CN106205837B - 一种复合氧化镁耐火电缆及其制备方法 - Google Patents

一种复合氧化镁耐火电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合氧化镁耐火电缆及其制造方法。所述复合氧化镁耐火电缆由金属导体、复合氧化镁绝缘耐火层及波纹铜护套组成。本发明与现有技术相比，根据本发明实施例的制造方法采用Al2O3、ZrO2、SiO2、MgO和酚醛树脂等制备复合氧化镁粉体，将复合粉体挤压成型在金属导体外层，对复合粉体进行在线热处理，并在最外层包覆波纹铜护套。根据本发明实施例的耐火电缆，在保证电缆基本应用性能的前提下，耐火性能显著提高，从而使得电缆应用更安全。

Description

一种复合氧化镁耐火电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于输配电线路器材领域，涉及一种电缆及其制备方法，尤其涉及一种复合氧化镁耐火电缆及其制备方法。
背景技术
随着经济社会发展，电缆的耐火性能越来越受到重视。传统的氧化镁矿物电缆具有较好的耐火性能，但是其生产工艺复杂，材料成本极高，制约了其应用。如何采用简单的工艺制备结构简单、性能更优异的耐火电缆意义重大，是电缆行业研究人员多年来不断研究的课题。
在本发明完成之前，尚未见到用与本发明制备方法相同的耐火电缆产品，也未见到有与本发明相同的耐火电缆的制备方法在文献中有记载。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种复合氧化镁耐火电缆以及复合氧化镁耐火电缆的制备方法。
根据本发明的一方面，一种复合氧化镁耐火电缆由金属导体、复合氧化镁绝缘耐火层及波纹铜护套组成。
根据本发明的实施例，所述复合氧化镁绝缘耐火层的成分配比(重量百分比)为：Al2O3 8.28％-25.8％，ZrO2 0.001％-0.003％，SiO2 0.01％-0.015％，酚醛环氧树脂3％-5％，其余为MgO。
根据本发明的实施例，所述复合氧化镁绝缘耐火层中的Al2O3在1100℃时能够弥散填充进基质及树脂分解所产生的气孔中，将氧化镁颗粒紧密粘结在一起，并与氧化镁反应生成MgAl2O4三维网状骨架，以保证所述复合氧化镁绝缘耐火层结构完整并同时形成Al2O3和ZrO2纤维，同时进一步增加绝缘耐火层的强度和耐火性能。
根据本发明的实施例，所述复合氧化镁绝缘耐火层最高使用温度为1850℃-2000℃，所述复合氧化镁绝缘耐火层在25℃时的等效热导率为0.075W/(m·k)，在1000℃时的热导率为8.282W/(m·k)。
所述复合氧化镁绝缘耐火层在1000℃-1200℃的燃烧试验后，抗折强度为900Mpa-1180Mpa，经过热震性试验后，抗折强度保持率为82％-88％。
根据本发明的另一方面，一种复合氧化镁耐火电缆的制备方法，包括以下步骤：
采用铝合金或铜制得导体；
按一定的质量比将Al2O3、ZrO2、SiO2、MgO颗粒混合至均匀，从而得到复合氧化镁粉体；
在室温时，在所述复合氧化镁粉体中添加一定质量的酚醛环氧树脂，混合至均匀；
在65℃温度和150MPa的压力下，将含有酚醛环氧树脂的复合氧化镁粉体经过模具在线挤压成型在金属导体外层，并采用管式电阻炉对挤压后的复合粉体层进行在线分步热处理，从而定型形成复合氧化镁绝缘耐火层；
采用铜带对包覆复合氧化镁绝缘耐火层的金属导体进行在线包覆、焊接，对焊接后的铜管进行波纹处理。
根据本发明的实施例，所述MgO颗粒平均粒径为65μm-75μm，所述Al2O3、ZrO2和SiO2颗粒的平均粒径分别为18μm-28μm、22μm-30μm和30μm。
根据本发明的实施例，所述复合氧化镁粉体层的在线分步热处理包括两个阶段，其中，第一阶段与第二阶段的热处理温度分别为80℃和185℃，包覆有复合氧化镁粉体层的导体的经过管式炉的速率分别为15m/min和25m/min。
根据本发明的实施例，所述复合氧化镁耐火电缆最小弯曲半径为所述复合氧化镁耐火电缆直径的12-20倍。
本发明综合运用材料和创新性工艺制备复合氧化镁绝缘耐火层，实现具有优异力学性能和耐火性能的耐火电缆的制备。本发明所制备的复合氧化镁耐火电缆的绝缘耐火层中的Al2O3在1100℃时能够弥散填充进基质及树脂分解所产生的气孔中，将氧化镁颗粒紧密粘结在一起，并与氧化镁反应生成MgAl2O4三维网状骨架，保证绝缘耐火层结构完整并同时形成Al2O3和ZrO2纤维，进一步增加绝缘耐火层的强度和耐火性能。
本发明与现有技术相比，根据本发明的复合氧化镁耐火电缆的结构简单，耐火性能显著提高，电缆应用更安全。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，通过以下几个具体实施例对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1、采用铝合金或铜制得的导体。
2、按成分配比(重量百分比)为：Al2O3 8.28％，ZrO2 0.001％，SiO2 0.01％，其余为MgO颗粒(氧化镁粉)，将粒径分别为18μm、22μm、30μm和65μm的Al2O3、ZrO2、SiO2、MgO混合至均匀。在室温时，在混合均匀的复合氧化镁粉体中添加3％的的酚醛树脂(例如，酚醛环氧树脂)，混合至均匀。
3、在65℃温度和150MPa的压力下，将含有酚醛树脂的复合粉体经过模具在线挤压成型在金属导体外层，并采用管式电阻炉对挤压后的复合粉体层进行在线分步热处理，使复合氧化镁绝缘耐火层定型，第一步与第二步的热处理温度分别为80℃和185℃，包覆有复合粉体层的导体的经过管式炉的速率分别为15m/min和25m/min。。
4、采用铜带对包覆有耐火绝缘层的金属导体进行在线包覆、焊接，焊接后的铜管经过波纹处理。
根据本发明的实施例，所得耐火电缆的弯曲半径为15D，即所得隔热防火电缆的弯曲半径为电缆直径的15倍。
根据本发明的实施例，将制得的复合氧化镁耐火电缆在1160℃的温度下进行燃烧0.5h，燃烧后测得绝缘耐火层中的铝转化为MgAl2O4的比率为45.3％。
采用QTM-500型隔热测试仪，按GB/T 10294-2008对制得的复合氧化镁绝缘耐火层进行测量，在25℃时的等效热导率为0.078W/(m·k)，在1000℃时的热导率为8.552/W(m·k)。
按GB/T 3001-2007对经过1160℃×0.5h燃烧试验的复合绝缘耐火层进行试验，测得抗折强度为900Mpa。
按GB/T 30873-2014对制得的复合氧化镁绝缘耐火层进行抗热震性试验，测得热震性试验后，复合绝缘耐火层的抗折强度保持率为82％。
实施例2
1、采用铝合金或铜制得导体。
2、按成分配比(重量百分比)为：Al2O3 13.32％，ZrO2 0.001％，SiO2 0.01％，其余为MgO颗粒(氧化镁粉)，将粒径分别为20μm、25μm、30μm和66μm的Al2O3、ZrO2、SiO2、MgO混合至均匀。在室温时，在混合均匀的复合氧化镁粉体中添加4％的的酚醛树脂(例如，酚醛环氧树脂)，混合至均匀。
3、在65℃温度和150MPa的压力下，将含有酚醛树脂的复合粉体经过模具在线挤压成型在金属导体外层，并采用管式电阻炉对挤压后的复合粉体层进行在线分步热处理，使复合氧化镁绝缘耐火层定型，第一步与第二步的热处理温度分别为80℃和185℃，包覆有复合粉体层的导体的经过管式炉的速率分别为15m/min和25m/min。。
4、采用铜带对包覆有耐火绝缘层的金属导体进行在线包覆、焊接，焊接后的铜管经过波纹处理。
根据本发明的实施例，所得耐火电缆的弯曲半径为15D，即所得隔热防火电缆的弯曲半径为电缆直径的15倍。
根据本发明的实施例，将制得的复合氧化镁耐火电缆在1250℃的温度下进行燃烧0.5h，燃烧后测得绝缘耐火层中的铝转化为MgAl2O4的比率为58.9％。
采用QTM-500型隔热测试仪，按GB/T 10294-2008对制得的复合氧化镁绝缘耐火层进行测量，在25℃时的等效热导率为0.075W/(m·k)，在1000℃时的热导率为8.282W/(m·k)。
按GB/T 3001-2007对经过1250℃×0.5h燃烧试验的复合绝缘耐火层进行试验，测得抗折强度为1158Mpa。
按GB/T 30873-2014对制得的复合氧化镁绝缘耐火层进行抗热震性试验，测得热震性试验后，复合绝缘耐火层的抗折强度保持率为88％。
实施例3
1、采用铝合金或铜制得导体。
2、按成分配比(重量百分比)为：Al2O3 25.8％，ZrO2 0.001％，SiO2 0.01％，其余为MgO颗粒(氧化镁粉)，将粒径分别为28μm、30μm、30μm和68μm的Al2O3、ZrO2、SiO2、MgO混合至均匀。在室温时，在混合均匀的复合氧化镁粉体中添加5％的的酚醛树脂(例如，酚醛环氧树脂)，混合至均匀。
3、在65℃温度和150MPa的压力下，将含有酚醛树脂的复合粉体经过模具在线挤压成型在金属导体外层，并采用管式电阻炉对挤压后的复合粉体层进行在线分步热处理，使复合氧化镁绝缘耐火层定型，第一步与第二步的热处理温度分别为80℃和185℃，包覆有复合粉体层的导体的经过管式炉的速率分别为15m/min和25m/min。。
4、采用铜带对包覆有耐火绝缘层的金属导体进行在线包覆、焊接，焊接后的铜管经过波纹处理。
根据本发明的实施例，所得耐火电缆的弯曲半径为16D，即所得隔热防火电缆的弯曲半径为电缆直径的16倍。
根据本发明的实施例，将制得的复合氧化镁耐火电缆在1260℃的温度下进行燃烧2h，燃烧后测得绝缘耐火层中的铝转化为MgAl2O4的比率为59.8％。
采用QTM-500型隔热测试仪，按GB/T 10294-2008对制得的复合氧化镁绝缘耐火层进行测量，在25℃时的等效热导率为0.082W/(m·k)，在1000℃时的热导率为8.952/W(m·k)。
按GB/T 3001-2007对经过1160℃×0.5h燃烧试验的复合绝缘耐火层进行试验，测得抗折强度为1160Mpa。
按GB/T 30873-2014对制得的复合氧化镁绝缘耐火层进行抗热震性试验，测得热震性试验后，复合绝缘耐火层的抗折强度保持率为85％。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合氧化镁耐火电缆，其特征在于，所述电缆由金属导体、复合氧化镁绝缘耐火层及波纹铜护套组成，其中，所述复合氧化镁绝缘耐火层的成重量百分比为：Al2O3 8.28％-25.8％，ZrO2 0.001％-0.003％，SiO2 0.01％-0.015％，酚醛环氧树脂3％-5％，其余为MgO。
2.根据权利要求1所述的复合氧化镁耐火电缆，其特征在于，所述复合氧化镁绝缘耐火层中的Al2O3在1100℃时弥散填充进基质及树脂分解所产生的气孔中，将氧化镁颗粒紧密粘结在一起，并与氧化镁反应生成MgAl2O4三维网状骨架，以保证所述复合氧化镁绝缘耐火层结构完整并同时形成Al2O3和ZrO2纤维。
3.根据权利要求1所述的复合氧化镁耐火电缆，其特征在于，所述复合氧化镁绝缘耐火层最高使用温度为1850℃-2000℃，所述复合氧化镁绝缘耐火层在25℃时的等效热导率为0.075W/(m·k)，在1000℃时的热导率为8.282W/(m·k)。
4.根据权利要求1所述的复合氧化镁耐火电缆，其特征在于，所述复合氧化镁绝缘耐火层在1000℃-1200℃的燃烧试验后，所述复合氧化镁绝缘耐火层的抗折强度为900Mpa-1180Mpa；经过热震性试验后，所述复合氧化镁绝缘耐火层的抗折强度保持率为82％-88％。
5.一种复合氧化镁耐火电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用铝合金或铜制得导体；
按一定的质量比将Al2O3颗粒、ZrO2颗粒、SiO2颗粒以及MgO颗粒混合至均匀，从而得到复合氧化镁粉体；
在室温时，在所述复合氧化镁粉体中添加一定质量的酚醛环氧树脂，混合至均匀，其中，按照重量百分比Al2O3 8.28％-25.8％，ZrO2 0.001％-0.003％，SiO2 0.01％-0.015％，酚醛环氧树脂3％-5％，其余为MgO；
在65℃温度和150MPa的压力下，将含有酚醛环氧树脂的复合氧化镁粉体经过模具在线挤压成型在所述导体外层，并采用管式电阻炉对挤压后的复合氧化镁粉体层进行在线分步热处理，从而定型形成复合氧化镁绝缘耐火层；
采用铜带对包覆有复合氧化镁绝缘耐火层的导体进行在线包覆、焊接，对焊接后的铜管进行波纹处理。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述MgO颗粒的平均粒径为65μm-75μm，Al2O3、ZrO2和SiO2颗粒的的平均粒径分别为18μm-28μm、22μm-30μm和30μm。
7.根据权利要求5-6任一所述的制备方法，其特征在于，所述复合氧化镁粉体层的在线分步热处理包括两个阶段，其中，第一阶段与第二阶段的热处理温度分别为80℃和185℃，第一阶段与第二阶段中包覆有复合氧化镁粉体层的导体的经过管式炉的速率分别为15m/min和25m/min。
8.根据权利要求5-6任一所述的制备方法，其特征在于，所述复合氧化镁耐火电缆最小弯曲半径为所述复合氧化镁耐火电缆直径的12-20倍。
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