶体水分不断减少，紧密地胶结在氢氧化镁颗粒表面，形成三维网状结构。

金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法改善效果

《金属管套无机矿物绝缘防火电缆及其加工方法》金属管套无机矿物绝缘防火电缆在导体外依次绕包无机矿物绝缘带、无机阻燃带绝热层；无机阻燃带绝热层外挤包绝缘层，与无机矿物绝缘带形成复合绝缘结构，解决了无机矿物绝缘带容易受潮的特性，电气绝缘性能优异，无机阻燃带绝热层起到耐火绝热的作用；绝缘层外挤制铝合金管套，铝合金管套具有优异的防撞击、防水、防腐以及抗蠕变性能，降低电缆运行风险，解决了铝管的蠕变带来的缺陷，其特有的抗蠕变性能整体提高了电缆的安全性能；主线芯绞合成缆后填充无机矿物降温隔火层，起到降温和隔火的功能，延缓电缆内部温升。无机矿物绝缘带为分解温度在800℃的无卤无机矿物绝缘带，无机矿物绝缘带常温下体积电阻率不小于1010欧米茄·米。绝缘层为挤包在无机阻燃带绝热层外的辐照交联无卤阻燃聚烯烃绝缘层，辐照交联无卤阻燃聚烯烃绝缘层经电子加速器辐照交联后常温下体积电阻率不小于1014欧米茄·米，具有优异的物理机械性能和电气性能。无机矿物降温隔火层采用氢氧化镁金属水合物，它具有降温、隔火的功能，延缓电缆内部温升；形成多孔网状骨架结构后，该结构其绝热、隔绝火源功能，同时形成的多孔结构可以吸附在燃烧过程中烟气。无机矿物金属水合物降温隔火层外绕包无机矿物阻燃带绝热层，并挤包无卤低烟阻燃聚烯烃外护套。电缆所用材料均为无卤低烟材料，为环保电缆。

1.一种金属管套无机矿物绝缘防火电缆的加工方法，包括以下步骤：步骤一，将圆形金属丝拉丝退火并绞制成导体（1），在导体（1）外依次绕包无机矿物绝缘带（2）和第一无机阻燃带绝热层（3）；步骤二，在第一无机阻燃带绝热层（3）外挤包辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘层（4）；无机矿物绝缘带（2）、第一无机阻燃带绝热层（3）和绝缘层（4）形成复合绝缘结构；步骤三，绝缘层（4）外采用铝管挤制机进行铝合金管挤出工艺，绝缘层（4）外包覆铝合金管套（5），形成电缆的主线芯；步骤四，主线芯绞合成缆后，填充无机矿物降温隔火层（6）；步骤五，在无机矿物降温隔火层（6）外绕包第二无机阻燃带绝热层（7），第二无机阻燃带绝热层（7）外挤包阻燃护套（8）。

2.根据权利要求1所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆的加工方法，其特征在于：所述无机矿物降温隔火层（6）为在线芯绞合成缆后填加的氢氧化镁无机矿物金属水合物；氢氧化镁无机矿物金属水合物包括硅酸钠、氢氧化镁、胶结剂；其中硅酸钠具有胶结作用，在空气CO₂作用下，从溶液中可析出一种新生态的SiO₂胶体，化学方程式如下：NaO·mSiO₂ CO₂ nH₂O＝NaCO₃ mSiO₂·nH₂O；加入氢氧化镁、胶结剂后，析出的具有极大活性的胶体SiO₂粘附在氢氧化镁颗粒表面，将氢氧化镁颗粒粘结在一起；氢氧化镁颗粒不断吸水的同时，SiO₂胶体水分不断减少，紧密地胶结在氢氧化镁颗粒表面，形成三维网状结构。

3.一种采用权利要求1或2所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆的加工方法制作的金属管套无机矿物绝缘防火电缆，其特征在于：所述无机矿物绝缘带（2）为分解温度在800℃的无卤无机矿物绝缘带。

4.根据权利要求3所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆，其特征在于：所述无机矿物降温隔火层（6）遇热后形成多孔网状骨架结构。

5.根据权利要求3所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆，其特征在于：所述阻燃护套（8）为无卤低烟阻燃聚烯烃护套。

6.根据权利要求3所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆，其特征在于：所述主线芯至少为一根。

7.根据权利要求3或6所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆，其特征在于：所述主线芯为五根，五根主线芯环状对称分布在第二无机阻燃带绝热层（7）内。

8.一种采用权利要求1所述的金属管套无机矿物绝缘防火电缆的加工方法制作的金属管套无机矿物绝缘防火电缆，其特征在于：所述无机矿物降温隔火层（6）为在线芯绞合成缆后填加的氢氧化镁无机矿物金属水合物；所述氢氧化镁无机矿物金属水合物包括硅酸钠、氢氧化镁和胶结剂；所述无机矿物降温隔火层（6）为三维网状结构；所述无机矿物降温隔火层（6）遇热后形成多孔网状骨架结构。

《教育部中等职业教育示范专业规划教材(机械加工技术专业)·金属材料及其成形加工》是为了适应中等职业技术教育的发展需要，由机械工业出版社组织编写的系列教材之一。共15单元，主要包括金属材料及其成形加工过程、金属材料基础知识、非合金钢、钢的热处理、低合金钢与合金钢、铸铁、非铁金属及其合金、铸造成形、锻压成形、焊接成形、金属切削加工基础、钳工、特种加工与数控加工、切削加工工艺过程制订、机械装配等内容。

前言

绪论

第一单元 金属材料及其成形加工过程简介

模块一 金属材料的分类

模块二 钢铁材料生产过程简介

模块三 机械产品制造过程简介

模块四 机械产品加工工艺方法简介

综合训练

第二单元 金属材料基础知识

模块一 金属材料的性能

模块二 金属材料的晶体结构

模块三 纯金属的结晶过程

模块四 金属材料的同素异构转变

模块五 合金的相结构

模块六 合金结晶过程

模块七 金属材料铸锭组织特征

模块八 铁碳合金的基本组织

模块九 铁碳合金相图

综合训练

第三单元 非合金钢

模块一 杂质元素对钢材性能的影响

模块二 非合金钢的分类

模块三 非合金钢的牌号及用途

综合训练

第四单元 钢的热处理

模块一 钢在加热时的组织转变

模块二 钢在冷却时的组织转变

模块三 退火与正火

模块四 淬火

模块五 回火

模块六 表面热处理与化学热处理

综合训练

第五单元 低合金钢与合金钢

模块一 合金元素在钢材中的作用

模块二 低合金钢和合金钢的分类与牌号

模块三 低合金钢

模块四 合金钢

综合训练

第六单元 铸铁

模块一 铸铁概述

模块二 常用铸铁

模块三 合金铸铁

综合训练

第七单元 非铁金属及其合金

模块一 铝及铝合金

模块二 铜及铜合金

模块三 钛及钛合金

模块四 滑动轴承合金

模块五 硬质合金

综合训练

第八单元 铸造成形

模块一 铸造概述

模块二 砂型铸造

模块三 金属铸造性能

模块四 特种铸造简介

综合训练

第九单元 锻压成形

模块一 锻压概述

模块二 金属锻压加工基础知识

模块二 金属锻造工艺

模块四 冲压

综合训练

第十单元 焊接成形

模块一 焊接概述

模块二 焊条电弧焊

模块三 气焊与气割

模块四 其他焊接方法简介

模块五 常用金属材料的焊接

综合训练

第十一单元 金属切削加工基础

模块一 金属切削加工概述

模块二 切削加工运动分析及切削要素

模块三 切削刀具

模块四 金属切削过程中的物理现象

模块五 金属切削机床的分类和编号

模块六 车床及车削加工

模块七 钻床及钻削加工、镗床及镗削加工

模块八 刨床及刨削加工、插床及插削加工

模块九 铣床及铣削加工

模块十 磨床及磨削加工

模块十一 圆柱齿轮齿形加工方法

模块十二 精密加工方法简介

综合训练

第十二单元 钳工

模块一 钳工概述

模块二 划线

模块三 錾削

模块四 锯削

模块五 锉削

模块六 钻孔、扩孔和铰孔

模块七 攻螺纹和套螺纹

模块八 刮削

模块九 弯曲、矫正

综合训练

第十三单元 特种加工与数控加工简介

模块一 常用特种加工方法简介

模块二 数控加工简介

综合训练

第十四单元 切削加工工艺过程制订

模块一 切削加工工艺过程概述

模块二 零件的安装和定位基准

模块三 零件切削加工工艺过程的制订

综合训练

第十五单元 机械装配

模块一 机械装配概述

模块二 机械装配方法

模块三 机械装配工艺规程的制订

综合训练

参考文献