CN104167264A - 一种轻型耐辐照低温用绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型耐辐照低温用绝缘子。本发明绝缘子包括管接头、绝缘连接管、波纹管。绝缘连接管采用抗辐照环氧树脂作为基体材料，层叠结构的无硼玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜/无硼玻璃纤维作为增强材料，无硼玻璃纤维及聚酰亚胺薄膜的含量为绝缘连接管重量的65-70％，环氧树脂气孔直径为0.2-0.5微米。所述的波纹管补偿所述绝缘连接管由于低温引起的轴向收缩变形，确保了绝缘子在低温下使用时的安全可靠。绝缘连接管与管接头通过螺纹配合胶粘连接，保证了联接处良好的气密性和连接强度。本发明绝缘子兼具了耐低温、耐高电压，抗辐照，重量轻，体积小等特点，非常适合作为高能物理装置中的高电压绝缘通道连接使用。

Description

一种轻型耐辐照低温用绝缘子

技术领域

本发明涉及超导、低温、核辐照和电气绝缘技术领域，更具体涉及一种轻型耐辐照低温用绝缘子。

背景技术

近年来，随着超导技术的不断发展，超导技术的应用越来越广泛，如超导输电，超导磁悬浮，超导核磁共振仪，核聚变实验堆等。超导系统涉及多方面的技术，除超导体本身外，相关的绝缘材料及结构的设计也是关键技术。绝缘系统是超导电缆或超导磁体线圈等应用超导系统中必不可少的重要组成部分，经常起绝缘和支撑的双重作用。

目前所使用的超导体主要靠低温流体冷却，从室温降至液氮甚至液氦温度进入超导状态，这就需要通过使用空心绝缘子，保证低温液体顺利通过，同时将整个超导系统的电回路和低温冷却回路电绝缘。

低温环境下复合绝缘子需要经历从室温(300K)到液氮温度(77K)甚至液氦温度(4K)以及从低温到室温的多次冷热过程，这就要求绝缘子必须具备极好的低温韧性，抗冷热冲击性等。针对以上这些要求，近年来，环氧树脂基复合绝缘子的研究日益受到重视并且已经在部分领域得到了应用。然而，随着高温超导电工应用技术以及强磁场、高储能、强辐照的低温超导核聚变实验工程的发展，绝缘系统在使用环境上与传统的在低温超导中的应用有很大不同，如对于存在中子辐照及γ射线时涉及的辐照损伤等，现有的绝缘子已不能很好地满足这些新条件、新环境的要求，因此亟需对绝缘子的绝缘材料及结构进行设计和改进。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提供一种低成本，高可靠性，能满足在强辐照低温环境下使用的轻型耐辐照低温用绝缘子。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻型耐辐照低温用绝缘子，该绝缘子包括管接头、绝缘连接管、波纹管；所述绝缘连接管一端连接管接头，另一端连接波纹管，波纹管另一端连接另一个管接头，绝缘连接管与管接头为螺纹配合胶粘连接。

优选地，所述绝缘连接管的基体材料为环氧树脂，所述绝缘连接管的增强材料为无硼玻璃纤维和聚酰亚胺薄膜。

优选地，所述管接头为不锈钢管。

优选地，所述无硼玻璃纤维和聚酰亚胺薄膜的含量为绝缘连接管重量的65-70％。

优选地，所述绝缘连接管为无硼玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜/无硼玻璃纤维的层叠的增强结构。

优选地，所述环氧树脂具有直径为0.2-0.5微米的气孔。

优选地，所述环氧树脂为芳香胺固化剂固化的多官能团环氧树脂。

(三)有益效果

本发明的轻型耐辐照低温用绝缘子体积小、重量轻、抗辐照、耐低温、耐高电压，非常适合作为高能物理装置中的高电压绝缘通道连接使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明绝缘子的基本结构示意图；

图中标记：1、管接头，2、绝缘连接管，3、波纹管

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明轻型耐辐照低温用绝缘子包括管接头1、绝缘连接管2、波纹管3。绝缘连接管2采用抗辐照的环氧树脂作为基体材料，无硼玻璃纤维和聚酰亚胺薄膜作为增强材料，通过湿法缠绕或真空压力浸渍工艺制备而成。其中，增强材料采用层叠的三明治结构的无硼玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜/无硼玻璃纤维半迭绕包绝缘结构，无硼玻璃纤维及聚酰亚胺薄膜的含量为绝缘连接管重量的65-70％，抗辐照环氧树脂基体为芳香胺固化剂固化的多官能团环氧树脂，固化后的环氧树脂气孔直径为0.2-0.5微米。为保证绝缘子良好的气密性和连接强度，绝缘连接管与管接头采用螺纹配合胶粘连接。同时，考虑到绝缘子工作于低温(液氮或液氦)环境下，由于温度的变化(如室温到液氮温度)，绝缘子各部件材料的膨胀系数不同，会引起较大的热变形及热应力，因此我们在设计时采用一小段波纹管来补偿绝缘连接管由于低温引起的轴向收缩变形，确保了绝缘子在低温下使用时的安全可靠。

实施例

本发明抗辐照的低温绝缘子包括不锈钢管1、绝缘连接管2、波纹管3。绝缘连接管2采用层叠的三明治结构的无硼玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜/无硼玻璃纤维半迭绕包绝缘结构，并在聚酰亚胺薄膜与无硼玻璃纤维间充满环氧树脂。环氧树脂为芳香胺固化剂固化的多官能团环氧树脂，其气孔直径为0.3微米。玻璃纤维及聚酰亚胺薄膜的含量为绝缘连接管重量的68％。加工时，可根据绝缘子用途及所需耐电压等级，选择适当缠绕角度，纤维层数以及聚酰亚胺膜层数。波纹管长度根据绝缘子总长度及计算的伸缩量数据适当布置设计。使用时，通过两根不锈钢管1，一端连接电流引线管路，另一端连接制冷系统的管路。

对本发明的绝缘子经钴源辐照10MGy前后的各性能进行测试分析，其试验参数如下：(1)机械性能：在4.2K液氦温度经2000N拉压疲劳测试、1000Nm弯矩测试和100Nm扭矩测试，绝缘子的漏率小于1.0×10^-10mbarl/s。经钴源辐照10MGy后，绝缘子性能不变，仍能保证安全使用；(2)电性能：在室温，辐照前后的绝缘子的耐直流和耐交流电压等级都在30kV以上，液氮温度可达到60kV。直流升压到35kV，维持5分钟，检测泄漏电流为0μA。经钴源辐照10MGy后，其耐电压等级不变。(3)耐气压：液氦温度耐气压力大于15MPa。(4)气密性：氦质谱仪试验，氦漏率小于1.0×10^-10mbarl/s。(5)抗冷热循环：经100次室温至液氮冷热循环后，机械性能，电性能，耐气压和气密性保持不变。

相对于现有技术，本发明的优点有：

1)绝缘连接管采用的基体材料为芳香胺固化剂固化的多官能团环氧树脂，在强辐照条件下，仍能保持足够高的机械性能及电学性能。

2)绝缘连接管采用层叠的三明治结构的无硼玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜/无硼玻璃纤维半迭绕包绝缘结构。由于聚酰亚胺薄膜具有良好的致密性，耐高低温，抗辐照以及电性能，使得绝缘连接管气密性、抗辐照、耐电压性能提高。

3)波纹管补偿绝缘连接管及其他部件由于低温引起的轴向收缩变形，确保了绝缘子在低温下使用时的安全可靠。

4)不锈钢管与绝缘连接管通过螺纹胶粘连接，保证了联接处良好的气密性和连接强度，并且操作灵活方便。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，该绝缘子包括管接头(1)、绝缘连接管(2)、波纹管(3)；所述绝缘连接管(2)一端连接管接头(1)，另一端连接波纹管(3)，波纹管(3)另一端连接另一个管接头(1)，绝缘连接管(2)与管接头(1)为螺纹配合胶粘连接。

2.根据权利要求1的轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，所述绝缘连接管(2)的基体材料为环氧树脂，所述绝缘连接管(2)的增强材料为无硼玻璃纤维和聚酰亚胺薄膜。

3.根据权利要求1的轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，所述管接头(1)为不锈钢管。

4.根据权利要求2的轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，所述无硼玻璃纤维和聚酰亚胺薄膜的含量为绝缘连接管(2)重量的65-70％。

5.根据权利要求2或4的轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，所述绝缘连接管(2)为无硼玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜/无硼玻璃纤维的层叠的增强结构。

6.根据权利要求2的轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，所述环氧树脂具有直径为0.2-0.5微米的气孔。

7.根据权利要求2或6的轻型耐辐照低温用绝缘子，其特征在于，所述环氧树脂为芳香胺固化剂固化的多官能团环氧树脂。