本发明属于电力电缆材料领域，尤其涉及一种陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆，适用于有耐火要求的电力传输场合，如应用在舰船、海上石油平台、港口机械、电力传输、高层建筑等，本发明还涉及该陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆的加工工艺。
背景技术：
中压耐火电缆的结构是由其在高压下运行的电气参数决定的，绝缘线芯必须由导体、导体屏蔽、交联聚乙烯或乙丙橡皮绝缘，以及绝缘屏蔽等组成，因此低压耐火电缆使用的云母带和矿物绝缘不能应用于中压电缆。目前常见的中压耐火电缆结构是在普通中压电缆的缆芯外用挤包或绕包陶瓷化硅橡胶/聚烯烃作为耐火层，再在耐火层外设计隔氧层，在隔氧层外设置铠装层、外护套。当发生火灾或受到600℃以上温度烘烤后，陶瓷化硅橡胶被烧结成“陶瓷”状的坚硬的无机物壳体，以此来实现耐火功能。
现有中压耐火电缆存在以下不足之处：当外界温度很高或遭遇火焰时，陶瓷化硅橡胶耐火层形成的陶瓷烧结层不能产生很好的隔热功能，而电缆结构中线芯绝缘层使用的半导电屏蔽料、交联聚乙烯或乙丙橡胶绝缘，正常的工作温度仅90℃，如遇高温，绝缘层会软化，在通电状态下很容易被击穿，因此，该种耐火电缆不能持续较高的温度、较长的耐火时间，且耐火性能不好。而且现有中压耐火电缆结构复杂，制造成本、外径和重量都相对比较大。因此急需提供一种实用的中压耐火电缆材料，克服现有材料的上述缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了解决这一技术问题，而提供一种陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆，该中压耐火电缆在高温或火焰中仍能保持良好的稳定性，陶瓷化效果好，耐火性能好，可以很好应对火灾等突发情况。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆，包括缆芯、挤包在缆芯外的内护套、包在内护套外的铠装层、以及挤包在铠装层外的外护套，所述缆芯由三根绝缘线芯和中心填充成缆而成，所述绝缘线芯从内到外依次由导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、以及包在绝缘屏蔽外的金属屏蔽层组成；所述中压为额定电压6kV～35kV；
所述导体屏蔽层均是以乙丙为基料的陶瓷化半导电导体屏蔽；所述绝缘层是以乙丙为基料的陶瓷化乙丙绝缘；所述绝缘屏蔽层是以乙丙为基料的陶瓷化半导电绝缘屏蔽；所述陶瓷化半导电导体屏蔽、陶瓷化半导电绝缘屏蔽均与陶瓷化乙丙绝缘的硫化体系一致。
本发明通过采用以乙丙为基料的陶瓷化半导电导体屏蔽、陶瓷化半导电绝缘屏蔽，和以乙丙为基料的陶瓷化乙丙绝缘，并保证陶瓷化半导电屏蔽料和陶瓷化乙丙绝缘料的硫化体系一致，使得以乙丙为基料的陶瓷化半导电导体屏蔽、陶瓷化乙丙绝缘和以乙丙为基料的陶瓷化半导电绝缘屏蔽能够很好地在三层共挤设备中一次性挤出，使得导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层在发挥各自功能的同时，还发挥了很好地耐火层作用，使得电缆材料整体具备了良好的耐火性能，能够在高于800℃的高温或火焰中保持良好的稳定性，陶瓷化导体屏蔽、陶瓷化乙丙绝缘和陶瓷化绝缘屏蔽在高温或火焰下仅需2-3分钟即被烧结成“陶瓷”状的坚硬无机物壳体，形成优异的耐火功能，耐温可高达1900℃以上，耐火时间大大延长，受火时长可达120分钟以上。本发明同时简化了电缆结构，减小了电缆外径和重量，降低了电缆成本。
进一步的是，本发明所述的导体屏蔽层和/或绝缘屏蔽层的材料重量组分为：
所述绝缘层的材料重量组分为：
本发明选用的乙丙橡胶是屏蔽料或绝缘料的基础材料，而导电炭黑是实现半导电屏蔽料导电性能的主要材料，石墨粉是一种导电材料，主要起提高导电性能的作用，同时石墨粉还具有润滑性能，有利于提高半导电屏蔽料的易剥离性及易加工性。选择采用石墨粉用于本发明中，既作导电添加物，又作润滑剂使用，实现了电缆材料的双重功效。瓷化粉为陶瓷化半导电屏蔽料和陶瓷化乙丙绝缘的关键材料，具备结壳性良好，瓷体弯曲强度高，提高耐火性的特点。
进一步的是，所述乙丙橡胶包含但不限于KEP-210、KEP-510和陶氏4820，但优选为KEP-510。
进一步的是，所述导电炭黑采用YD-280C和HG-1P型导电炭黑，二者按重量比为4～6：1进行混合。
进一步的是，所述瓷化粉包括氧化合物、低温玻璃粉和含氧盐中的至少一种；所述氧化合物包括三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锌中的一种或若干种，所述含氧盐包括硼酸盐、硅酸盐、偏硅酸盐、磷酸盐中的一种或若干种。
具体实施时，所述金属屏蔽可选用一根或多根金属带、金属丝编织等形式；所述内护套可选用热塑性聚烯烃、聚氯乙烯或热固性交联聚烯烃、氯化聚乙烯橡皮或类似材料；所述铠装层可选用镀锌钢丝、铜丝、镀锡铜丝编织铠装，或双金属带铠装，或圆金属线缠绕铠装等形式；所述外护套应与内护套材料应匹配，可选用热塑性聚烯烃、聚氯乙烯或热固性交联聚烯烃、氯化聚乙烯橡皮或类似材料。
而本发明优选的，所述金属屏蔽层采用金属材料编织形成。金属材料包括金属丝、金属带等。所述内护套选用热固性交联聚烯烃；所述铠装层选用镀锡铜丝编织铠装；所述外护套选用热固性交联聚烯烃。
本发明还提供了上述中压耐火电缆的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤：
(1)先加工所述导体，然后将导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层通过三层共挤一次性挤包在所述导体上；
(2)在所述绝缘屏蔽层外加工金属屏蔽层，组成所述绝缘线芯，再将三根绝缘线芯和中心填充一起绞合成缆，形成所述缆芯；
(3)在所述缆芯外挤包内护套，然后在内护套外加工铠装层，最后在铠装层外挤包外护套。
本发明中所述导体屏蔽层、绝缘屏蔽层和绝缘层的制备方法包括以下步骤：
(1)称料，称取所需重量份的各原料待用；
(2)初次混炼，先将乙丙橡胶混炼，然后加入除硫化剂和共硫化剂外的其它配合剂混炼，最后再加入硫化剂和共硫化剂；
(3)在开炼机、捏炼机或密炼机里进行再次混炼；
(4)出片或造粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的中压耐火电缆在遭到火焰烧蚀或高于800℃烘烤后，陶瓷化导体屏蔽、陶瓷化乙丙绝缘和陶瓷化绝缘屏蔽被烧结成“陶瓷”状的坚硬的无机物壳体，形成优异的耐火功能，耐温高达1900℃以上，耐火时间长达120分钟以上，而且具有一定的机械强度，即使水淋或振动等恶劣差状况下，坚硬的陶瓷化层能有效地保证中压电缆的电气性能，实现可靠的耐火性能；
2、本发明的材料采用以乙丙为基料的半导电陶瓷化导体屏蔽层、陶瓷化乙丙绝缘层和以乙丙为基料的半导电陶瓷化绝缘屏蔽层，三层进行一次性共挤，将陶瓷化导体屏蔽料、陶瓷化乙丙绝缘料和陶瓷化绝缘屏蔽料在分别作为导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层的同时也兼作耐火层，简化了耐火中压电缆的结构，电缆外径小、重量轻，制造成本低；
3、本发明的中压耐火电缆在没遭到火焰烧蚀或环境温度低于90℃以下时，电缆柔软，方便安装敷设。
附图说明
图1是本发明陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆的结构示意图；
图中标记：1-缆芯，2-内护套，3-铠装层，4-外护套，5-绝缘线芯，6-中心填充，7-导体，8-导体屏蔽层，9-绝缘层，10-绝缘屏蔽层，11-金属屏蔽层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，为本发明提供的一种额定电压6kV至35kV的陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆，包括缆芯1、挤包在缆芯外的内护套2、包在内护套外的铠装层3、以及挤包在铠装层外的外护套4，其中缆芯1由三根绝缘线芯5和中心填充6成缆而成，所述绝缘线芯5从内到外依次由导体7、导体屏蔽层8、绝缘层9、绝缘屏蔽层10、以及包在绝缘屏蔽层外的金属屏蔽层11组成。
所述金属屏蔽采用金属丝编织形式，所述内护套选用热固性交联聚烯烃，所述铠装层选用镀锡铜丝编织铠装，所述外护套选用热固性交联聚烯烃。
所述以乙丙为基料的陶瓷化导体屏蔽或陶瓷化绝缘屏蔽的材料重量组分为：
所述以乙丙为基料的陶瓷化乙丙绝缘的材料重量组分为：
所述乙丙橡胶选用KEP-510，第三单体为乙叉降冰片烯，乙烯含量60％，门尼粘度(ML1+4,125℃)18。
所述导电炭黑选用YD-280C和HG-1P型导电炭黑，二者的混合比为4:1，能够达到较好的导体性能和加工工艺性能。
所述石墨粉是一种导电材料，主要起提高导电性能作用，同时石墨粉还具有润滑性能，因而在本发明组合物中还具有润滑剂作用，有利于提高半导电屏蔽料的易剥离性及易加工性。选择采用石墨粉用于本发明中，既作导电添加物，又作润滑剂使用，实现双重功效的特点。
所述瓷化粉包括氧化合物、低温玻璃粉和含氧盐中的一种或若干种，所述氧化合物包括三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锌等的一种或若干种，所述含氧盐包括硼酸盐、硅酸盐、偏硅酸盐、磷酸盐等中的一种或若干种。
上述额定电压6kV至35kV陶瓷化乙丙绝缘中压耐火电缆的加工工艺包括：首先加工所述导体7，然后将以乙丙基料的陶瓷化导体屏蔽8、陶瓷化乙丙绝缘9和陶瓷化绝缘屏蔽10通过三层共挤一次性挤包在所述导体7上，再在所述绝缘屏蔽10外加工金属屏蔽层11，组成所述绝缘线芯5，再将三根绝缘线芯5和中心填充6一起绞合成缆，形成所述缆芯1，再在所述缆芯1外挤包内护套2，再在所述内护套2加工铠装层3，最后在铠装层3外挤包外护套4。
以乙丙为基料的半导电陶瓷化导体屏蔽、半导电陶瓷化绝缘屏蔽料，以及陶瓷化乙丙绝缘料的制备方法包括步骤：称料→混炼→出片。
具体加工工艺如下：
(1)称料，称取所需重量份的各原料待用；
(2)混炼，先将乙丙橡胶混炼，然后加入除硫化剂和共硫化剂外的其它配合剂混炼，最后再加入硫化剂和共硫化剂；
(3)混炼在密炼机进行；
(4)出片。
实施例2
实施方式与实施例1大致相同，不同之处在于：
所述以乙丙为基料的陶瓷化导体屏蔽或陶瓷化绝缘屏蔽的材料重量组分为：
所述以乙丙为基料的陶瓷化乙丙绝缘的材料重量组分为：
所述乙丙橡胶选用KEP-510，第三单体为乙叉降冰片烯，乙烯含量70％，门尼粘度(ML1+4,125℃)25。
所述导电炭黑选用YD-280C和HG-1P型导电炭黑，二者的混合比为5:1，能够达到较好的导体性能和加工工艺性能。
实施例3
实施方式与实施例1大致相同，不同之处在于：
所述以乙丙为基料的陶瓷化导体屏蔽或陶瓷化绝缘屏蔽的材料重量组分为：
所述以乙丙为基料的陶瓷化乙丙绝缘的材料重量组分为：
所述乙丙橡胶选用KEP-510，第三单体为乙叉降冰片烯，乙烯含量80％，门尼粘度(ML1+4,125℃)28。
所述导电炭黑选用YD-280C和HG-1P型导电炭黑，二者的混合比为6:1，能够达到较好的导体性能和加工工艺性能。
应用例：
对本发明实施例1-3提供的中压耐火电缆进行性能测试试验，结果表明：实施例1-3所得中压耐火电缆在遭到火焰烧蚀或高于800℃烘烤后，陶瓷化导体屏蔽、陶瓷化乙丙绝缘和陶瓷化绝缘屏蔽被烧结成“陶瓷”状的坚硬的无机物壳体，形成优异的耐火功能，耐温高达1900℃以上，耐火时间长达120分钟以上，而且具有一定的机械强度，即使水淋或振动等恶劣差状况下，坚硬的陶瓷化层能有效地保证中压电缆的电气性能，实现可靠的耐火性能；陶瓷化导体屏蔽料、陶瓷化乙丙绝缘料和陶瓷化绝缘屏蔽料在分别作为导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层的同时也兼作了耐火层，简化了耐火中压电缆的结构，电缆外径小、重量轻，制造成本低。