CN106448964B - 一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料及其制备方法，该绝缘材料可承受不低于150℃的长时工作温度、可承受不高于‑50℃的长时工作温度、屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25%、体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/cm；通过溶胶‑凝胶‑编丝‑烧结‑成型工艺制成陶瓷纤维套管，然后填充并灌封足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维最终制成；本发明的耐高温绝缘电缆用绝缘材料是陶瓷基的，抗高温、抗腐蚀、使用寿命长。

Description

一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子元件领域，尤其涉及一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料及其制备方法。
背景技术
电缆，通常是由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆具有内通电，外绝缘的特征。
绝缘层即在电缆导线外围均匀而密封地包裹一层不导电的材料，如：树脂、塑料、硅橡胶、PVC等，但这些材料受本质性能所限，其耐热性能和绝缘性能相较陶瓷基材料而言较弱。
在国内已申请的相关专利中，专利《一种陶瓷绝缘耐高温电缆》(申请号：201520062210.3，公开日：2015-07-08)，公开了一种将陶瓷层涂覆在导体芯材表面的绝缘方法，但由于是采用的连续镀覆，陶瓷膜脆性很大，弯折后陶瓷层易破碎，易损坏导体芯材和破坏绝缘表层材料，使最终成型产品的使用寿命短、也易老化和腐蚀。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种陶瓷基的、抗高温、抗腐蚀、使用寿命长的耐高温绝缘电缆用绝缘材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原材料的准备
①基体原材料的准备，包括如下重量份的材料：六水氯化铝50-60份、足量纯净水、氨水32-38份、足量稀盐酸溶液、3-5％浓度的聚乙烯醇溶液20-30份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末3-5份、纳米二硫化钼粉末3-5份、三氧化二钇粉末3-5份、二氧化锆粉末5-8份、氧化钙粉末4-7份、二氧化硅粉末6-10份；
②防护层原材料的准备，包括：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维；
2)纳米氧化铝溶胶的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58％-65％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min-40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃-30℃的恒温环境下，并机械搅拌30min-40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8-5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃-80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3-5％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
3)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将2)中步骤⑧获得的待用溶胶及1)中步骤①准备的纳米碳化硅粉末、纳米二硫化钼粉末、三氧化二钇粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合均匀后放置于炉内压强为18-20Mpa的保护气氛里，1000℃-1050℃温度下进行烧结，烧结时间2h-3h；
②烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
4)绝缘材料的成型
①将3)中步骤②获得的氧化铝陶瓷纤维纺织成致密的原始套管；
②将足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维以2∶5∶1的重量比调和，溶为糊状，然后填充到步骤①获得的原始套管纤维中及内外表面，至表面堆积厚度2-3mm；
③步骤②干结后即获得所需耐高温绝缘电缆用绝缘材料。
根据权利要求上述一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料的制备方法制备出的绝缘材料，该绝缘材料为复合材料，包括基体和防护层两部分，其中基体包括如下重量份的原材料：六水氯化铝50-60份、足量纯净水、氨水32-38份、足量稀盐酸溶液、3-5％浓度的聚乙烯醇溶液20-30份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末3-5份、纳米二硫化钼粉末3-5份、三氧化二钇粉末3-5份、二氧化锆粉末5-8份、氧化钙粉末4-7份、二氧化硅粉末6-10份；防护层包括如下重量份的原材料：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维。
根据权利要求上述一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料的制备方法制备出的绝缘材料，其中：其可承受不低于150℃的长时工作温度、可承受不高于-50℃的长时工作温度、屈服强度不低于80N/mm2、延伸率不低于25％、体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/cm。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：采用陶瓷纤维编织的致密绝缘层，韧性好，延伸率高，同时具有很高的耐高温性能和抗腐蚀性能，使用寿命长；由于详细地公开了成分、制备方法及工艺参数，本发明的层次清晰，实现容易，且适用于较大范围的电缆材料，尤其是高压电缆或架设困难，要求机械强度高、韧性好、使用寿命长的山区或洼地的电缆；由于采用的是陶瓷纤维，其自身绝缘性很好，体积电阻率不低于2×1013Ω·cm、介电强度不低于500kV/cm，又由于采用了复合了玻璃、橡胶、树脂的灌封材料，综合性能优良，没有明显缺陷，一方面很好地填充了陶瓷纤维编织时的孔隙，另一方面也使绝缘层具有了更好的韧性和抗弯性能。
具体实施方式
实施例1：
一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料，该绝缘材料为复合材料，包括基体和防护层两部分，其中基体包括如下重量份的原材料：六水氯化铝50份、足量纯净水、氨水32份、足量稀盐酸溶液、3％浓度的聚乙烯醇溶液20份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末3份、纳米二硫化钼粉末3份、三氧化二钇粉末3份、二氧化锆粉末5份、氧化钙粉末4份、二氧化硅粉末6份；防护层包括如下重量份的原材料：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维。
上述绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原材料的准备
①基体原材料的准备，包括如下重量份的材料：六水氯化铝50份、足量纯净水、氨水32份、足量稀盐酸溶液、3％浓度的聚乙烯醇溶液20份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末3份、纳米二硫化钼粉末3份、三氧化二钇粉末3份、二氧化锆粉末5份、氧化钙粉末4份、二氧化硅粉末6份；
②防护层原材料的准备，包括：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维；
2)纳米氧化铝溶胶的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃的恒温环境下，并机械搅拌30min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
3)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将2)中步骤⑧获得的待用溶胶及1)中步骤①准备的纳米碳化硅粉末、纳米二硫化钼粉末、三氧化二钇粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合均匀后放置于炉内压强为18Mpa的保护气氛里，1000℃温度下进行烧结，烧结时间2h；
②烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
4)绝缘材料的成型
①将3)中步骤②获得的氧化铝陶瓷纤维纺织成致密的原始套管；
②将足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维以2∶5∶1的重量比调和，溶为糊状，然后填充到步骤①获得的原始套管纤维中及内外表面，至表面堆积厚度2mm；
③步骤②干结后即获得所需耐高温绝缘电缆用绝缘材料。
根据本实施例生产出的绝缘材料，其主要工作性能为：可承受160℃的长时工作温度、可承受-70℃的长时工作温度、屈服强度85N/mm2、延伸率45％、体积电阻率5×1013Ω·cm、介电强度550kV/cm。
实施例2：
一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料，该绝缘材料为复合材料，包括基体和防护层两部分，其中基体包括如下重量份的原材料：六水氯化铝60份、足量纯净水、氨水38份、足量稀盐酸溶液、5％浓度的聚乙烯醇溶液30份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末5份、纳米二硫化钼粉末5份、三氧化二钇粉末5份、二氧化锆粉末8份、氧化钙粉末7份、二氧化硅粉末10份；防护层包括如下重量份的原材料：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维。
上述绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原材料的准备
①基体原材料的准备，包括如下重量份的材料：六水氯化铝60份、足量纯净水、氨水38份、足量稀盐酸溶液、5％浓度的聚乙烯醇溶液30份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末5份、纳米二硫化钼粉末5份、三氧化二钇粉末5份、二氧化锆粉末8份、氧化钙粉末7份、二氧化硅粉末10份；
②防护层原材料的准备，包括：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维；
2)纳米氧化铝溶胶的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比65％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于30℃的恒温环境下，并机械搅拌40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加5％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
3)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将2)中步骤⑧获得的待用溶胶及1)中步骤①准备的纳米碳化硅粉末、纳米二硫化钼粉末、三氧化二钇粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合均匀后放置于炉内压强为20Mpa的保护气氛里，1050℃温度下进行烧结，烧结时间3h；
②烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
4)绝缘材料的成型
①将3)中步骤②获得的氧化铝陶瓷纤维纺织成致密的原始套管；
②将足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维以2∶5∶1的重量比调和，溶为糊状，然后填充到步骤①获得的原始套管纤维中及内外表面，至表面堆积厚度3mm；
③步骤②干结后即获得所需耐高温绝缘电缆用绝缘材料。
根据本实施例生产出的绝缘材料，其主要工作性能为：可承受180℃的长时工作温度、可承受-50℃的长时工作温度、屈服强度107N/mm2、延伸率29％、体积电阻率5×1014Ω·cm、介电强度不低于630kV/cm。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原材料的准备
①基体原材料的准备，包括如下重量份的材料：六水氯化铝50-60份、足量纯净水、氨水32-38份、足量稀盐酸溶液、3-5％浓度的聚乙烯醇溶液20-30份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末3-5份、纳米二硫化钼粉末3-5份、三氧化二钇粉末3-5份、二氧化锆粉末5-8份、氧化钙粉末4-7份、二氧化硅粉末6-10份；
②防护层原材料的准备，包括：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维；
2)纳米氧化铝溶胶的制备
①将六水氯化铝与适量纯净水混合，搅拌并过滤杂质，调配至获得质量百分比58％-65％的氯化铝溶液；
②将步骤①获得的盛有氯化铝溶液的容器进行高频振动，再将氨水雾化后均匀缓慢地通入步骤①制备的氯化铝溶液中，获得待处理溶液；
③步骤②完成后继续高频振动30min-40min，然后将步骤②获得的待处理溶液置于25℃-30℃的恒温环境下，并机械搅拌30min-40min，获得预制溶液；
④在步骤③获得的预制溶液内缓慢滴加稀盐酸溶液并搅拌，至溶液的PH值4.8-5.2，获得原始溶胶液；
⑤将步骤④获得的原始溶胶液置于70℃-80℃温度下，回流8h，获得预制溶胶液；
⑥在步骤⑤获得的预制溶胶液内缓慢添加3-5％浓度的聚乙烯醇溶液，获得待处理溶胶；
⑦采用无水乙醇对步骤⑥获得的待处理溶胶进行反复冲洗至洗净；
⑧将步骤⑦获得的溶胶纺成丝状，即获得所需待用溶胶；
3)氧化铝陶瓷纤维的制备
①将2)中步骤⑧获得的待用溶胶及1)中步骤①准备的纳米碳化硅粉末、纳米二硫化钼粉末、三氧化二钇粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合均匀后放置于炉内压强为18-20Mpa的保护气氛里，1000℃-1050℃温度下进行烧结，烧结时间2h-3h；
②烧结完成后，炉温T不低于800℃时随炉冷却；炉温T处于500℃≤T＜800℃半开炉门冷却；炉温T＜500℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需氧化铝陶瓷纤维；
4)绝缘材料的成型
①将3)中步骤②获得的氧化铝陶瓷纤维纺织成致密的原始套管；
②将足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维以2∶5∶1的重量比调和，溶为糊状，然后填充到步骤①获得的原始套管纤维中及内外表面，至表面堆积厚度2-3mm；
③步骤②干结后即获得所需耐高温绝缘电缆用绝缘材料。
2.根据权利要求1所述一种耐高温绝缘电缆用绝缘材料的制备方法制备出的绝缘材料，其特征在于：该绝缘材料为复合材料，包括基体和防护层两部分，其中基体包括如下重量份的原材料：六水氯化铝50-60份、足量纯净水、氨水32-38份、足量稀盐酸溶液、3-5％浓度的聚乙烯醇溶液20-30份、足量无水乙醇、纳米碳化硅粉末3-5份、纳米二硫化钼粉末3-5份、三氧化二钇粉末3-5份、二氧化锆粉末5-8份、氧化钙粉末4-7份、二氧化硅粉末6-10份；防护层包括如下重量份的原材料：足量硅橡胶、足量环氧树脂、足量玻璃纤维。
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