CN105565787B - 铠装信号传输电缆用复合绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铠装信号传输电缆用复合绝缘材料及其制备方法，该材料各物质的重量份为：SiO2：600～700份；MgO：300～400份；CaO：0.24份；Al2O30.056份；Fe2O3：0.023份，杂质：≤0.3份，其中，MgO被SiO2所包裹。该材料用于核电站等苛刻环境介质下的信号传输，可以满足核电站高温、高压、高辐照环境条件下的信号传输要求。采用材料制造的铠装信号电缆，具有很宽的温度工作范围：‑273℃至+1000℃，适合于核岛内的核反应堆(1E级K1类)和外太空的强辐射环境，对于盐雾，液压油，航空煤油，环氧清除剂等有很好的抵抗性。

Description

铠装信号传输电缆用复合绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料，特别涉及一种铠装信号传输电缆用复合绝缘材料及其制备方法。
背景技术
1947年,美苏的冷战正式开始，从1957年10月4号，苏联正式发射第一颗人造地球卫星“人造地球卫星1号”，到1958年1月31日，美国发射了第一颗人造地球卫星“探险者”一号，从此开始了一系列的导弹，卫星、飞船、飞机、核潜艇等飞速发展的疯狂时期。1957年，因应冷战时期军事产品的狂热需求，美国的Whittaker Electronic Resources公司成功地研制出金属氧化物为绝缘材料的信号电缆，因为该电缆有着的极其出色的性能和可靠性，所以后面几乎所有的航空航天、核军事项目中都广泛应用，为这些项目的成功实施作出应有的贡献。
在核电厂中，仪控回路使用乙烯基、丙烯基合成的橡胶，玻璃纤维，以及以氯磺化聚乙烯、聚乙亚胺等为绝缘材料的电缆。在现场环境下，电缆的绝缘和护套等聚合物材料随着时间的推移会发生各种缓慢的、不可逆的化学变化和物理变化，表现为材料的延伸率降低，即材料的抗拉强度减弱；护套材料的硬度或抗压模量增大；材料的密度增加；电气性能改变(如介质损耗增加)。因此不能满足核电站等苛刻工况环境要求。
目前无机绝缘电缆中，氧化镁(MgO)绝缘电缆是最常用的一种，其介电常数大(达到5.43)，介质损耗较高。二氧化硅(SiO2)电缆的介电常数最低可以到1.56，这样信号在绝缘层里面传输时损耗可大大降低。然而，在高温环境中，绝缘材料的高温绝缘性能呈指数级下降，此外二氧化硅的高温绝缘性能一般比氧化镁还低2～3个数量级。尤其在800℃的高温环境中，两种单一组分的绝缘材料耐电压击穿性较差，500V高压下常常出现击穿现象，而造成整根电缆丢失传输信号的现象。因此，两种单一材料的绝缘电缆均难以满足核电站高温、高压、高辐照环境条件下的信号传输要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种铠装信号传输电缆用复合绝缘材料及其制备方法。该材料用于核电站等苛刻环境介质下的信号传输，可以满足核电站高温、高压、高辐照环境条件下的信号传输要求。采用材料制造的铠装信号电缆，具有很宽的温度工作范围：-273℃至+1000℃，适合于核岛内的核反应堆(1E级K1类)和外太空的强辐射环境，对于盐雾，液压油，航空煤油，环氧清除剂等有很好的抵抗性。
本发明的技术方案是：
铠装信号传输电缆用复合绝缘材料，包括SiO2、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3、杂质，各物质的重量份为：SiO2：600～700份；MgO：300～400份；CaO：0.24份；Al2O30.056份；Fe2O3：0.023份，杂质：≤0.3份，其中，MgO被SiO2所包裹。
所述SiO2的粒径600目；MgO的粒径200目；CaO的粒径600目；Al2O3的粒径600目；Fe2O3的粒径600目。由该粒径大小以及配比成分组成的复合绝缘粉，可实现大粒径的MgO被小粒径的SiO2所包裹，可大大提高复合绝缘粉的耐电压击穿性。
铠装信号传输电缆用复合绝缘材料的制备方法，有以下步骤：
1)配料
按照权利要求1所述的配比取复合绝缘材料，同时取甲基纤维素，球磨，使配料混合均匀实现大粒径的MgO与小粒径的SiO2均匀混合，球磨速率为400～4200r/min左右，研磨时间30～60min，得到料粉；
2)成型
缓慢将沸水、甲基纤维素与步骤1)所得料粉中，搅拌，并搓揉无颗粒、柔软状的料泥；实现大粒径的MgO被小粒径的SiO2所包裹；
其中，料粉：甲基纤维素：水的重量比为100：1.8～2；18～20；
3)挤压成型
将步骤2)所得料泥在挤压模具中放入成型绝缘材料挤压成形，制成柱坯，挤压的瓷柱应均匀且无偏心。待摊放在木板上的瓷柱水分蒸发而有一定强度后，先用薄小刀去头尾，然后用一直木条将瓷柱一根挨一根地摆直，排放整齐，在通风处阴干3～5天。
4)烧结
步骤3)所得柱坯于高温烧结炉中1250℃烧结60分钟，得到复合绝缘瓷柱，烧结好的瓷柱存放在烘箱中备用。
步骤4)所述烧结升温时，400℃以下缓慢升温，升温速度≤130℃/h,400℃以上加速升温,升温速度≥260℃/h。
铠装信号电缆的拉拔：
将金属保护管、复合绝缘瓷柱、铜丝三者组装后经反复拉拔、采用退火热处理至成品后，制成铠装信号电缆,其中，热处理温度为400～1100℃，热处理时间为10min～30min。
铠装信号电缆密封工艺：
将铠装信号电缆两端剥出引线15mm后，放入烘箱120℃，烘烤24h后，用玻璃烧结密封，得到铠装信号电缆。
本发明的技术效果
1.采用本发明所述的材料制备的铠装信号电缆，具有很宽的温度工作范围：-273℃至+1000℃，特高温结构甚至可以达到+1300℃，短时间内，温度可以承受更高。
2.采用本发明所述的材料制备的铠装信号电缆，具有最高级别的耐辐射性能，适合于核岛内的核反应堆(1E级K1类)和外太空的强辐射环境。
3.本发明所述的材料制备的铠装信号电缆，具有抗化学腐蚀性，对于盐雾，液压油，航空煤油，环氧清除剂等有很好的抵抗性。
4.本发明所述的材料制备的铠装信号电缆，无机械和电气老化特性。经检测其室温绝缘电阻：2.78×1013Ω.m，500℃绝缘电阻可达到1.25×108Ω.m，800℃绝缘电阻可达到1.5×106Ω.m。
具体实施方式
实施例1
称量所需组分重量放入烧杯内，粒径为600目的SiO2：700g、粒径为200目的MgO：300g、粒径为600目的CaO：0.24g、粒径为600目的Al2O3：0.056g、粒径为600目的Fe2O3：0.023g，甲基纤维素18g，倒入球磨机中均匀球磨，研磨速率400r/min左右，研磨时间30～60min。再将烧沸的纯水200g慢慢倒入盆中，边倒水边搅拌，然后迅速地反复搓揉至氧化镁无颗粒，柔软状，在专用挤出模具中挤压成形，制成复合绝缘瓷柱φ7.2×1.8。待摊放在木板上的瓷柱水分蒸发而有一定强度后，先用薄小刀去头尾，然后用一直木条将瓷柱一根挨一根地摆直，排放整齐。在通风处阴干3～5天后，在高温烧结炉中1250℃烧结60分钟。升温时注意400℃以下缓慢升温，400℃以上可加速升温。烧结好的瓷柱存放在烘箱中备用。
将金属保护管316Lφ10×1、复合复合绝缘瓷柱、铜丝φ1.3三者组装后经反复拉拔、热处理至成品φ3.5，制成铠装信号电缆。将铠装信号电缆两端剥出引线15mm后，放入烘箱120℃，烘烤24h后，用玻璃烧结密封。
铠装信号电缆性能测试：500V电压下。室温绝缘电阻可达到2.78×1013Ω.m，500℃绝缘电阻可达到1.25×108Ω.m，800℃绝缘电阻可达到1.5×106Ω.m。由此粒径大小以及配比成分组成的复合绝缘粉，可实现大粒径的MgO被小粒径的SiO2所包裹，大大提高了复合绝缘粉的500V电压下的绝缘电阻。
实施例2
称量所需组分重量放入烧杯内，粒径为600目的SiO2：600g，粒径为200目的MgO：400g，粒径为600目的CaO：0.24g，粒径为600目的Al2O3：0.056g，粒径为600目的Fe2O3：0.023g，甲基纤维素18g，倒入球磨机中均匀球磨，研磨速率800r/min左右，研磨时间30～60min。再将烧沸的纯水200g慢慢倒入盆中，边倒水边搅拌，然后迅速地反复搓揉至氧化镁无颗粒，柔软状，在专用挤出模具中挤压成形，制成复合绝缘瓷柱φ7.2×1.8。待摊放在木板上的瓷柱水分蒸发而有一定强度后，先用薄小刀去头尾，然后用一直木条将瓷柱一根挨一根地摆直，排放整齐。在通风处阴干3～5天后，在高温烧结炉中1250℃烧结60分钟。升温时注意400℃以下缓慢升温，400℃以上可加速升温。烧结好的瓷柱存放在烘箱中备用。
将金属保护管316Lφ10×1、复合复合绝缘瓷柱、铜丝φ1.3三者组装后经反复拉拔、热处理至成品φ3.5，制成铠装信号电缆。将铠装信号电缆两端剥出引线15mm后，放入烘箱120℃，烘烤24h后，用玻璃烧结密封。
铠装信号电缆性能测试：500V电压下。室温绝缘电阻可达到2.53×1013Ω.m，500℃绝缘电阻可达到1.02×108Ω.m，800℃绝缘电阻可达到1.37×106Ω.m。由此粒径大小以及配比成分组成的复合绝缘粉，可实现大粒径的MgO被小粒径的SiO2所包裹，大大提高了复合绝缘粉的500V电压下的绝缘电阻。

Claims (4)

1.一种铠装信号传输电缆用复合绝缘材料，其特征在于，包括SiO2、MgO、CaO、Al2O3 、Fe2O3、杂质，各物质的重量份为：SiO2：600～700份；MgO：300～400份；CaO：0.24份；Al2O30.056份；Fe2O3：0.023份，杂质：≤0.3份，SiO2的粒径600目；MgO的粒径200目；CaO的粒径600目；Al2O3的粒径600目；Fe2O3的粒径600目，其中， MgO被SiO2所包裹，该复合绝缘材料在-273℃至+1000℃条件下、核岛内的核反应堆和外太空的强辐射环境中对于盐雾，液压油，航空煤油，环氧清除剂有很好的抵抗性。
2.权利要求1所述的铠装信号传输电缆用复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，有以下步骤：
1）配料
按照权利要求1所述的配比取复合绝缘材料，同时取甲基纤维素，球磨，球磨速率为400～4200r/min，研磨时间30～60min，得到料粉；
2）成型
将沸水缓慢加入步骤1）所得料粉中，搅拌，并搓揉至无颗粒、柔软状的料泥；
3）挤压成型
将步骤2）所得料泥挤压成形，制成柱坯；
4）烧结
步骤3）所得柱坯于高温烧结炉中1250℃烧结60分钟。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2）所述料粉：甲基纤维素：水的重量比为100：1.8～2：18～20。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤4）所述烧结升温时，400℃以下缓慢升温,升温速度≤130℃/h，400℃以上加速升温,升温速度≥260℃/h。
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