本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，具體是一種物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電纜的使用量和鋪設(shè)密集程度越來越高；特別是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線涉及頻分多路數(shù)據(jù)信號(hào)、語音信號(hào)、圖像信號(hào)和電源信號(hào)的傳輸，已有技術(shù)分別采用光纖、數(shù)據(jù)線、電源線傳輸上述信號(hào)和數(shù)據(jù)，導(dǎo)致蜘蛛網(wǎng)似的電纜布滿整個(gè)現(xiàn)場，不但影響了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，而且也妨礙干涉現(xiàn)場其他設(shè)備的布局和安裝。
近年來由電氣引起的火災(zāi)逐年增多，而其中由于電線電纜原因所引發(fā)的火災(zāi)占相當(dāng)大的比例。在火災(zāi)中，由于電纜起火蔓延而釋放出的腐蝕性及有毒氣體、產(chǎn)生的大量煙霧等所造成的“二次災(zāi)害”，已引起人們的重視，因此有關(guān)部門對(duì)電纜防火、阻燃等特性的要求也越來越高，不僅要求電纜線路具有高的可靠性，而且要求它對(duì)周圍環(huán)境的安全性。GB50217-94《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》已把采用阻燃電纜、耐火電纜等作為電纜防火的重要措施，明確規(guī)定在某些場所應(yīng)選用阻燃電纜或其它類型的防火電纜。
就目前而言，電纜行業(yè)習(xí)慣將阻燃、耐火、低煙低鹵或低煙無鹵型阻燃電纜統(tǒng)稱為防火電纜。然而，這些產(chǎn)品因其性能指標(biāo)、制造技術(shù)的不同，其應(yīng)用的范圍也不同。普通的阻燃電線電纜不易著火或著火后燃燒僅局限在一定范圍之內(nèi)，因此它能抑制火焰蔓延，可以提高整條電纜線路的防火水平，通常用于電纜敷設(shè)密集程度較高的空曠而通風(fēng)良好的場所。耐火電纜的主要特點(diǎn)是在著火燃燒的情況下仍能保持一定時(shí)間的安全運(yùn)行，以保證火災(zāi)時(shí)消防、報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急供電回路等都能繼續(xù)通電，使救災(zāi)工作能夠正常進(jìn)行。而低煙低鹵、低煙無鹵型阻燃電纜在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧和有害氣體較少，可以將“二次災(zāi)害”帶來的損失減至較低程度，因此適用于要求比較高的地鐵、隧道、船舶和車輛、發(fā)電站以及重要的高層建筑等。但這幾種電纜在火勢兇猛、風(fēng)力強(qiáng)勁、高溫、高壓情況下就失去了它的正常特性而不能滿足使用要求，因?yàn)樗鼈兌酁橛袡C(jī)材料，在著火情況下容易燃燒，并發(fā)出很多熱量，加速電纜的燃燒。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜，包括由輸電電纜、光纜和數(shù)據(jù)電纜組成的總線電纜內(nèi)芯，以及在總線電纜內(nèi)芯的外部依次包覆的陶瓷纖維耐火帶、第五硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、納米阻燃絕緣層和阻燃外護(hù)套；在總線電纜內(nèi)芯與陶瓷纖維耐火帶之間填充有第三阻燃填充料；所述輸電電纜設(shè)有兩根或三根，每根輸電電纜由第一導(dǎo)電線芯以及擠制在第一導(dǎo)電線芯外部的第一硅橡膠復(fù)合材料阻燃層；所述光纜包括位于光纜中心位置的第一加強(qiáng)芯、位于第一加強(qiáng)芯周圍的多根纖芯、位于光纜外部的第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，以及在纖芯與第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層之間填充的第一阻燃填充料；每根纖芯外均依次包覆有包層和涂覆層；所述數(shù)據(jù)電纜包括位于數(shù)據(jù)電纜中心位置的第二加強(qiáng)芯、位于第二加強(qiáng)芯周圍的多根第二導(dǎo)電線芯、位于數(shù)據(jù)電纜外部的第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，以及在第二導(dǎo)電線芯與第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層之間填充的第二阻燃填充料；每根第二導(dǎo)電線芯外均擠制有第三硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，且每兩根第二導(dǎo)電線芯對(duì)絞成一組；
所述第一阻燃填充料、第二阻燃填充料和第三阻燃填充料為同一種阻燃填充料，該阻燃填充料按照重量份的組分為：微米級(jí)高嶺土150-250份、乙烯-醋酸乙烯共聚物100-200份、聚醚改性硅油50-100份、碳納米管30-50份、石棉15-25份、玻璃纖維15-25份、醋酸錫2-6份；
所述第一硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、第三硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層和第五硅橡膠復(fù)合材料阻燃層采用同一種硅橡膠復(fù)合材料，該硅橡膠復(fù)合材料按照重量份的組分為：有機(jī)硅橡膠廢料30-60份、多聚磷酸銨20-30份、三聚氰胺10-20份、季戊四醇20-30份、海泡石粉10-20份、沸石粉5-10份、納米氮化硅5-10份、焦磷酸鐵2-8、硅烷偶聯(lián)劑2-8份；
所述納米阻燃絕緣層按照重量份的組分為：水性丙烯酸樹脂50-150份、納米氮磷類膨脹阻燃劑2-10份、納米氮化硼2-10份、納米氧化硅2-10份、納米介孔分子篩2-10份、促進(jìn)劑3-8份、增塑劑0.5-1.5份、防老劑1-4份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的組分為：微米級(jí)高嶺土180-220份、乙烯-醋酸乙烯共聚物140-160份、聚醚改性硅油70-80份、碳納米管35-45份、石棉18-22份、玻璃纖維18-22份、醋酸錫3-5份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述陶瓷纖維耐火帶由一層陶瓷硅膠和一層玻璃纖維粘合而成，厚度為0.2-0.5mm，相鄰層采用雙向繞包的方式，每層重疊處間隔纏繞。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述硅橡膠復(fù)合材料按照重量份的組分為：有機(jī)硅橡膠廢料40-50份、多聚磷酸銨24-26份、三聚氰胺14-16份、季戊四醇24-26份、海泡石粉14-16份、沸石粉7-8份、納米氮化硅7-8份、焦磷酸鐵4-6份、硅烷偶聯(lián)劑4-6份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述納米阻燃絕緣層按照重量份的組分為：水性丙烯酸樹脂80-120份、納米氮磷類膨脹阻燃劑5-7份、納米氮化硼5-7份、納米氧化硅5-7份、納米介孔分子篩5-7份、促進(jìn)劑4-6份、增塑劑0.8-1.2份、防老劑2-3份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的組分為：微米級(jí)高嶺土200份、乙烯-醋酸乙烯共聚物150份、聚醚改性硅油75份、碳納米管40份、石棉20份、玻璃纖維20份、醋酸錫4份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述硅橡膠復(fù)合材料按照重量份的組分為：有機(jī)硅橡膠廢料45份、多聚磷酸銨25份、三聚氰胺15份、季戊四醇25份、海泡石粉15份、沸石粉7.5份、納米氮化硅7.5份、焦磷酸鐵5、硅烷偶聯(lián)劑5份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述納米阻燃絕緣層按照重量份的組分為：水性丙烯酸樹脂100份、納米氮磷類膨脹阻燃劑6份、納米氮化硼6份、納米氧化硅6份、納米介孔分子篩6份、促進(jìn)劑5.5份、增塑劑1份、防老劑2.5份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述阻燃外護(hù)套采用低煙無鹵阻燃高強(qiáng)度耐磨彈性體制成。
一種物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜的制備方法，具體步驟為：
(1)制作輸電電纜：采用數(shù)根導(dǎo)體絞合成一根第一導(dǎo)電線芯，然后在第一導(dǎo)電線芯外擠制第一硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，即得到輸電電纜；備用；
(2)制作光纜：以第一加強(qiáng)芯為中心，在第一加強(qiáng)芯周圍布置六根外部設(shè)有包層和涂覆層的纖芯，制成第一總纜；然后采用雙層共擠工藝在第一總纜外包覆第一阻燃填充料和第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，即得到光纜；備用；
(3)制作數(shù)據(jù)電纜：在第二導(dǎo)電線芯外均擠制第三硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，然后將兩根第二導(dǎo)電線芯對(duì)絞成一組；再將四組對(duì)絞后的第二導(dǎo)電線芯布置在第二加強(qiáng)芯周圍，制成第二總纜；然后采用雙層共擠工藝在第二總纜外包覆第二阻燃填充料和第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，即得到數(shù)據(jù)電纜；備用；
(4)將兩根或三根輸電電纜對(duì)絞成一組，再與光纜和數(shù)據(jù)電纜合股成第三總纜；然后在第三總纜外包覆第三阻燃填充料，接著采用繞包工藝在第三阻燃填充料外繞包陶瓷纖維耐火帶；再采用三層共擠工藝，在陶瓷纖維耐火帶外自內(nèi)向外依次包覆第五硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、納米阻燃絕緣層和阻燃外護(hù)套；即得到物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜的耐火試驗(yàn)不僅滿足國標(biāo)GB/T 19216的要求，在導(dǎo)體之間施加1000V電壓，在火焰溫度為950-1000℃的火焰中燃燒3h，電纜既不短路也不開路。還可滿足英國BS6387標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A級(jí)、B級(jí)和C級(jí)的要求，同時(shí)，在燃燒中還可耐受水噴淋(W級(jí))與抗機(jī)械沖擊(X級(jí)、Y級(jí)、Z級(jí))；試驗(yàn)過程中，電纜既不短路也不開路。
本電纜符合阻燃A類，是阻燃的最高級(jí)別，阻燃性即為了熄滅、減少或抑制材料的燃燒，通常在材料中添加阻燃劑，使得材料在燃燒時(shí)具有阻止或延緩火焰蔓延的性能。在外火源消失的情況下，經(jīng)過一段時(shí)間能夠自熄。為達(dá)到阻燃A類要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用陶瓷纖維耐火帶、阻燃外護(hù)套以及 自制的硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、納米阻燃絕緣層和阻燃填充料等材料來進(jìn)行多重保護(hù)，使得產(chǎn)品的綜合機(jī)械形成大幅提高。
具體實(shí)施方式
一種物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜，包括由輸電電纜、光纜和數(shù)據(jù)電纜組成的總線電纜內(nèi)芯，以及在總線電纜內(nèi)芯的外部依次包覆的陶瓷纖維耐火帶、第五硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、納米阻燃絕緣層和阻燃外護(hù)套；在總線電纜內(nèi)芯與陶瓷纖維耐火帶之間填充有第三阻燃填充料；所述輸電電纜設(shè)有兩根或三根，每根輸電電纜由第一導(dǎo)電線芯以及擠制在第一導(dǎo)電線芯外部的第一硅橡膠復(fù)合材料阻燃層；所述光纜包括位于光纜中心位置的第一加強(qiáng)芯、位于第一加強(qiáng)芯周圍的多根纖芯、位于光纜外部的第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，以及在纖芯與第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層之間填充的第一阻燃填充料；每根纖芯外均依次包覆有包層和涂覆層；所述數(shù)據(jù)電纜包括位于數(shù)據(jù)電纜中心位置的第二加強(qiáng)芯、位于第二加強(qiáng)芯周圍的多根第二導(dǎo)電線芯、位于數(shù)據(jù)電纜外部的第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，以及在第二導(dǎo)電線芯與第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層之間填充的第二阻燃填充料；每根第二導(dǎo)電線芯外均擠制有第三硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，且每兩根第二導(dǎo)電線芯對(duì)絞成一組；
所述第一阻燃填充料、第二阻燃填充料和第三阻燃填充料為同一種阻燃填充料，該阻燃填充料按照重量份的組分為：微米級(jí)高嶺土150-250份、乙烯-醋酸乙烯共聚物100-200份、聚醚改性硅油50-100份、碳納米管30-50份、石棉15-25份、玻璃纖維15-25份、醋酸錫2-6份；
所述第一硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、第三硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層和第五硅橡膠復(fù)合材料阻燃層采用同一種硅橡膠復(fù)合材料，該硅橡膠復(fù)合材料按照重量份的組分為：有機(jī)硅橡膠廢料30-60份、多聚磷酸銨20-30份、三聚氰胺10-20份、季戊四醇20-30份、海泡石粉10-20份、沸石粉5-10份、納米氮化硅5-10份、焦磷酸鐵2-8、硅烷偶聯(lián)劑2-8份；
所述納米阻燃絕緣層按照重量份的組分為：水性丙烯酸樹脂50-150份、納米氮磷類膨脹阻燃劑2-10份、納米氮化硼2-10份、納米氧化硅2-10份、納米介孔分子篩2-10份、促進(jìn)劑3-8份、增塑劑0.5-1.5份、防老劑1-4份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的組分為：微米級(jí)高嶺土180-220份、乙烯-醋酸乙烯共聚物140-160份、聚醚改性硅油70-80份、碳納米管35-45份、石棉18-22份、玻璃纖維18-22份、醋酸錫3-5份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述陶瓷纖維耐火帶由一層陶瓷硅膠和一層玻璃纖維粘合而成，厚度為0.2-0.5mm，相鄰層采用雙向繞包的方式，每層重疊處間隔纏繞。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述硅橡膠復(fù)合材料按照重量份的組分為：有機(jī)硅橡膠廢料40-50份、多聚磷酸銨24-26份、三聚氰胺14-16份、季戊四醇24-26份、海泡石粉14-16份、沸石粉7-8份、納米氮化硅7-8份、焦磷酸鐵4-6份、硅烷偶聯(lián)劑4-6份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述納米阻燃絕緣層按照重量份的組分為：水性丙烯酸樹脂80-120份、納米氮磷類膨脹阻燃劑5-7份、納米氮化硼5-7份、納米氧化硅5-7份、納米介孔分子篩5-7份、促進(jìn)劑4-6份、增塑劑0.8-1.2份、防老劑2-3份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述阻燃填充料按照重量份的組分為：微米級(jí)高嶺土200份、乙烯-醋酸乙烯共聚物150份、聚醚改性硅油75份、碳納米管40份、石棉20份、玻璃纖維20份、醋酸錫4份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述硅橡膠復(fù)合材料按照重量份的組分為：有機(jī)硅橡膠廢料45份、多聚磷酸銨25份、三聚氰胺15份、季戊四醇25份、海泡石粉15份、沸石粉7.5份、納米氮化硅7.5份、焦磷酸鐵5、硅烷偶聯(lián)劑5份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述納米阻燃絕緣層按照重量份的組分為：水性丙烯酸樹脂100份、納米氮磷類膨脹阻燃劑6份、納米氮化硼6份、納米氧化硅6份、納米介孔分子篩6份、促進(jìn)劑5.5份、增塑劑1份、防老劑2.5份。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述阻燃外護(hù)套采用低煙無鹵阻燃高強(qiáng)度耐磨彈性體制成。
一種物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜的制備方法，具體步驟為：
(1)制作輸電電纜：采用數(shù)根導(dǎo)體絞合成一根第一導(dǎo)電線芯，然后在第一導(dǎo)電線芯外擠制第一硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，即得到輸電電纜；備用；
(2)制作光纜：以第一加強(qiáng)芯為中心，在第一加強(qiáng)芯周圍布置六根外部設(shè)有包層和涂覆層的纖芯，制成第一總纜；然后采用雙層共擠工藝在第一總纜外包覆第一阻燃填充料和第二硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，即得到光纜；備用；
(3)制作數(shù)據(jù)電纜：在第二導(dǎo)電線芯外均擠制第三硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，然后將兩根第二導(dǎo)電線芯對(duì)絞成一組；再將四組對(duì)絞后的第二導(dǎo)電線芯布置在第二加強(qiáng)芯周圍，制成第二總纜；然后采用雙層共擠工藝在第二總纜外包覆第二阻燃填充料和第四硅橡膠復(fù)合材料阻燃層，即得到數(shù)據(jù)電纜；備用；
(4)將兩根或三根輸電電纜對(duì)絞成一組，再與光纜和數(shù)據(jù)電纜合股成第三總纜；然后在第三總纜外包覆第三阻燃填充料，接著采用繞包工藝在第三阻燃填充料外繞包陶瓷纖維耐火帶；再采用三層共擠工藝，在陶瓷纖維耐火帶外自內(nèi)向外依次包覆第五硅橡膠復(fù)合材料阻燃層、納米阻燃絕緣層和阻燃外護(hù)套；即得到物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線電纜。