鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料，特別涉及一種鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1947年，美蘇的冷戰(zhàn)正式開始，從1957年10月4號，蘇聯(lián)正式發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星“人造地球衛(wèi)星I號”，到1958年I月31日，美國發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星“探險者” 一號，從此開始了一系列的導彈，衛(wèi)星、飛船、飛機、核潛艇等飛速發(fā)展的瘋狂時期。1957年，因應(yīng)冷戰(zhàn)時期軍事產(chǎn)品的狂熱需求，美國的Whittaker Electronic Resources公司成功地研制出金屬氧化物為絕緣材料的信號電纜，因為該電纜有著的極其出色的性能和可靠性，所以后面幾乎所有的航空航天、核軍事項目中都廣泛應(yīng)用，為這些項目的成功實施作出應(yīng)有的貢獻。
[0003]在核電廠中，儀控回路使用乙烯基、丙烯基合成的橡膠，玻璃纖維，以及以氯磺化聚乙烯、聚乙亞胺等為絕緣材料的電纜。在現(xiàn)場環(huán)境下，電纜的絕緣和護套等聚合物材料隨著時間的推移會發(fā)生各種緩慢的、不可逆的化學變化和物理變化，表現(xiàn)為材料的延伸率降低，即材料的抗拉強度減弱；護套材料的硬度或抗壓模量增大;材料的密度增加；電氣性能改變(如介質(zhì)損耗增加)。因此不能滿足核電站等苛刻工況環(huán)境要求。
[0004]目前無機絕緣電纜中，氧化鎂(MgO)絕緣電纜是最常用的一種，其介電常數(shù)大(達到5.43)，介質(zhì)損耗較高。二氧化硅(Si02)電纜的介電常數(shù)最低可以到1.56，這樣信號在絕緣層里面?zhèn)鬏敃r損耗可大大降低。然而，在高溫環(huán)境中，絕緣材料的高溫絕緣性能呈指數(shù)級下降，此外二氧化硅的高溫絕緣性能一般比氧化鎂還低2?3個數(shù)量級。尤其在800°C的高溫環(huán)境中，兩種單一組分的絕緣材料耐電壓擊穿性較差，500V高壓下常常出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，而造成整根電纜丟失傳輸信號的現(xiàn)象。因此，兩種單一材料的絕緣電纜均難以滿足核電站高溫、高壓、高輻照環(huán)境條件下的信號傳輸要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料及其制備方法。該材料用于核電站等苛刻環(huán)境介質(zhì)下的信號傳輸，可以滿足核電站高溫、高壓、高輻照環(huán)境條件下的信號傳輸要求。采用材料制造的鎧裝信號電纜，具有很寬的溫度工作范圍:_273°C至+100tC，適合于核島內(nèi)的核反應(yīng)堆(1E級Kl類)和外太空的強輻射環(huán)境，對于鹽霧，液壓油，航空煤油，環(huán)氧清除劑等有很好的抵抗性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料，包括Si02、Mg0、Ca0、Al203、Fe203、雜質(zhì)，各物質(zhì)的重量份為:Si02: 600 ?700 份；MgO: 300 ?400 份;CaO: 0.24 份；A12030.056 份；Fe2O3:0.023份，雜質(zhì):<0.3份，其中，MgO被S12所包裹。
[0008]所述S12的粒徑600目；MgO的粒徑200目；CaO的粒徑600目；Al2O3的粒徑600目；Fe2O3的粒徑600目。由該粒徑大小以及配比成分組成的復合絕緣粉，可實現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹，可大大提高復合絕緣粉的耐電壓擊穿性。
[0009]鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料的制備方法，有以下步驟:
[0010]I)配料
[0011]按照權(quán)利要求1所述的配比取復合絕緣材料，同時取甲基纖維素，球磨，使配料混合均勾實現(xiàn)大粒徑的MgO與小粒徑的Si02均勾混合，球磨速率為400?4200r/min左右，研磨時間30?60min，得到料粉；
[0012]2)成型
[0013]緩慢將沸水、甲基纖維素與步驟I)所得料粉中，攪拌，并搓揉無顆粒、柔軟狀的料泥;實現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹；
[0014]其中，料粉:甲基纖維素:水的重量比為100:1.8?2; 18?20;
[0015]3)擠壓成型
[0016]將步驟2)所得料泥在擠壓模具中放入成型絕緣材料擠壓成形，制成柱坯，擠壓的瓷柱應(yīng)均勻且無偏心。待攤放在木板上的瓷柱水分蒸發(fā)而有一定強度后，先用薄小刀去頭尾，然后用一直木條將瓷柱一根挨一根地擺直，排放整齊，在通風處陰干3?5天。
[0017]4)燒結(jié)
[0018]步驟3)所得柱坯于高溫燒結(jié)爐中1250°C燒結(jié)60分鐘，得到復合絕緣瓷柱，燒結(jié)好的瓷柱存放在烘箱中備用。
[0019]步驟4)所述燒結(jié)升溫時，400°C以下緩慢升溫，升溫速度<130°C/h，400°C以上加速升溫，升溫速度之260 0C /h。
[0020]鎧裝信號電纜的拉拔:
[0021]將金屬保護管、復合絕緣瓷柱、銅絲三者組裝后經(jīng)反復拉拔、采用退火熱處理至成品后，制成鎧裝信號電纜，其中，熱處理溫度為400?1100°C，熱處理時間為1min?30min。
[0022]鎧裝信號電纜密封工藝:
[0023]將鎧裝信號電纜兩端剝出引線15mm后，放入烘箱120°C，烘烤24h后，用玻璃燒結(jié)密封，得到鎧裝信號電纜。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)效果
[0025]1.采用本發(fā)明所述的材料制備的鎧裝信號電纜，具有很寬的溫度工作范圍:-273
，特高溫結(jié)構(gòu)甚至可以達到+1300°C，短時間內(nèi)，溫度可以承受更高。
[0026]2.采用本發(fā)明所述的材料制備的鎧裝信號電纜，具有最高級別的耐輻射性能，適合于核島內(nèi)的核反應(yīng)堆(IE級Kl類)和外太空的強輻射環(huán)境。
[0027]3.本發(fā)明所述的材料制備的鎧裝信號電纜，具有抗化學腐蝕性，對于鹽霧，液壓油，航空煤油，環(huán)氧清除劑等有很好的抵抗性。
[0028]4.本發(fā)明所述的材料制備的鎧裝信號電纜，無機械和電氣老化特性。經(jīng)檢測其室溫絕緣電阻:2.78 X 113 Ω.m，500 °C絕緣電阻可達到1.25 X 18 Ω.m，800 °C絕緣電阻可達到
1.5XlO6Q 息
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]稱量所需組分重量放入燒杯內(nèi)，粒徑為600目的S12:700g、粒徑為200目的MgO:300g、粒徑為600目的Ca0:0.24g、粒徑為600目的Al2O3:0.056g、粒徑為600目的Fe2O3:
0.023g，甲基纖維素18g，倒入球磨機中均勾球磨，研磨速率400r/min左右，研磨時間30?60min。再將燒沸的純水200g慢慢倒入盆中，邊倒水邊攪拌，然后迅速地反復搓揉至氧化鎂無顆粒，柔軟狀，在專用擠出模具中擠壓成形，制成復合絕緣瓷柱Φ 7.2X1.8。待攤放在木板上的瓷柱水分蒸發(fā)而有一定強度后，先用薄小刀去頭尾，然后用一直木條將瓷柱一根挨一根地擺直，排放整齊。在通風處陰干3?5天后，在高溫燒結(jié)爐中1250 °C燒結(jié)60分鐘。升溫時注意400°C以下緩慢升溫，400°C以上可加速升溫。燒結(jié)好的瓷柱存放在烘箱中備用。
[0031]將金屬保護管316L<i> 1X 1、復合復合絕緣瓷柱、銅絲Φ 1.3三者組裝后經(jīng)反復拉拔、熱處理至成品Φ 3.5，制成鎧裝信號電纜。將鎧裝信號電纜兩端剝出引線15mm后，放入烘箱120°C，烘烤24h后，用玻璃燒結(jié)密封。
[0032]鎧裝信號電纜性能測試:500V電壓下。室溫絕緣電阻可達到2.78 XlO13 Ω.m，500°C絕緣電阻可達到1.25 X 18 Ω.m，800°C絕緣電阻可達到1.5 X 16 Ω.m。由此粒徑大小以及配比成分組成的復合絕緣粉，可實現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹，大大提高了復合絕緣粉的500V電壓下的絕緣電阻。
[0033]實施例2
[0034]稱量所需組分重量放入燒杯內(nèi)，粒徑為600目的S12:600g，粒徑為200目的MgO:400g，粒徑為600目的CaO: 0.24g，粒徑為600目的Al2O3: 0.056g，粒徑為600目的Fe2O3:
0.023g，甲基纖維素18g，倒入球磨機中均勾球磨，研磨速率800r/min左右，研磨時間30?60min。再將燒沸的純水200g慢慢倒入盆中，邊倒水邊攪拌，然后迅速地反復搓揉至氧化鎂無顆粒，柔軟狀，在專用擠出模具中擠壓成形，制成復合絕緣瓷柱Φ 7.2X1.8。待攤放在木板上的瓷柱水分蒸發(fā)而有一定強度后，先用薄小刀去頭尾，然后用一直木條將瓷柱一根挨一根地擺直，排放整齊。在通風處陰干3?5天后，在高溫燒結(jié)爐中1250 °C燒結(jié)60分鐘。升溫時注意400°C以下緩慢升溫，400°C以上可加速升溫。燒結(jié)好的瓷柱存放在烘箱中備用。
[0035]將金屬保護管316L<i> 1X 1、復合復合絕緣瓷柱、銅絲Φ 1.3三者組裝后經(jīng)反復拉拔、熱處理至成品Φ 3.5，制成鎧裝信號電纜。將鎧裝信號電纜兩端剝出引線15mm后，放入烘箱120°C，烘烤24h后，用玻璃燒結(jié)密封。
[0036]鎧裝信號電纜性能測試:500V電壓下。室溫絕緣電阻可達到2.53 XlO13 Ω.m，500°C絕緣電阻可達到1.02 X 18 Ω.m，800 °C絕緣電阻可達到1.37 X 16 Ω.m。由此粒徑大小以及配比成分組成的復合絕緣粉，可實現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹，大大提高了復合絕緣粉的500V電壓下的絕緣電阻。
【主權(quán)項】
1.一種鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料，其特征在于，包括Si02、Mg0、Ca0、Al203、Fe2O3、雜質(zhì)，各物質(zhì)的重量份為:S12:600?700份；MgO:300?400份；CaO:0.24份;Al2O30.056份；Fe2O3: 0.023份，雜質(zhì):< 0.3份，其中，MgO被S12所包裹。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料，其特征在于:S12的粒徑600目；MgO的粒徑200目；CaO的粒徑600目；Al2O3的粒徑600目；Fe2O3的粒徑600目。3.權(quán)利要求1所述的鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料的制備方法，其特征在于，有以下步驟: 1)配料 按照權(quán)利要求1所述的配比取復合絕緣材料，同時取甲基纖維素，球磨，球磨速率為400?4200r/min左右，研磨時間30?60min，得到料粉； 2)成型 緩慢將沸水、甲基纖維素與步驟I)所得料粉中，攪拌，并搓揉無顆粒、柔軟狀的料泥； 3)擠壓成型 將步驟2)所得料泥擠壓成形，制成柱坯； 4)燒結(jié) 步驟3)所得柱坯于高溫燒結(jié)爐中1250°C燒結(jié)60分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:步驟2)所述料粉:甲基纖維素:水的重量比為100:1.8?2;18?20。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:步驟4)所述燒結(jié)升溫時，400°C以下緩慢升溫，升溫速度< 130 °C /h，400 °C以上加速升溫，升溫速度? 260 °C /h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鎧裝信號傳輸電纜用復合絕緣材料及其制備方法，該材料各物質(zhì)的重量份為：SiO2：600～700份；MgO：300～400份；CaO：0.24份；Al2O30.056份；Fe2O3：0.023份，雜質(zhì)：≤0.3份，其中，MgO被SiO2所包裹。該材料用于核電站等苛刻環(huán)境介質(zhì)下的信號傳輸，可以滿足核電站高溫、高壓、高輻照環(huán)境條件下的信號傳輸要求。采用材料制造的鎧裝信號電纜，具有很寬的溫度工作范圍：-273℃至+1000℃，適合于核島內(nèi)的核反應(yīng)堆(1E級K1類)和外太空的強輻射環(huán)境，對于鹽霧，液壓油，航空煤油，環(huán)氧清除劑等有很好的抵抗性。
【IPC分類】H01B11/00, H01B7/02, C04B35/14
【公開號】CN105565787
【申請?zhí)枴緾N201510957167
【發(fā)明人】陳潔, 劉敏, 王 華, 趙彥, 黃美良, 張立新, 馮鄰江, 羅松, 鞠華, 張祖力
【申請人】重慶材料研究院有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月18日