鎧裝信號(hào)傳輸電纜用復(fù)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(hào)傳輸電纜用復(fù)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(kāi)始，從1957年10月4號(hào)，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(hào)”，到1958年I月31日，美國(guó)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星“探險(xiǎn)者” 一號(hào)，從此開(kāi)始了一系列的導(dǎo)彈，衛(wèi)星、飛船、飛機(jī)、核潛艇等飛速發(fā)展的瘋狂時(shí)期。1957年，因應(yīng)冷戰(zhàn)時(shí)期軍事產(chǎn)品的狂熱需求，美國(guó)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(hào)電纜，因?yàn)樵撾娎|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(xiàng)目中都廣泛應(yīng)用，為這些項(xiàng)目的成功實(shí)施作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
[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(chǎng)環(huán)境下，電纜的絕緣和護(hù)套等聚合物材料隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生各種緩慢的、不可逆的化學(xué)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(qiáng)度減弱；護(hù)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(wú)機(jī)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(dá)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(hào)在絕緣層里面?zhèn)鬏敃r(shí)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(jí)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(gè)數(shù)量級(jí)。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(hào)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(hào)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(hào)傳輸電纜用復(fù)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(hào)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(hào)傳輸要求。采用材料制造的鎧裝信號(hào)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(jí)Kl類(lèi))和外太空的強(qiáng)輻射環(huán)境，對(duì)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(hào)傳輸電纜用復(fù)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(fù)合絕緣粉，可實(shí)現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹，可大大提高復(fù)合絕緣粉的耐電壓擊穿性。
[0009]鎧裝信號(hào)傳輸電纜用復(fù)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(fù)合絕緣材料，同時(shí)取甲基纖維素，球磨，使配料混合均勾實(shí)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(shí)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(wú)顆粒、柔軟狀的料泥;實(shí)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(wú)偏心。待攤放在木板上的瓷柱水分蒸發(fā)而有一定強(qiáng)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?cái)[直，排放整齊，在通風(fēng)處陰干3?5天。
[0017]4)燒結(jié)
[0018]步驟3)所得柱坯于高溫?zé)Y(jié)爐中1250°C燒結(jié)60分鐘，得到復(fù)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(shí)，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(hào)電纜的拉拔:
[0021]將金屬保護(hù)管、復(fù)合絕緣瓷柱、銅絲三者組裝后經(jīng)反復(fù)拉拔、采用退火熱處理至成品后，制成鎧裝信號(hào)電纜，其中，熱處理溫度為400?1100°C，熱處理時(shí)間為1min?30min。
[0022]鎧裝信號(hào)電纜密封工藝:
[0023]將鎧裝信號(hào)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(hào)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(hào)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(dá)到+1300°C，短時(shí)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(hào)電纜，具有最高級(jí)別的耐輻射性能，適合于核島內(nèi)的核反應(yīng)堆(IE級(jí)Kl類(lèi))和外太空的強(qiáng)輻射環(huán)境。
[0027]3.本發(fā)明所述的材料制備的鎧裝信號(hào)電纜，具有抗化學(xué)腐蝕性，對(duì)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(hào)電纜，無(wú)機(jī)械和電氣老化特性。經(jīng)檢測(cè)其室溫絕緣電阻:2.78 X 113 Ω.m，500 °C絕緣電阻可達(dá)到1.25 X 18 Ω.m，800 °C絕緣電阻可達(dá)到
1.5XlO6Q 息
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1
[0030]稱(chēng)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(jī)中均勾球磨，研磨速率400r/min左右，研磨時(shí)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(fù)搓揉至氧化鎂無(wú)顆粒，柔軟狀，在專(zhuān)用擠出模具中擠壓成形，制成復(fù)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(qiáng)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?cái)[直，排放整齊。在通風(fēng)處陰干3?5天后，在高溫?zé)Y(jié)爐中1250 °C燒結(jié)60分鐘。升溫時(shí)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(hù)管316L<i> 1X 1、復(fù)合復(fù)合絕緣瓷柱、銅絲Φ 1.3三者組裝后經(jīng)反復(fù)拉拔、熱處理至成品Φ 3.5，制成鎧裝信號(hào)電纜。將鎧裝信號(hào)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(hào)電纜性能測(cè)試:500V電壓下。室溫絕緣電阻可達(dá)到2.78 XlO13 Ω.m，500°C絕緣電阻可達(dá)到1.25 X 18 Ω.m，800°C絕緣電阻可達(dá)到1.5 X 16 Ω.m。由此粒徑大小以及配比成分組成的復(fù)合絕緣粉，可實(shí)現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹，大大提高了復(fù)合絕緣粉的500V電壓下的絕緣電阻。
[0033]實(shí)施例2
[0034]稱(chēng)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(jī)中均勾球磨，研磨速率800r/min左右，研磨時(shí)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(fù)搓揉至氧化鎂無(wú)顆粒，柔軟狀，在專(zhuān)用擠出模具中擠壓成形，制成復(fù)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(qiáng)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?cái)[直，排放整齊。在通風(fēng)處陰干3?5天后，在高溫?zé)Y(jié)爐中1250 °C燒結(jié)60分鐘。升溫時(shí)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(hù)管316L<i> 1X 1、復(fù)合復(fù)合絕緣瓷柱、銅絲Φ 1.3三者組裝后經(jīng)反復(fù)拉拔、熱處理至成品Φ 3.5，制成鎧裝信號(hào)電纜。將鎧裝信號(hào)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(hào)電纜性能測(cè)試:500V電壓下。室溫絕緣電阻可達(dá)到2.53 XlO13 Ω.m，500°C絕緣電阻可達(dá)到1.02 X 18 Ω.m，800 °C絕緣電阻可達(dá)到1.37 X 16 Ω.m。由此粒徑大小以及配比成分組成的復(fù)合絕緣粉，可實(shí)現(xiàn)大粒徑的MgO被小粒徑的S12所包裹，大大提高了復(fù)合絕緣粉的500V電壓下的絕緣電阻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鎧裝信號(hào)傳輸電纜用復(fù)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(hào)傳輸電纜用復(fù)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(hào)傳輸電纜用復(fù)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(fù)合絕緣材料，同時(shí)取甲基纖維素，球磨，球磨速率為400?4200r/min左右，研磨時(shí)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(wú)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?zé)Y(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(shí)，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(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種鎧裝信號(hào)傳輸電纜用復(fù)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(hào)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(hào)傳輸要求。采用材料制造的鎧裝信號(hào)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(jí)K1類(lèi))和外太空的強(qiáng)輻射環(huán)境，對(duì)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(lèi)】H01B11/00, H01B7/02, C04B35/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105565787
【申請(qǐng)?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(qǐng)人】重慶材料研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日