CN110550939B - 用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法，主要由以下原材料制备得到：粉煤灰、四氟铝酸钾和氧化镁。将所述粉煤灰、四氟铝酸钾和氧化镁在搅拌器中混合，使充分混合均匀；将水溶液喷入混合粉体中，混合，使得混合粉体有一定的湿度和粘接性；将混合好的粉体料用压柱机压制成所需形状的瓷柱；将所述瓷柱放入燃烧炉中，经过1180‑1200℃加热煅烧2.5‑3小时，自然冷却至40‑50℃出炉得到。解决了氧化镁吸水、绝缘差、成型难、均匀性差的问题。制得的绝缘材料均匀性好，绝缘电阻高。

Description

用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法，属于绝缘材料领域。
背景技术
矿物绝缘电缆(Mineral Insulated Cable)简称MI电缆，作为配线使用时，国内习惯称作氧化镁电缆或防火电缆。它是由矿物材料氧化镁粉作为绝缘的铜芯铜护套电缆，矿物绝缘电缆由铜导体、氧化镁、铜护套两种无机材料组成。矿物绝缘电缆是用退火铜作为导体、密实氧化镁作为绝缘、退火铜管作为护套的一种电缆，必要时，在退火铜护套外面挤包一层塑料外护层，特殊要求无烟无卤场合可以在外面加一层低烟无卤护套。
矿物绝缘电缆已广泛应用于高层建筑、石油化工、机场、隧道、船舶、海上石油平台、航空航天、钢铁冶金、购物中心、停车场等场合。采用单一氧化镁粉作为绝缘层，它本身不会引起火灾，不会燃烧或助燃，由于铜的熔点是1083℃、氧化镁的熔点是2800℃，因此该种电缆可以在接近铜的熔点的火灾情况下继续保持供电，是一种防火电缆。但是氧化镁在煅烧后吸水性很高，造成电缆绝缘性变差。单独采用氧化镁粉作为绝缘材料在煅烧过程中成型较困难，成瓷柱时间长，成本高。
CN 105801093 A公开了一种粉煤灰耐高温绝缘材料及其制备与用途，将粉煤灰引入氧化镁绝缘材中，制作粉煤灰耐高温绝缘材料，在氧化镁耐火绝缘材料中加入特定配比的粉煤灰材料解决和填补了氧化镁因密度大、易吸水、绝缘电阻、流动性差的问题。因粉煤灰在高温中形成的微珠结构，在空气中不易吸水，而且绝缘体积电阻高、耐高温，弥补了氧化镁的缺点和不足。但是却存在粉煤灰和氧化镁粉体混合均匀性差的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料。本发明的第二目的在于提供该种材料的制备方法，制得的绝缘材料均匀性好，绝缘电阻高。
为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于，主要由以下原材料制备得到：粉煤灰、四氟铝酸钾和氧化镁。
上述方案中：主要由重量份数的以下原材料制备得到：25-40份粉煤灰、1-3份四氟铝酸钾和50-70份氧化镁。
优选：主要由重量份数的以下原材料制备得到：30-35份粉煤灰、1-1.5份四氟铝酸钾和60-65份氧化镁。
氧化镁在配方中起到耐火作用，但吸水后绝缘差，煅烧过程中材料成型难。本发明中采用的粉煤灰、四氟铝酸钾为非吸水的粉体。粉煤灰不吸收水分，绝缘性好，易成型。四氟铝酸钾不吸收水分，煅烧至575℃呈熔融态，具有超流体性质，通过流动缩小氧化镁和粉煤灰之间的空隙，提高材料的密实度，易成型且均匀性好，随着温度的升高，四氟铝酸钾以气体的形式逸出，无论是熔融态还是气态，四氟铝酸钾均以分子态存在，不影响材料的绝缘性，即使成型后的瓷柱中有少量四氟铝酸钾残留，在后续650℃退火处理下会进一步气化，仍然不影响材料的绝缘性。以粉煤灰、四氟铝酸钾、氧化镁粉组成的三元复合无机材料的绝缘性和密实性比单氧化镁以及氧化镁和粉煤灰更好，解决了氧化镁吸水、绝缘差、成型难、均匀性差的问题。
上述方案中：还包括重量份数的5-15份的水溶液，所述水溶液中含有质量分数为0.05-0.1％的纤维素和1-1.5％的石蜡油。加入所述水溶液使粉体有一定的湿度和粘接性，为压制瓷块成型及便于脱模提供条件。纤维素的作用主要在粉体成瓷柱期间起到增强瓷柱强度的作用，保证瓷柱在煅烧过程中有一定的承压强度。石蜡主要起润滑作用，瓷柱在压型中宜于金属膜具脱膜。
上述方案中：所述粉煤灰为煅烧煤矸石、煅烧煤系高岭土、煅烧煤后的烟气中收捕下来的粉末中的至少一种。煅烧煤矸石、煅烧煤系高岭土、煅烧煤后的烟气中收捕下来的粉末不吸收水分，绝缘性好，易成型。
上述方案中：所述纤维素为甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的至少一种。
本发明的第二目的是这样实现的：一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
(1)按照上述比例，将所述粉煤灰、四氟铝酸钾和氧化镁在搅拌器中混合，使充分混合均匀；将水溶液喷入混合粉体中，混合，使得混合粉体有一定的湿度和粘接性；
(2)将混合好的粉体料用压柱机压制成所需形状的瓷柱；
(3)将所述瓷柱放入燃烧炉中，经过1180-1200℃加热煅烧2.5-3小时，自然冷却至40-50℃出炉得到。
物料可根据需要制备成所需形状、尺寸的材料，生产成形中提高了加工流动性。经高温煅烧，将原料烧结在一起，得到粉煤灰耐高温绝缘材料；制备方法工艺简单，成本低，适于大规模生产。
上述方案中，所述水溶液的配制为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和石蜡油，搅拌混合均匀得到。
上述方案中：步骤(1)中，粉体搅拌混合的时间为6-8min。
有益效果：发明提供的矿物绝缘电缆，以煅烧煤矸石、四氟铝酸钾、氧化镁为绝缘层的主要原料，提高了电缆绝缘层的绝缘性。相比于现有技术采用氧化镁、高岭土+氧化镁、滑石粉+氧化镁、粉煤灰+氧化镁为绝缘材质的矿物绝缘电缆，本发明三元无机材质的矿物绝缘电缆的绝缘电阻和火灾期间最少连续供电时间均有明显提高。本发明的吸水率能达到0.11％，低于国标(0.34％)的规定。同时本发明在拉拨工艺中提高了瓷柱的填充密度，降低了生产成本，具有良好的绝缘耐火效果。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1
将9L水加热至40-45℃，并向水中加入9g甲基纤维素和90g石蜡油(工业级)搅拌溶解。将35kg煅烧煤矸石粉、1.5kg四氟铝酸钾和64kg氧化镁粉在搅拌器中搅拌8min，并将上述水溶液喷入搅拌器内，使粉体的具有一定的湿度和粘接性，搅拌混匀。
将混合好的粉体料由压柱机以8kg的压力压制成柱状瓷柱。
将压制成型的瓷柱放入煅烧炉经过1180℃加热煅烧、煅烧时间为3小时、自然冷至40℃出炉。
将瓷柱放入备好的以铜材为导体的外包护套的管坯(长9米)内，由专用芯杆定位，而后穿入所需的芯坯(10米)，进行反复拉拨、退火、密封工序直至成品。瓷柱转变成致密的绝缘耐火体，包覆于铜导体管道中起到绝缘耐火目的。
实施例2
将5L水加热至40℃，并向水中加入4g乙基纤维素和75g石蜡油(工业级)搅拌溶解。将25kg煅烧煤矸石粉、1kg四氟铝酸钾和50kg氧化镁粉在搅拌器中搅拌6min，并将上述水溶液喷入搅拌器内，使粉体的具有一定的湿度和粘接性，搅拌混匀。
将混合好的粉体料由压柱机以9kg的压力压制成柱状瓷柱。
将压制成型的瓷柱放入煅烧炉经过1200℃加热煅烧、煅烧时间为2.5小时、自然冷至50℃出炉。
将瓷柱放入备好的以铜材为导体的外包护套的管坯内，由专用芯杆定位，而后穿入所需的芯坯，进行反复拉拨、退火、密封工序直至成品。瓷柱转变成致密的绝缘耐火体，包覆于铜导体管道中起到绝缘耐火目的。
实施例3
将15L水加热至50℃，并向水中加入7.5g羟丙基纤维素和180g石蜡油(工业级)搅拌溶解；将40kg粉煤灰(煅烧煤后的烟气中收捕下来的粉末)、3kg四氟铝酸钾和70kg氧化镁粉在搅拌器中搅拌7min，并将上述水溶液喷入搅拌器内，使粉体的具有一定湿度和粘接性，混合均匀。
将混合好的粉体料由压柱机以10kg的压力压制成柱状瓷柱。
将压制成型的瓷柱放入煅烧炉经过1190℃加热煅烧、煅烧时间为2.7小时、自然冷至45℃出炉。
将瓷柱放入备好的以铜材为导体的外包护套的管坯内，由专用芯杆定位，而后穿入所需的芯坯，进行反复拉拨、退火、密封工序直至成品。瓷柱转变成致密的绝缘耐火体，包覆于铜导体管道中起到绝缘耐火目的。
实施例4
将10L水加热至45℃，并向水中加入8g羟丙基甲基纤维素和100g石蜡油(工业级)搅拌溶解；将30kg煅烧煤系高岭土粉、1.8kg四氟铝酸钾和60kg氧化镁粉在搅拌器中搅拌8min，并将上述水溶液喷入搅拌器内，使粉体的具有一定的湿度和粘接性，混合均匀。
将混合好的粉体料由压柱机以8kg的压力压制成柱状瓷柱。
将压制成型的瓷柱放入煅烧炉经过1180℃加热煅烧、煅烧时间为3小时、自然冷至40℃出炉。
将瓷柱放入备好的以铜材为导体的外包护套的管坯(内，由专用芯杆定位，而后穿入所需的芯坯，进行反复拉拨、退火、密封工序直至成品。瓷柱转变成致密的绝缘耐火体，包覆于铜导体管道中起到绝缘耐火目的。
实施例5
将12L水加热至45℃，并向水中加入10.8g羧甲基纤维素和156g石蜡油(工业级)搅拌溶解；将35kg煅烧煤矸石粉、2kg四氟铝酸钾和65kg氧化镁粉在搅拌器中搅拌8min，并将上述水溶液喷入搅拌器内，使粉体的具有一定的湿度和粘接性，混合均匀。
将混合好的粉体料由压柱机以8kg的压力压制成柱状瓷柱；
将压制成型的瓷柱放入煅烧炉经过1200℃加热煅烧、煅烧时间为3小时、自然冷至40℃出炉。
将瓷柱放入备好的以铜材为导体的外包护套的管坯(内，由专用芯杆定位，而后穿入所需的芯坯，进行反复拉拨、退火、密封工序直至成品。瓷柱转变成致密的绝缘耐火体，包覆于铜导体管道中起到绝缘耐火目的。
依照GB13033.1-2007，本发明中矿物绝缘材料技术指标对比现有技术采用氧化镁、高岭土+氧化镁、滑石粉+氧化镁、粉煤灰+氧化镁为绝缘材质的矿物绝缘电缆的结果如下：
Figure BDA0002195554320000071
由上表可以看出，相比于现有技术采用氧化镁、高岭土+氧化镁、滑石粉+氧化镁、粉煤灰+氧化镁为绝缘材质的矿物绝缘电缆，本发明三元无机材质的矿物绝缘电缆的绝缘电阻和火灾期间最少连续供电时间两项关键指标具有明显优势。同时本发明在拉拨工艺中提高了瓷柱的填充密度，降低了生产成本。
依照GB13033.1-2007，本发明中各个实施例的矿物绝缘材料技术指标如下表：
Figure BDA0002195554320000081
本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于，主要由以下原材料制备得到：粉煤灰、四氟铝酸钾和氧化镁。
2.根据权利要求1所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于：主要由重量份数的以下原材料制备得到：25-40份粉煤灰、1-3份四氟铝酸钾和50-70份氧化镁。
3.根据权利要求2所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于：主要由重量份数的以下原材料制备得到：30-35份粉煤灰、1-1.5份四氟铝酸钾和60-65份氧化镁。
4.根据权利要求2或3所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于：还包括重量份数的5-15份的水溶液，所述水溶液中含有质量分数为0.05-0.1%的纤维素和1-1.5%的石蜡油。
5.根据权利要求4所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于：所述粉煤灰为煅烧煤矸石、煅烧煤系高岭土、煅烧煤后的烟气中收捕下来的粉末中的至少一种。
6.根据权利要求5所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于：所述纤维素为甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的至少一种。
7.一种用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
(1) 按照权利要求4-6任一项的比例，将所述粉煤灰、四氟铝酸钾和氧化镁在搅拌器中混合，使充分混合均匀；将水溶液喷入混合粉体中，混合，使得混合粉体有一定的湿度和粘接性；
(2) 将混合好的粉体料用压柱机压制成所需形状的瓷柱；
(3) 将所述瓷柱放入燃烧炉中，经过1180-1200℃加热煅烧2.5-3小时，自然冷却至40-50℃出炉得到。
8.根据权利要求7所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述水溶液的配制为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和石蜡油，搅拌混合均匀得到。
9.根据权利要求8所述用于制作矿物绝缘电缆的绝缘材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，粉体搅拌混合的时间为6-8min。
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