陶铠陶瓷化聚烯烃及其在耐火电线电缆方面的应用

陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃

及其在耐火电线电缆方面的应用

赵源

陶铠高分子材料（上海）科技中心

摘要：本文介绍了新近研制的陶铠超硬陶瓷化聚烯烃，以及在耐火电线电缆方面的实际应用；探讨和分析了目前防火耐火电缆所用的耐火绝缘材料，如防火泥、云母带、氧化镁、陶瓷化耐火硅橡胶及其复合带、云母粉和滑石粉高填充橡胶等做耐火绝缘层的技术特性。

关键词：陶铠陶瓷化聚烯烃耐火防火硅橡胶复合带云母带隔氧泥云母粉滑石粉氧化镁矿物绝缘电缆柔性防火电缆应用

公司的发展：陶铠高分子材料（上海）科技中心是目前唯一一家专业致力、专注研究、开

发陶瓷化防火耐火高分子聚合物材料的高科技、先进新材料的科技公司，我们的“陶瓷化”研究始于2005年，是国内外最早专业专注开发、研究橡胶和塑料高分子聚合物的“陶瓷化”的专业研究机构。

——2005-2006年首次在国内外发明并推广应用了——“陶瓷化防火耐火电线电缆硅橡胶（挤出型）”；——2010年首次在国内外发明并推广应用了——”陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带（绕包型）“；——2013年首次在国内外发明并推广应用了——”陶瓷化防火耐火云母带（绕包型）“；——2014年首次在国内外发明并推广应用了——”陶铠陶瓷化耐火聚烯烃（热塑型）“；——2014年首次在国内外发明并推广应用了——”陶铠陶瓷化低烟无卤阻燃聚烯烃（注射型）“；——2015年首次在国内外发明了——”陶铠陶瓷化低烟低卤阻燃聚烯烃（热塑型）“；

——2015年首次在国内外发明了——”陶铠陶瓷化耐火聚烯烃（辐照交联型）“；

——2015年首次在国内外发明了——”陶铠陶瓷化耐火聚烯烃（化学交联型）“；

——2015年首次在国内外发明了——”陶铠陶瓷化耐火热塑性弹性体“；

——2015年首次在国内外发明了——”陶铠陶瓷化耐火橡胶“。

——2015年首次在国内外发明了——”陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃（热塑型）“；

——2015年首次在国内、外发明了——”陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃（辐照交联型）“；——2015年首次在国内、外发明了——”陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃（化学交联型）“；——2015年研发出——常温固化陶铠陶瓷化防火耐火无机氧化物矿物隔氧填充泥。

一、防火耐火电线电缆的现状浅析

近年来，随着人们的安全意识的不断加强，国内外对电线电缆的防火耐火等级的要求也进一步提高。下面是不同国家和地区的耐火电缆标准试验条件的对比。

表1：世界各国耐火电缆试验条件对比

为达到上述标准的要求，国内外研发了各种不同结构和材料的耐火电线电缆。下面就国内外的防火耐火电线电缆及其耐火填充、绝缘层材料做一个探讨。

1、云母带耐火电缆：是将耐火云母带绕包在导体或缆芯上，达到上述部分标准的要求。耐火云母带是最早用于耐火电线电缆的耐火绝缘材料，其特点是：

（1）耐燃烧性好，合成金云母带最高可达到A级耐火水平（950一1000℃），金云母可达到840℃电压1000V的条件下可保证90min不发生击穿，但不耐喷淋和震动；

(2)膨胀系数小、介电强度大、电阻率高和介电常数均匀，吸潮后绝缘性能下降迅速。2、氧化镁矿物绝缘电缆(MI电缆)：MI电缆由铜芯、氧化镁、铜护套加工而成的，简称MI （minerl insulated cables）电缆。该电缆完全由无机物矿物构成绝缘层和耐火层。

MI电缆的特点具有良好的耐火特性，可以承受震动和喷淋；但价格贵、工艺复杂、施工难度大。

3、柔性防火电缆：柔性防火电缆和MI电缆的结构基本相同，它是将坚硬的氧化镁耐火层

改为耐火云母带，或是耐火云母带＋陶瓷化复合带，或是陶瓷化硅橡胶，或是陶瓷化复合带，或是云母粉或滑石粉等填充的硅橡胶或橡胶，或是采用防火泥，成缆后再挤出橘红色的低烟无卤料；护套由刚性的改成了可弯曲的铜轧管或铝合金轧管，或连锁铠装等，有些在轧管外再挤出护套料等等。

图1、2矿物质防火耐火电缆

表2 上述这些防火耐火电线电缆各有优势，下面做一个比较：

以上探讨了防火耐火电线电缆所用耐火绝缘层材料的特性，下面就陶铠陶瓷化耐火聚烯烃及其在防火耐火电线电缆方面的探索性应用做一个简要的介绍。

二、陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃

1、陶瓷化高分子材料的研究和应用概况：

“陶瓷化”是指在高分子聚合物（塑料、橡胶和热塑性弹性体）中加入功能性新材料，在300℃以上的有氧或无氧的情况下，烧结成非常坚硬的陶瓷状无机物壳体支撑体。

陶瓷化耐火硅橡胶在很多方面不同程度的解决了上述几种防火耐火电缆材料存在的缺陷和问题，由于陶瓷化耐火硅橡胶应用于防火耐火电线电缆的工艺的特殊性，限制了其进一步广泛推广和应用，2010年将其研发做成绕包型的陶瓷化复合带，陶瓷化复合带解决

了其生产工艺的问题，由于价格问题陶瓷化复合带的推广和应用又受到了制约，人们呼吁

着工艺简化、质量优异、性能安全、绿色环保、即耐火又防火，价格更加低廉的防火耐火

高分子材料的诞生。

2014年，我们研发推出的——陶瓷化无卤低烟阻燃陶瓷化耐火聚烯烃（热塑型），由

于其过多的考虑了防火阻燃的性能，结壳速度受到很大程度的影响，使其耐火性能不能够

很好的发挥；根据我们长期潜心的研究和同行专家的研究结果表明，陶瓷化聚烯烃要想同

时具备阻燃防火和耐火的性能是极其困难的，但是在防火耐火电线电缆的结构上，可以通

过不同的组合设计，有可能达到这两方面的统一，这还有待电缆行业的专家们做进一步的

研究和探索。

2、陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃

在陶瓷化无卤低烟阻燃陶瓷化耐火聚烯烃（热塑型）的基础上，为进一步加强其耐火

性能，提高其结壳速度，2015年我们又研发了陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃，重点强化了结

壳性、结壳速度和耐火性，防火阻燃性能有所弱化。

如何使得陶瓷化耐火聚烯烃兼具防火阻燃和耐火的性能，可以在电缆结构设计上进行

一个探讨，在外护套上也要采用不滴落的材料做外护层，从而达到既耐火又阻燃，可以起

到一定的挡火、隔温的作用。

陶铠超硬陶瓷化耐火聚烯烃电缆料具备以下的特性：

（1）优良的绝缘性能

不吸水、不吸潮，常温下介电强度22～25KV/mm,体积电阻率可达2×1014Ω·M；

在烧蚀后坚硬的铠体断面会生成致密均匀的陶瓷无机物支撑体，C-C链被烧成

CO2气体逸出，碳的残存量非常低，所以陶瓷化后坚硬的铠体的介电强度大于

35KV/mm以上，体积电阻率大于2×1018Ω·M，喷水后依然有良好的绝缘性能；

（2）优异的耐火、隔水性能

具有一定的阻燃性能，；在300-2000℃有焰、无焰情况下，不熔融，不滴落，不脱落，能烧成非常坚硬的陶瓷状铠体支撑体，温度越高、时间越长烧后的陶瓷

状铠体越坚硬，残余物为无机物，残余量可达75-85%，陶瓷状致密均匀坚硬的

陶瓷体支撑物可以起到很好的隔火、隔热效果，喷淋、震动后不会掉落；

图3：中压耐火试验图4：950—1000℃×90min烧后的3芯交联聚乙

烯绝缘层的情况