CN107830263A - 一种耐高温防爆绝缘保护系统及其制造方法 - Google Patents

一种耐高温防爆绝缘保护系统及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于镀铝碳纤维复合微孔铝合金材料的耐高温防爆绝缘保护系统及其制造方法，所述保护系统由镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管及其内表面的耐高温绝热凝胶保护层构成。根据本发明的实施例，1350℃时耐高温防爆绝缘保护系统的热导率为0.058W/(m·k)以下，1350℃时所述耐高温防爆绝缘保护系统的热膨胀系数为2.82×10‑6/K以下，抗压强度为852Mpa以上，抗拉强度为811Mpa以上，单位重量能量吸收量为95MJ/kg以上。与现有技术相比，根据本发明实施例的保护系统具有耐高温、防爆、绝缘的作用，可以在高温环境中保护线路的安全运行，实现能量、信号等的传输。

Description

一种耐高温防爆绝缘保护系统及其制造方法
技术领域
本发明属于能源、信号传输领域，涉及一种耐高温防爆绝缘保护系统及其制造方法。
背景技术
科学技术高速发展，特别是航空航天、通讯、交通、能源、建筑等领域的高速发展，不断给人类的生活和生产带来新的体验和便利。而上述领域具有复杂的能源、信号传输需求，其传输线路往往是在高温、具有爆炸风险、腐蚀等环境中运行，如何保护能源、信号的安全传输，实现对目标区域的能源供给、监控、检测和控制等目的，具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种基于镀铝碳纤维复合微孔铝合金材料的保护系统及其制造方法。
根据本发明的一方面，一种耐高温防爆绝缘保护系统，由镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管及其内表面的耐高温绝热凝胶保护层构成；所镀铝述碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管按重量百分比由以下组成：铁Fe 0.20％-0.8％、硅Si0.15％-0.7％、铜Cu 0.15％-1.0％、硼B 0.03％-0.05％、锂Li 0.02％-0.05％、锰Mn 0.05％-0.55％、镍Ni0.08％-0.8％、锌Zn 0.05％-2％、钇Y 0.001％-0.008％、锆Zr 0.005％-0.02％、钕Nd0.01％-0.03％、镀铝碳纤维0.02％-0.09％，其余为铝；所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管中均匀分布独立封闭的微孔，镀铝碳纤维均匀分布在微孔以外的基体骨架上，所述微孔直径为8μm-25μm，所述镀铝碳纤维直径为50nm-80nm、长度为200nm，微孔总体积占复合基体体积的百分比为85％以上，所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的密度为0.65g/cm3以下，1350℃时所述耐高温防爆绝缘保护系统的热导率为0.058W/(m·k)以下，1350℃时所述耐高温防爆绝缘保护系统的热膨胀系数为2.82×10-6/K以下，抗压强度为852Mpa以上，抗拉强度为811Mpa以上，单位重量能量吸收量为95MJ/kg以上。
根据上述的保护系统，所述耐高温绝热凝胶材料的最高使用温度在1350℃以上，最小体积电阻率在13.5×1016Ω·cm以上，最小电气强度在220MV/m以上。
根据本发明的另一方面，一种耐高温防爆绝缘保护系统的制造方法包括：
一、碳纤维表面处理
在碳纤维表面进行镀铝处理，铝层厚度为20±5nm；
二、配料
按重量百分比将以下元素：铁Fe 0.20％-0.8％、硅Si 0.15％-0.7％、铜Cu0.15％-1.0％、硼B 0.03％-0.05％、锂Li 0.02％-0.05％、锰Mn 0.05％-0.55％、镍Ni0.08％-0.8％、锌Zn 0.05％-2％、钇Y 0.001％-0.008％、锆Zr 0.005％-0.02％、钕Nd0.01％-0.03％、镀铝碳纤维0.02％-0.09％，其余为铝；进行配料，以此准备铝锭、其它各元素的中间合金锭和镀铝碳纤维；
三、熔炼、复合、微孔处理及成型
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在755℃以上，添加其它各元素的中间合金锭，并将铝合金熔体加热至800℃，精炼处理；
将镀铝碳纤维添加至铝合金熔体中，电磁搅拌10min-15min；
对添加了镀铝碳纤维的铝合金熔体进行微孔发泡处理，保温静置5min-10min；
成型处理，通过热加工制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金坯料，经过成型工序制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管；
四、耐高温绝热凝胶保护层
在镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的内表面涂覆一层耐高温绝热凝胶保护层。
与现有技术相比，本发明的保护系统具有耐高温、防爆、绝缘的作用，可以在高温环境中保护线路的安全运行，实现能量、信号等的传输。
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
一种耐高温防爆绝缘保护系统的制造方法，包括：
一、碳纤维表面处理
在碳碳纤维表面进行镀铝处理，铝层厚度为20±5nm，镀铝碳纤维的直径为50nm-80nm，长度为200nm；
二、配料
按重量百分比将以下元素：铁Fe 0.20％、硅Si 0.35％、铜Cu 0.18％、硼B0.03％、锂Li 0.03％、锰Mn 0.08％、镍Ni 0.08％、锌Zn 0.05％、钇Y 0.002％、锆Zr0.005％、钕Nd 0.01％、镀铝碳纤维0.02％，其余为铝；进行配料，以此准备铝锭、其它各元素的中间合金锭和镀铝碳纤维；
三、熔炼、复合、微孔处理及成型
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在755℃以上，添加其它各元素的中间合金锭，并将铝合金熔体加热至800℃，精炼处理；
将镀铝碳纤维添加至铝合金熔体中，电磁搅拌10min-15min；
对添加了镀铝碳纤维的铝合金熔体中进行微孔发泡处理，保温静置5min-10min；
成型处理，通过热加工制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金坯料，经过成型工序制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管；
四、耐高温绝热凝胶保护层
在镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的内表面涂覆一层耐高温绝热凝胶保护层。
根据本实施例的保护系统，所述耐高温绝热凝胶保护层的最高使用温度在1350℃以上，最小体积电阻率在13.5×1016Ω·cm以上，最小电气强度在220MV/m以上。
根据本实施例的保护系统，镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管中均匀分布独立封闭的微孔，镀铝碳纤维均匀在微孔以外的基体骨架上，所述微孔直径为8μm-25μm，微孔总体积占基体体积的百分比为85％以上，所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的密度为0.65g/cm3以下。
根据本实施例的保护系统，1350℃时的热导率为0.058W/(m·k)以下，1350℃的热膨胀系数为2.82×10-6/K以下，抗压强度为852Mpa以上，抗拉强度为811Mpa以上，单位重量能量吸收量为95MJ/kg以上。
实施例2
一种耐高温防爆绝缘保护系统的制造方法，包括：
一、碳纤维表面处理
在碳碳纤维表面进行镀铝处理，铝层厚度为20±5nm，镀铝碳纤维的直径为50nm-80nm，长度为200nm；
二、配料
按重量百分比将以下元素：铁Fe 0.35％、硅Si 0.39％、铜Cu 0.39％、硼B0.04％、锂Li 0.04％、锰Mn 0.08％、镍Ni 0.09％、锌Zn 0.09％、钇Y 0.002％、锆Zr0.006％、钕Nd 0.01％、镀铝碳纤维0.03％，其余为铝；进行配料，以此准备铝锭、其它各元素的中间合金锭和镀铝碳纤维；
三、熔炼、复合、微孔处理及成型
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在755℃以上，添加其它各元素的中间合金锭，并将铝合金熔体加热至800℃，精炼处理；
将镀铝碳纤维添加至铝合金熔体中，电磁搅拌10min-15min；
对添加了镀铝碳纤维的铝合金熔体中进行微孔发泡处理，保温静置5min-10min；
成型处理，通过热加工制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金坯料，经过成型工序制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管；
四、耐高温绝热凝胶保护层
在镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的内表面涂覆一层耐高温绝热凝胶保护层。
根据本实施例的保护系统，所述耐高温绝热凝胶保护层的最高使用温度在1350℃以上，最小体积电阻率在13.5×1016Ω·cm以上，最小电气强度在220MV/m以上。
根据本实施例的保护系统，镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管中均匀分布独立封闭的微孔，镀铝碳纤维均匀在微孔以外的基体骨架上，所述微孔直径为8μm-25μm，微孔总体积占基体体积的百分比为85％以上，所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的密度为0.65g/cm3以下。
根据本实施例的保护系统，1350℃时的热导率为0.058W/(m·k)以下，1350℃的热膨胀系数为2.82×10-6/K以下，抗压强度为852Mpa以上，抗拉强度为811Mpa以上，单位重量能量吸收量为95MJ/kg以上。
实施例3
一种耐高温防爆绝缘保护系统的制造方法，包括：
一、碳纤维表面处理
在碳碳纤维表面进行镀铝处理，铝层厚度为20±5nm，镀铝碳纤维的直径为50nm-80nm，长度为200nm；
二、配料
按重量百分比将以下元素：铁Fe 0.65％、硅Si 0.55％、铜Cu 0.58％、硼B0.03％、锂Li 0.02％、锰Mn 0.09％、镍Ni 0.09％、锌Zn 0.09％、钇Y 0.005％、锆Zr0.008％、钕Nd 0.03％、镀铝碳纤维0.08％，其余为铝；进行配料，以此准备铝锭、其它各元素的中间合金锭和镀铝碳纤维；
三、熔炼、复合、微孔处理及成型
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在755℃以上，添加其它各元素的中间合金锭，并将铝合金熔体加热至800℃，精炼处理；
将镀铝碳纤维添加至铝合金熔体中，电磁搅拌10min-15min；
对添加了镀铝碳纤维的铝合金熔体中进行微孔发泡处理，保温静置5min-10min；
成型处理，通过热加工制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金坯料，经过成型工序制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管；
四、耐高温绝热凝胶保护层
在镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的内表面涂覆一层耐高温绝热凝胶保护层。
根据本实施例的保护系统，所述耐高温绝热凝胶保护层的最高使用温度在1350℃以上，最小体积电阻率在13.5×1016Ω·cm以上，最小电气强度在220MV/m以上。
根据本实施例的保护系统，镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管中均匀分布独立封闭的微孔，镀铝碳纤维均匀在微孔以外的基体骨架上，所述微孔直径为8μm-25μm，微孔总体积占基体体积的百分比为85％以上，所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的密度为0.65g/cm3以下。
根据本实施例的保护系统，1350℃时的热导率为0.058W/(m·k)以下，1350℃的热膨胀系数为2.82×10-6/K以下，抗压强度为852Mpa以上，抗拉强度为811Mpa以上，单位重量能量吸收量为95MJ/kg以上。
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 (3)

1.一种耐高温防爆绝缘保护系统，其特征在于，所述耐高温防爆绝缘保护系统由镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管及其内表面的耐高温绝热凝胶保护层构成；所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管按重量百分比由以下组成：铁Fe 0.20％-0.8％、硅Si0.15％-0.7％、铜Cu 0.15％-1.0％、硼B 0.03％-0.05％、锂Li 0.02％-0.05％、锰Mn0.05％-0.55％、镍Ni 0.08％-0.8％、锌Zn 0.05％-2％、钇Y 0.001％-0.008％、锆Zr0.005％-0.02％、钕Nd 0.01％-0.03％、镀铝碳纤维0.02％-0.09％，其余为铝；所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管中均匀分布独立封闭的微孔，镀铝碳纤维均匀分布在微孔以外的基体骨架上，所述微孔直径为8μm-25μm，所述镀铝碳纤维直径为50nm-80nm、长度为200nm，微孔总体积占基体体积的85％以上，所述镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的密度为0.65g/cm3以下，1350℃时所述耐高温防爆绝缘保护系统的热导率为0.058W/(m·k)以下，1350℃时所述耐高温防爆绝缘保护系统的热膨胀系数为2.82×10-6/K以下，抗压强度为852Mpa以上，抗拉强度为811Mpa以上，单位重量能量吸收量为95MJ/kg以上。
2.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于，所述耐高温绝热凝胶保护层的最高使用温度在1350℃以上，最小体积电阻率在13.5×1016Ω·cm以上，最小电气强度在220MV/m以上。
3.一种耐高温防爆绝缘保护系统的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
在碳纤维表面进行镀铝处理，铝层厚度为20±5nm；
按重量百分比将以下元素：铁Fe 0.20％-0.8％、硅Si 0.15％-0.7％、铜Cu 0.15％-1.0％、硼B 0.03％-0.05％、锂Li 0.02％-0.05％、锰Mn 0.05％-0.55％、镍Ni 0.08％-0.8％、锌Zn 0.05％-2％、钇Y 0.001％-0.008％、锆Zr 0.005％-0.02％、钕Nd 0.01％-0.03％、镀铝碳纤维0.02％-0.09％，其余为铝；进行配料，以此准备铝锭、其它各元素的中间合金锭和镀铝碳纤维；
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在755℃以上，添加其它各元素的中间合金锭，并将铝合金熔体加热至800℃，精炼处理；
将镀铝碳纤维添加至铝合金熔体中，电磁搅拌10min-15min；
对添加了镀铝碳纤维的铝合金熔体进行微孔发泡处理，保温静置5min-10min；
成型处理，通过热加工制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金坯料，经过成型工序制成镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管；
在镀铝碳纤维复合微孔铝合金耐高温防爆管的内表面涂覆一层耐高温绝热凝胶保护层。
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