一種輕型耐輻照低溫用絕緣子的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輕型耐輻照低溫用絕緣子。本發(fā)明絕緣子包括管接頭、絕緣連接管、波紋管。絕緣連接管采用抗輻照環(huán)氧樹(shù)脂作為基體材料，層疊結(jié)構(gòu)的無(wú)硼玻璃纖維/聚酰亞胺薄膜/無(wú)硼玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，無(wú)硼玻璃纖維及聚酰亞胺薄膜的含量為絕緣連接管重量的65-70％，環(huán)氧樹(shù)脂氣孔直徑為0.2-0.5微米。所述的波紋管補(bǔ)償所述絕緣連接管由于低溫引起的軸向收縮變形，確保了絕緣子在低溫下使用時(shí)的安全可靠。絕緣連接管與管接頭通過(guò)螺紋配合膠粘連接，保證了聯(lián)接處良好的氣密性和連接強(qiáng)度。本發(fā)明絕緣子兼具了耐低溫、耐高電壓，抗輻照，重量輕，體積小等特點(diǎn)，非常適合作為高能物理裝置中的高電壓絕緣通道連接使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種輕型耐輻照低溫用絕緣子

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超導(dǎo)、低溫、核輻照和電氣絕緣【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種輕型耐輻照低溫用絕緣子。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如超導(dǎo)輸電，超導(dǎo)磁懸浮，超導(dǎo)核磁共振儀，核聚變實(shí)驗(yàn)堆等。超導(dǎo)系統(tǒng)涉及多方面的技術(shù)，除超導(dǎo)體本身夕卜，相關(guān)的絕緣材料及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是關(guān)鍵技術(shù)。絕緣系統(tǒng)是超導(dǎo)電纜或超導(dǎo)磁體線圈等應(yīng)用超導(dǎo)系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分，經(jīng)常起絕緣和支撐的雙重作用。
[0003]目前所使用的超導(dǎo)體主要靠低溫流體冷卻，從室溫降至液氮甚至液氦溫度進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，這就需要通過(guò)使用空心絕緣子，保證低溫液體順利通過(guò)，同時(shí)將整個(gè)超導(dǎo)系統(tǒng)的電回路和低溫冷卻回路電絕緣。
[0004]低溫環(huán)境下復(fù)合絕緣子需要經(jīng)歷從室溫(300K)到液氮溫度(77K)甚至液氦溫度(4K)以及從低溫到室溫的多次冷熱過(guò)程，這就要求絕緣子必須具備極好的低溫韌性，抗冷熱沖擊性等。針對(duì)以上這些要求，近年來(lái)，環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合絕緣子的研究日益受到重視并且已經(jīng)在部分領(lǐng)域得到了應(yīng)用。然而，隨著高溫超導(dǎo)電工應(yīng)用技術(shù)以及強(qiáng)磁場(chǎng)、高儲(chǔ)能、強(qiáng)輻照的低溫超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)工程的發(fā)展，絕緣系統(tǒng)在使用環(huán)境上與傳統(tǒng)的在低溫超導(dǎo)中的應(yīng)用有很大不同，如對(duì)于存在中子輻照及Y射線時(shí)涉及的輻照損傷等，現(xiàn)有的絕緣子已不能很好地滿足這些新條件、新環(huán)境的要求，因此亟需對(duì)絕緣子的絕緣材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種低成本，高可靠性，能滿足在強(qiáng)輻照低溫環(huán)境下使用的輕型耐輻照低溫用絕緣子。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種輕型耐輻照低溫用絕緣子，該絕緣子包括管接頭、絕緣連接管、波紋管；所述絕緣連接管一端連接管接頭，另一端連接波紋管，波紋管另一端連接另一個(gè)管接頭，絕緣連接管與管接頭為螺紋配合膠粘連接。
[0009]優(yōu)選地，所述絕緣連接管的基體材料為環(huán)氧樹(shù)脂，所述絕緣連接管的增強(qiáng)材料為無(wú)硼玻璃纖維和聚酰亞胺薄膜。
[0010]優(yōu)選地，所述管接頭為不銹鋼管。
[0011]優(yōu)選地，所述無(wú)硼玻璃纖維和聚酰亞胺薄膜的含量為絕緣連接管重量的65-70%。
[0012]優(yōu)選地，所述絕緣連接管為無(wú)硼玻璃纖維/聚酰亞胺薄膜/無(wú)硼玻璃纖維的層疊的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹(shù)脂具有直徑為0.2-0.5微米的氣孔。
[0014]優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹(shù)脂為芳香胺固化劑固化的多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂。
[0015](三)有益效果
[0016]本發(fā)明的輕型耐輻照低溫用絕緣子體積小、重量輕、抗輻照、耐低溫、耐高電壓，非常適合作為高能物理裝置中的高電壓絕緣通道連接使用。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是本發(fā)明絕緣子的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中標(biāo)記:1、管接頭，2、絕緣連接管，3、波紋管

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明輕型耐輻照低溫用絕緣子包括管接頭1、絕緣連接管2、波紋管
3。絕緣連接管2采用抗輻照的環(huán)氧樹(shù)脂作為基體材料，無(wú)硼玻璃纖維和聚酰亞胺薄膜作為增強(qiáng)材料，通過(guò)濕法纏繞或真空壓力浸潰工藝制備而成。其中，增強(qiáng)材料采用層疊的三明治結(jié)構(gòu)的無(wú)硼玻璃纖維/聚酰亞胺薄膜/無(wú)硼玻璃纖維半迭繞包絕緣結(jié)構(gòu)，無(wú)硼玻璃纖維及聚酰亞胺薄膜的含量為絕緣連接管重量的65-70%，抗輻照環(huán)氧樹(shù)脂基體為芳香胺固化劑固化的多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂，固化后的環(huán)氧樹(shù)脂氣孔直徑為0.2-0.5微米。為保證絕緣子良好的氣密性和連接強(qiáng)度，絕緣連接管與管接頭采用螺紋配合膠粘連接。同時(shí)，考慮到絕緣子工作于低溫(液氮或液氦)環(huán)境下，由于溫度的變化(如室溫到液氮溫度)，絕緣子各部件材料的膨脹系數(shù)不同，會(huì)引起較大的熱變形及熱應(yīng)力，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)采用一小段波紋管來(lái)補(bǔ)償絕緣連接管由于低溫引起的軸向收縮變形，確保了絕緣子在低溫下使用時(shí)的安全可靠。
[0022]實(shí)施例
[0023]本發(fā)明抗輻照的低溫絕緣子包括不銹鋼管1、絕緣連接管2、波紋管3。絕緣連接管2采用層疊的三明治結(jié)構(gòu)的無(wú)硼玻璃纖維/聚酰亞胺薄膜/無(wú)硼玻璃纖維半迭繞包絕緣結(jié)構(gòu)，并在聚酰亞胺薄膜與無(wú)硼玻璃纖維間充滿環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂為芳香胺固化劑固化的多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂，其氣孔直徑為0.3微米。玻璃纖維及聚酰亞胺薄膜的含量為絕緣連接管重量的68%。加工時(shí)，可根據(jù)絕緣子用途及所需耐電壓等級(jí)，選擇適當(dāng)纏繞角度，纖維層數(shù)以及聚酰亞胺膜層數(shù)。波紋管長(zhǎng)度根據(jù)絕緣子總長(zhǎng)度及計(jì)算的伸縮量數(shù)據(jù)適當(dāng)布置設(shè)計(jì)。使用時(shí)，通過(guò)兩根不銹鋼管1，一端連接電流引線管路，另一端連接制冷系統(tǒng)的管路。
[0024]對(duì)本發(fā)明的絕緣子經(jīng)鈷源輻照1MGy前后的各性能進(jìn)行測(cè)試分析，其試驗(yàn)參數(shù)如下:(I)機(jī)械性能:在4.2K液氦溫度經(jīng)2000N拉壓疲勞測(cè)試、100Nm彎矩測(cè)試和10Nm扭矩測(cè)試，絕緣子的漏率小于1.0 X 10_1(lmbarl/S。經(jīng)鈷源輻照1MGy后，絕緣子性能不變，仍能保證安全使用；(2)電性能:在室溫，輻照前后的絕緣子的耐直流和耐交流電壓等級(jí)都在30kV以上，液氮溫度可達(dá)到60kV。直流升壓到35kV，維持5分鐘，檢測(cè)泄漏電流為O μ A。經(jīng)鈷源輻照1MGy后，其耐電壓等級(jí)不變。(3)耐氣壓:液氦溫度耐氣壓力大于15MPa。(4)氣密性:氦質(zhì)譜儀試驗(yàn)，氦漏率小于1.0X 10_1(lmbarl/S。(5)抗冷熱循環(huán):經(jīng)100次室溫至液氮冷熱循環(huán)后，機(jī)械性能，電性能，耐氣壓和氣密性保持不變。
[0025]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有:
[0026]I)絕緣連接管采用的基體材料為芳香胺固化劑固化的多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂，在強(qiáng)輻照條件下，仍能保持足夠高的機(jī)械性能及電學(xué)性能。
[0027]2)絕緣連接管采用層疊的三明治結(jié)構(gòu)的無(wú)硼玻璃纖維/聚酰亞胺薄膜/無(wú)硼玻璃纖維半迭繞包絕緣結(jié)構(gòu)。由于聚酰亞胺薄膜具有良好的致密性，耐高低溫，抗輻照以及電性能，使得絕緣連接管氣密性、抗輻照、耐電壓性能提高。
[0028]3)波紋管補(bǔ)償絕緣連接管及其他部件由于低溫弓丨起的軸向收縮變形，確保了絕緣子在低溫下使用時(shí)的安全可靠。
[0029]4)不銹鋼管與絕緣連接管通過(guò)螺紋膠粘連接，保證了聯(lián)接處良好的氣密性和連接強(qiáng)度，并且操作靈活方便。
[0030]以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，該絕緣子包括管接頭(I)、絕緣連接管(2)、波紋管(3);所述絕緣連接管(2)—端連接管接頭(I)，另一端連接波紋管(3)，波紋管(3)另一端連接另一個(gè)管接頭(I)，絕緣連接管(2)與管接頭(I)為螺紋配合膠粘連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，所述絕緣連接管(2)的基體材料為環(huán)氧樹(shù)脂，所述絕緣連接管(2)的增強(qiáng)材料為無(wú)硼玻璃纖維和聚酰亞胺薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，所述管接頭(I)為不銹鋼管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，所述無(wú)硼玻璃纖維和聚酰亞胺薄膜的含量為絕緣連接管(2)重量的65-70%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4的輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，所述絕緣連接管(2)為無(wú)硼玻璃纖維/聚酰亞胺薄膜/無(wú)硼玻璃纖維的層疊的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，所述環(huán)氧樹(shù)脂具有直徑為0.2-0.5微米的氣孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6的輕型耐輻照低溫用絕緣子，其特征在于，所述環(huán)氧樹(shù)脂為芳香胺固化劑固化的多官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂。
【文檔編號(hào)】H01B17/26GK104167264SQ201410360947
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】吳智雄, 李來(lái)風(fēng), 李靜文, 黃傳軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所