CN112635099B - 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：煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉和四氟铝酸钾。按照以下步骤制备：(1)将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀；并向上述混合物中加入水溶液混合均匀；(2)用压柱机将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱；(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1150‑1200℃，恒温时间1‑3小时，开炉温度为700‑750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150‑250℃。提高了绝缘体耐高温性能，抗弯曲和挤压冲击的性能高，电缆绝缘层的绝缘性好。
Description
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，是以退火铜为导体、无机矿物材质为绝缘层、退火铜管为护套的一种防火电缆。矿物绝缘电缆具有普通高聚物材料加工而成的电缆所无法相比的众多优越性能,其自身的熔点和铜护套熔点相比较来讲要高出很多，因此该种电缆具有在接近铜的熔点即1000℃的火灾情况下继续保持3小时以上的供电能力并能承受水喷淋及机械撞击，并且如果温度发生了变化，也不会对电阻率产生太大的干扰，即使在极其高温的环境下，矿物绝缘电缆自身也具备极其良好的绝缘性能以及散热性能。此外，矿物绝缘电缆还具有载流量大、抗过载能力强、外径小、机械强度高、使用寿命长等优点，被广泛应用于有消防要求的重要工业和民用建筑场合。
矿物绝缘电缆绝缘材料的选用，对于矿物绝缘电缆的电气性能、耐火性能至关重要。目前矿物绝缘电缆大多会采用氧化镁粉作为绝缘层，但采用单一氧化镁粉作为绝缘层面临着易吸水导致绝缘性能差、难成型、均匀性以及抗冲击性能差等系列问题。尤其是预制氧化镁瓷柱法在煅烧过程中易变形，成瓷柱时间长，成本高。
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，提高了绝缘体耐高温性能，抗弯曲和挤压冲击的性能高。
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：煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉和四氟铝酸钾。
上述方案中：主要由重量份数的以下原材料制备得到：煅烧煤矸石粉20-30份、重质氧化镁粉60-65份、煅烧海泡石粉3-5份和四氟铝酸钾1-3份。
上述方案中：主要由重量份数的以下原材料制备得到：煅烧煤矸石粉25-28份、重质氧化镁粉62-65份、煅烧海泡石粉4份和四氟铝酸钾2份。
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。
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。
上述方案中：所述煅烧海泡石粉由海泡石在900℃-1200℃下煅烧得到。
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)将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀；并向上述混合物中加入水溶液混合均匀；
(2)用压柱机将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱；
(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1150-1200℃，恒温时间1-3小时，开炉温度为700-750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150-250℃。
上述方案中：所述水溶液的配制方法为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和所述石蜡油混合均匀，配制成所述水溶液。
上述方案中：电炉内，从0℃升温到150℃升温时间不少于3小时。升温过快会导致瓷柱变形。这样制备出来的绝缘材料性能好。
本发明的煅烧煤矸石含有大量莫来石晶体，强度、绝缘性和耐火性好，与其它高岭土不同，煅烧煤矸石不吸水，与重质氧化镁复合解决了氧化镁吸水、绝缘不足以及强度差的问题，但煅烧煤矸石的密实度低、烧成温度高，重质氧化镁耐火性能好，但在煅烧过程中成型困难，形成瓷柱时间长，成本较高，尤其是煅烧后吸水性很高，造成电缆绝缘性变差。煅烧海泡石含有大量顽火辉石相，与煅烧煤矸石和重质氧化镁具有良好的相容性，由于高温不会破坏多孔矿物纤维，加入煅烧海泡石后，多孔矿物纤维的桥联作用以及纤维与基体间形成的弱界面增韧作用，使瓷柱的断裂韧性大大提高同时其弯曲强度保持不变，提高了成型后瓷柱的抗冲击性能。四氟铝酸钾不吸水，在低温(575℃)熔融状态下表现为超流体性质，能快速在绝缘材料的空隙中流动，使绝缘材料烧成过程中各组分的分散性好，提高绝缘材料的均匀性，降低瓷柱的成型时间，成型瓷柱的密实度，增大瓷柱在煅烧过程中的承压强度，保证瓷柱不会变形，由于四氟铝酸钾无论是熔融态还是气态，四氟铝酸钾均以分子态存在，因此不会影响材料的绝缘性，在煅烧和退火阶段，四氟铝酸钾均会以气体的形式逸出，因此也不会影响材料的耐火性。
本发明提供的矿物绝缘电缆，以煅烧煤矸石、重质氧化镁、煅烧海泡石、四氟铝酸钾为绝缘材料的主要原料，协同作用，提高了电缆绝缘层的绝缘性，体积电阻率由2.7×1015Ω·cm提高到5.0-6.9×1016Ω·cm以上，超过国内同类产品绝缘体绝缘性能1个数量级以上。
提高了绝缘体耐高温性能：耐火温度达到2800℃以上，高于国内同类产品300-500℃，达到国际先进水平的标准。火灾期间最少连续供电时间达到4-5h，比国内同类产品延长3-4h。
提高了抗弯曲和挤压冲击的性能，硬度变大，最小弯曲半径小。
本发明改变了传统工艺条件和工艺流程，采用价格低廉的煅烧煤矸石替代重质氧化镁，获得矿物绝缘电缆具有高绝缘性、高耐火温度和高韧性的同时，绝缘材料成本降低了60％以上。
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
按照重量份数由以下原材料制成，煅烧煤矸石粉(又称煅烧煤系高岭土)20份、重质氧化镁粉60份、煅烧海泡石粉3份、四氟铝酸钾1份、5份的水溶液。
其中煅烧海泡石粉由海泡石在900℃-1200℃下煅烧得到。
水溶液中含有质量分数为0.05％的纤维素和1.0％的石蜡油。纤维素为甲基纤维素。水溶液的制备为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和所述石蜡油混合均匀，配制成所述水溶液。
制备方法，按照以下步骤制备：
(1)将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀，混合时间为6-8min，并向上述混合物中加入水溶液混合均匀。喷入所述水溶液使粉体的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，石蜡油起润滑作用，使瓷柱在压型过程中宜于脱膜。
(2)用压柱机以8-10公斤的压力将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱。
(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1200℃，瓷柱堆放不超过10层，电炉内，从0℃升温到150℃升温时间不少于3小时。恒温时间2小时，开炉温度为700-750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150-250℃得到绝缘材料瓷柱。
将瓷柱套好铜杆放入外包护套的铜管内，用链式直拉机拉制装配好的电缆原坯，直拉后的电缆原坯连续不断经卧式退火炉600-650℃连续退火。通过立式或卧式、盘式拉丝机进行盘拉，将盘拉后的半成品整体装入退火罐进行罐式退火600-650℃二次退火，使瓷柱转变成致密的绝缘体，对电缆进行性能检测。
实施例2
按照重量份数由以下原材料制成，煅烧煤矸石粉(又称煅烧煤系高岭土)30份、重质氧化镁粉65份、煅烧海泡石粉5份、四氟铝酸钾3份、15份的水溶液。
其中煅烧海泡石粉由海泡石在900℃-1200℃下煅烧得到。
水溶液中含有质量分数为0.1％的纤维素和1.5％的石蜡油。纤维素为乙基纤维素。水溶液的制备为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和所述石蜡油混合均匀，配制成所述水溶液。
制备方法，按照以下步骤制备：
(1)将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀，混合时间为6-8min，并向上述混合物中加入水溶液混合均匀。喷入所述水溶液使粉体的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，石蜡油起润滑作用，使瓷柱在压型过程中宜于脱膜。
(2)用压柱机以8-10公斤的压力将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱；
(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1200℃，瓷柱堆放不超过10层，电炉内，从0℃升温到150℃升温时间不少于3小时。恒温时间1小时，开炉温度为700-750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150-250℃得到瓷柱。
将瓷柱套好铜杆放入外包护套的铜管内，用链式直拉机拉制装配好的电缆原坯，直拉后的电缆原坯连续不断经卧式退火炉600-650℃连续退火。通过立式或卧式、盘式拉丝机进行盘拉，将盘拉后的半成品整体装入退火罐进行罐式退火600-650℃二次退火，使瓷柱转变成致密的绝缘体，对电缆进行性能检测。火灾期间最少连续供电时间4h。
实施例3
按照重量份数由以下原材料制成，煅烧煤矸石粉(又称煅烧煤系高岭土)25份、重质氧化镁粉62份、煅烧海泡石粉4份、四氟铝酸钾2份、10份水溶液。
其中煅烧海泡石粉由海泡石在900℃-1200℃下煅烧得到。
水溶液中含有质量分数为0.06％的纤维素和1.2％的石蜡油。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。水溶液的制备为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和所述石蜡油混合均匀，配制成所述水溶液。
制备方法，按照以下步骤制备：
(1)将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀，混合时间为6-8min，并向上述混合物中加入水溶液混合均匀。喷入所述水溶液使粉体的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，石蜡油起润滑作用，使瓷柱在压型过程中宜于脱膜。
(2)用压柱机以8-10公斤的压力将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱；
(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1150℃，瓷柱堆放不超过10层，电炉内，从0℃升温到150℃升温时间不少于3小时。恒温时间3小时，开炉温度为700-750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150-250℃得到瓷柱。
将瓷柱套好铜杆放入外包护套的铜管内，用链式直拉机拉制装配好的电缆原坯，直拉后的电缆原坯连续不断经卧式退火炉600-650℃连续退火。通过立式或卧式、盘式拉丝机进行盘拉，将盘拉后的半成品整体装入退火罐进行罐式退火600-650℃二次退火，使瓷柱转变成致密的绝缘体，对电缆进行性能检测。火灾期间最少连续供电时间4.5h。
实施例4
按照重量份数由以下原材料制成，煅烧煤矸石粉(又称煅烧煤系高岭土)28份、重质氧化镁粉65份、煅烧海泡石粉4份、四氟铝酸钾2份、12份水溶液。
其中煅烧海泡石粉由海泡石在900℃-1200℃下煅烧得到。
水溶液中含有质量分数为0.09％的纤维素和1.3％的石蜡油。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。水溶液的制备为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和所述石蜡油混合均匀，配制成所述水溶液。
制备方法，按照以下步骤制备：
(1)将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀，混合时间为6-8min，并向上述混合物中加入水溶液混合均匀。喷入所述水溶液使粉体的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，石蜡油起润滑作用，使瓷柱在压型过程中宜于脱膜。
(2)用压柱机以8-10公斤的压力将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱；
(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1150℃，瓷柱堆放不超过10层，电炉内，从0℃升温到150℃升温时间不少于3小时。恒温时间2小时，开炉温度为700-750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150-250℃得到瓷柱。
将瓷柱套好铜杆放入外包护套的铜管内，用链式直拉机拉制装配好的电缆原坯，直拉后的电缆原坯连续不断经卧式退火炉600-650℃连续退火。通过立式或卧式、盘式拉丝机进行盘拉，将盘拉后的半成品整体装入退火罐进行罐式退火600-650℃二次退火，使瓷柱转变成致密的绝缘体，对电缆进行性能检测。火灾期间最少连续供电时间5h。
根据GB13033.1-2007第12.2条和第13.2条的耐压试验弯曲后电压试验(1250V持续15min)，不击穿及电缆安装中和安装后的允许最小弯曲半径标准，试验结果对比如下：
| 电缆的外径D(mm) | D＜7 | 7≤D＜12 | 12≤D＜5 | D≥15 |
| 标准：电缆内侧最小弯曲半径R(mm) | 2D | 3D | 4D | 6D |
| 实测最小弯曲半径R(mm) | 1.4D | 1.8D | 2.6D | 3.7D |
依照GB13033.1-2007，本发明中矿物绝缘材料技术指标对比结果如下：
由上表可以看出，相比于现有技术的矿物绝缘电缆，本发明的矿物绝缘电缆的最小弯曲半径、绝缘电阻和耐火温度三项关键指标具有明显优势。
依照GB13033.1-2007，对本发明中各个实施例的矿物绝缘材料火灾期间最少连续供电时间进行检测，如下表：
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 (6)
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：煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉和四氟铝酸钾；
按照以下步骤制备：
(1) 将煅烧煤矸石粉、重质氧化镁粉、煅烧海泡石粉、四氟铝酸钾在搅拌器中混合，使四种原料充分混合均匀；并向上述混合物中加入水溶液混合均匀；
(2)用压柱机将混合好的粉体料压制成所需形状的瓷柱；
(3)压好的瓷柱送到电炉内煅烧，烧结温度1150-1200℃，恒温时间1-3小时，开炉温度为700-750℃，煅烧成型后立即置于烘箱中保存，其烘箱温度保持在150- 250℃；按照重量份数，煅烧煤矸石粉20-30份、重质氧化镁粉60-65份、煅烧海泡石粉3-5份和四氟铝酸钾1-3份。
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：煅烧煤矸石粉25-28份、重质氧化镁粉62-65份、煅烧海泡石粉4份和四氟铝酸钾2份。
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：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。
4.根据权利要求3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。
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，所述水溶液的配制方法为：将水加热至40-50℃，加入所述纤维素和所述石蜡油混合均匀，配制成所述水溶液。
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的制备方法，其特征在于：电炉内，从0℃升温到150℃升温时间不少于3小时。
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| GR01 | Patent grant | ||
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