CN109801737B - 一种电缆无机矿物绝缘层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆加工技术领域，具体涉及一种电缆无机矿物绝缘层，所述的电缆无机矿物绝缘层包含如下重量份原料：氧化镁20~30份、氢氧化铝10~25份、硼酸锌14~18份、改性二氧化硅15~24份、改性硫酸钡18~25份、无机粘结剂13~17份、硅酸盐矿物10~24份、云母20~28份；本发明所述的电缆无机矿物绝缘层制得的电缆具有优异绝缘性能，还具有的很好的隔热、防火效果；通过原料之间的科学配比，所制得的电缆无机矿物绝缘层的性能产生协同效应，具有协同增效作用，绝缘效果好。
Description
技术领域
本发明涉及电缆加工技术领域，具体涉及一种电缆无机矿物绝缘层及其制备方法。
背景技术
电缆广泛应用于控制安装、连接设备、输送电力，是工业、民用等方面不可缺少的重要传送介质。电缆具有多种规格、型号以适用于不同设备及传输目的的需求。电缆在使用时可能发生短路或断路等问题，导致电源和信息的传输发生故障。电缆更需要具有一定的绝缘功能的绝缘层，从而保障在传输电力过程中，电缆能够保证电气设备与线路的安全运行。
目前的无机矿物绝缘电缆（Mineral insulated cable），多是以铜护套包裹铜导体芯线，并以氧化镁粉末为无机绝缘材料隔离导体与护套的电缆，最外层可按需选择适当保护套。通称MICC或MI电缆。有一种类似的电缆以金属代替铜护套包裹芯线和绝缘材料，称为矿物绝缘金属护套电缆(Mineral insulated metal sheathed cable (MIMS Cable)。
由于矿物绝缘电缆的无机矿物绝缘层都是采用无机材料，理论上它可以具有耐火、操作温度高、寿命长、防爆性、外径小、防水、机械强度高、载流量大、矿物绝缘电缆的短路故障额定值明显地比其他类型的电缆要高、耐腐蚀性高等优点；此外，矿物绝缘电缆的无机矿物绝缘层刚本身比较硬，同样抗撞击能力也是非常强的。矿物绝缘电缆的无机矿物绝缘层可具有高耐腐蚀性，对于大多数的装置来说，它不需要采取附加的防护措施。
而在实际生产中也往往会由于技术问题导致所得到的无机矿物质绝缘电缆出现温度等级低、密封绝缘性能不能持久、产品载流量小、过载能力弱、不安全不环保等问题。因此，亟需开发一种新型无机矿物质绝缘电缆层。
发明内容
为了克服现有电缆在绝缘性能方面的缺点和不足，本发明提供一种电缆无机矿物绝缘层，本发明所述的电缆无机矿物绝缘层具有优异绝缘性能，还具有的一定的隔热、防火效果。
本发明所要解决的上述技术问题，通过如下技术方案予以实现：
一种电缆无机矿物绝缘层，包含如下重量份原料：氧化镁20~30份、氢氧化铝10~25份、硼酸锌14~18份、改性二氧化硅15~24份、改性硫酸钡18~25份、无机粘结剂13~17份、硅酸盐矿物10~24份、云母20~28份。
作为一种优选方案，所述的电缆无机矿物绝缘层包含如下重量份原料：氧化镁24~26份、氢氧化铝15~20份、硼酸锌15~17份、改性二氧化硅18~21份、改性硫酸钡21~23份、无机粘结剂14~16份、硅酸盐矿物15~22份、云母22~24份。
作为一种最优方案，所述的电缆无机矿物绝缘层包含如下重量份原料：氧化镁25份、氢氧化铝18份、硼酸锌16份、改性二氧化硅19份、改性硫酸钡22份、无机粘结剂15份、硅酸盐矿物20份、云母23份。
作为一种优选方案，所述的无机粘结剂由钇溶胶与氧化铈按质量比4~6.5:1组成。
作为一种优选方案，所述的钇溶胶通过包含如下步骤的方法制备得到：将浓氨水与质量分数为30~50%的硝酸钇溶液按质量比4~8：1混合并进行冰浴冷却，生成透明溶胶后，采用电渗析仪中以除去杂质离子，再进行超声至得到稳定透明的钇溶胶。
作为一种优选方案，所述的改性二氧化硅通过包含如下步骤的方法制备得到：
S1. 二氧化硅与蒸馏水按固液1kg:7~10L混合，再加入质量分数为8~10%的十二烷基磺酸钠水溶液，添加量为S1.中蒸馏水体积的9~12%，搅拌均匀；
S2.通入惰性气体，在95~120℃下通入甲基丙烯酸甲酯，添加量为S1.中所述蒸馏水质量的4~8%，然后加入质量分数为5~8%的过硫酸铵水溶液，添加量为S1.中所述蒸馏水质量的6~9%，反应4~7h，烘干，得改性二氧化硅。
作为一种优选方案，所述的改性硫酸钡通过包含如下步骤的方法制备得到：将硫酸钡粉末加入反应装置中，并添加硫酸钡粉末重量5~8%改性剂，在速率为1500~2000r/min下研磨2~3h，混合均匀，在温度为120~130℃下干燥，即得所述改性硫酸钡。
作为一种优选方案，所述的改性剂由顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠与八苯基笼形倍半硅氧烷按质量比1：3.5~5组成。
作为一种优选方案，所述的硅酸盐矿物由硅酸镁和硅酸钙按质量比1：2~3组成。
作为一种优选方案，所述的电缆无机矿物绝缘层的制备方法，包含如下步骤：
将氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、改性二氧化硅、改性硫酸钡、无机粘结剂、硅酸盐矿物和云母在120~170℃下混炼均匀后挤出，得到电缆无机矿物绝缘层料；然后在电缆导电线芯上熔融挤出将该电缆无机矿物绝缘层料包覆成绝缘层。
有益效果：本发明所述的电缆无机矿物绝缘层，采用了按本发明所述方法制备得到的改性二氧化硅、改性硫酸钡，再通过其他组分的科学配比而制得，所述的电缆无机矿物绝缘层具有优异绝缘性能；此外，还具有良好的防火防水性能、机械性能、耐腐蚀性能、耐高温性能和密封绝缘持久性；本发明所用的电缆无机矿物绝缘层的原料复配对所制得的电缆的性能可产生协同效应，具有协同增效作用，绝缘效果好。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动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 一种电缆无机矿物绝缘层
原料配方：氧化镁25份、氢氧化铝18份、硼酸锌16份、改性二氧化硅19份、改性硫酸钡22份、无机粘结剂15份、硅酸盐矿物20份、云母23份。
所述的无机粘结剂由钇溶胶与氧化铈按质量比5.5：1组成；所述的钇溶胶通过包含如下步骤的方法制备得到：将浓氨水与质量分数为30~50%的硝酸钇溶液按质量比6.5：1混合并进行冰浴冷却，生成透明溶胶后，采用电渗析仪中以除去杂质离子，再进行超声至得到稳定透明的钇溶胶。
所述硅酸盐矿物由硅酸镁和硅酸钙按质量比1：2.5组成。
所述的改性二氧化硅由如下步骤的方法制备得到：
S1.二氧化硅与蒸馏水按固液1kg:9 L混合，再加入质量分数为9%的十二烷基磺酸钠水溶液，添加量为S1.中蒸馏水体积的10%，搅拌均匀；
S2.通入惰性气体，在115℃下通入甲基丙烯酸甲酯，添加量为S1.中所述蒸馏水质量的6%，然后加入质量分数为7%的过硫酸铵水溶液，添加量为S1.中所述蒸馏水质量的8%，反应6h，烘干，得改性二氧化硅。
所述的改性硫酸钡由如下步骤的方法制备得到：将硫酸钡粉末加入反应装置中，并添加硫酸钡粉末重量6%改性剂，在速率为1800r/min下研磨2.5h，混合均匀，在温度为125℃下干燥，即得所述改性硫酸钡；所述的改性剂由顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠与八苯基笼形倍半硅氧烷按质量比1：4.5组成。
所述的电缆无机矿物绝缘层由如下步骤的方法制备得到：
将氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、改性二氧化硅、改性硫酸钡、钇溶胶、硅酸盐矿物和云母混炼均匀后挤出，得到电缆无机矿物绝缘层料；然后在电缆导电线芯上熔融挤出将该电缆无机矿物绝缘层料包覆成绝缘层。
实施例2 一种电缆无机矿物绝缘层
实施例2与实施例1的不同之处，制备电缆无机矿物绝缘层的原料配比不同，所述电缆无机矿物绝缘层包含如下重量份原料：氧化镁20份、氢氧化铝10份、硼酸锌14份、改性二氧化硅15份、改性硫酸钡18份、无机粘结剂13份、硅酸盐矿物10份、云母20份；其余方法及步骤与实施例1相同。
实施例3 一种电缆无机矿物绝缘层
实施例3与实施例1的不同之处，制备电缆无机矿物绝缘层的原料配比不同，所述电缆无机矿物绝缘层包含如下重量份原料：氧化镁30份、氢氧化铝25份、硼酸锌18份、改性二氧化硅24份、改性硫酸钡25份、无机粘结剂17份、硅酸盐矿物24份、云母28份；其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例1
对比例1与实施例1的不用之处在于，所述的无机粘结剂中只含钇溶胶，不添加氧化铈，其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1的不同之处在于，以二氧化硅来替代按本发明所述方法制备得到的改性二氧化硅，其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1的不同之处在于，以硫酸钡来替代按本发明所述方法制备得到的改性硫酸钡，其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例4
对比例4与实施例1的不同之处在于，在改性硫酸钡的制备过程中，使用的改性剂为顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠，其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例5
对比例5与实施例1的不同之处在于，在改性硫酸钡的制备过程中，使用的改性剂为八苯基笼形倍半硅氧烷，其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例6
对比例6与实施例1的不同之处在于，所述的硅酸盐矿物只含硅酸镁，其余方法及步骤与实施例1相同。
对比例7
对比例7与实施例1的不同之处在于，所述的硅酸盐矿物只含硅酸钙，其余方法及步骤与实施例1相同。
电缆无机矿物绝缘层的性能测试：
对实施例1~3和对比例1~7所得的电缆无机矿物绝缘层进行体积电阻率的测试。其中体积电阻率的测试参考GB/T1410-2006《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法试验方法》中的方法测试，详细结果见表1所示。
表1 实施例与对比例的体积电阻率测试记录表
| 组别 | 标准值 | 20℃体积电阻率（Ω*m） | 浸湿条件下20℃体积电阻率（Ω*m） |
| 实施例1 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 8.7×10<sup>14</sup> | 7.2×10<sup>14</sup> |
| 实施例2 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 6.5×10<sup>14</sup> | 5.8×10<sup>14</sup> |
| 实施例3 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 5.7×10<sup>14</sup> | 5.1×10<sup>14</sup> |
| 对比例1 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 5.5×10<sup>14</sup> | 3.2×10<sup>8</sup> |
| 对比例2 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 6.8×10<sup>12</sup> | 3.3×10<sup>9</sup> |
| 对比例3 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 7.5×10<sup>8</sup> | 5.4×10<sup>6</sup> |
| 对比例4 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 1.4×10<sup>11</sup> | 8.2×10<sup>8</sup> |
| 对比例5 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 1.2×10<sup>12</sup> | 9.7×10<sup>7</sup> |
| 对比例6 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 3.3×10<sup>9</sup> | 7.4×10<sup>7</sup> |
| 对比例7 | ≥1.0×10<sup>10</sup> | 2.8×10<sup>9</sup> | 1.7×10<sup>6</sup> |
从实施例1与实施例2~3可见，若制备电缆无机矿物绝缘层的原料配比与实施例1不同，所得的电缆无机矿物绝缘层的体积电阻率最大，浸湿后体积电阻率将幅不大，用做电绝缘部件的效能就越高；由实施例1与对比例1可得，若无机粘结剂中只含钇溶胶，不添加氧化铈，所得电缆无机矿物绝缘层的在20℃下的体积电阻率较实施例1降幅较小，但浸湿条件下20℃体积电阻率下降大，且浸湿后体积电阻率低于标准值；从实施例1与对比例2可看出，若以二氧化硅来替代按本发明所述方法制备得到的改性二氧化硅，所得的电缆无机矿物绝缘层的体积电阻率将会下降，浸湿后体积电阻率比标准值低；由实施例1与对比例3可看出，若以硫酸钡来替代按本发明所述方法制备得到的改性硫酸钡，对导致电缆无机矿物绝缘层的体积电阻率下降较大，并且低于标准值，浸湿后的体积电阻率继续降低；从实施例1与对比例4~5可见，若在改性硫酸钡的制备过程中，使用的改性剂为顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠或八苯基笼形倍半硅氧烷中的任意一种，所得电缆无机矿物绝缘层的体积电阻率和浸湿后体积电阻率也比实施例1低，其中浸湿后体积电阻率均低于标准值；由实施例1与对比例6~7可看出，若硅酸盐矿物只含硅酸镁或硅酸钙中的任意一种，所得电缆无机矿物绝缘层的体积电阻率和浸湿后体积电阻率小于实施例1，且均低于标准值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种电缆无机矿物绝缘层，其特征在于，包含如下重量份原料：氧化镁25份、氢氧化铝18份、硼酸锌16份、改性二氧化硅19份、改性硫酸钡22份、无机粘结剂15份、硅酸盐矿物20份、云母23份；
所述的无机粘结剂由钇溶胶与氧化铈按质量比5 .5：1组成；所述的钇溶胶通过包含如下步骤的方法制备得到：将浓氨水与质量分数为30～50%的硝酸钇溶液按质量比6 .5：1混合并进行冰浴冷却，生成透明溶胶后，采用电渗析仪中以除去杂质离子，再进行超声至得到稳定透明的钇溶胶；
所述硅酸盐矿物由硅酸镁和硅酸钙按质量比1：2.5组成；
所述的改性二氧化硅由如下步骤的方法制备得到：
S1 .二氧化硅与蒸馏水按固液1kg:9 L混合，再加入质量分数为9%的十二烷基磺酸钠水溶液，添加量为S1 .中蒸馏水体积的10%，搅拌均匀；
S2.通入惰性气体，在115℃下通入甲基丙烯酸甲酯，添加量为S1 .中所述蒸馏水质量的6%，然后加入质量分数为7%的过硫酸铵水溶液，添加量为S1 .中所述蒸馏水质量的8%，反应6h，烘干，得改性二氧化硅；
所述的改性硫酸钡由如下步骤的方法制备得到：将硫酸钡粉末加入反应装置中，并添加硫酸钡粉末重量6%改性剂，在速率为1800r/min下研磨2.5h，混合均匀，在温度为125℃下干燥，即得所述改性硫酸钡；所述的改性剂由顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠与八苯基笼形倍半硅氧烷按质量比1：4.5组成。
2.根据权利要求1所述的电缆无机矿物绝缘层的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：将氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、改性二氧化硅、改性硫酸钡、无机粘结剂、硅酸盐矿物和云母在120～170℃下混炼均匀后挤出，得到电缆无机矿物绝缘层料；然后在电缆导电线芯上熔融挤出将该电缆无机矿物绝缘层料包覆成绝缘层。
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