CN114038614A - 耐高低温抗辐照高压电缆及其制备方法 - Google Patents

耐高低温抗辐照高压电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明申请涉及一种耐高低温抗辐照高压电缆及其制备方法，耐高低温抗辐照高压电缆包括导体和绝缘层，所述导体包覆在所述绝缘层内，所述绝缘层采用氟塑料作为绝缘料，所述绝缘层的厚度为1.0～1.1mm；所述绝缘层的厚度为所述导体的直径的3～10倍。本发明提供的耐高低温抗辐照高压电缆具有超厚的氟塑料绝缘，结构简单、体积小、重量轻，能有效增强电缆的耐弯折性能，使用电压直流50kV及以下，使用温度‑65～+200℃，在超高压、高低温、高辐照等多项环境中性能仍能够良好满足要求，可长期耐直流电压DC 50kV，短期耐直流电压可达DC 130kV，同时具有良好的柔软性，弯曲半径小，可耐自身1.5倍电缆外径弯折2000次及以上，永久保持粘接性的特点，灌胶后拉脱力20N以上。

Description

耐高低温抗辐照高压电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电线电缆领域，特别是涉及一种耐高低温抗辐照高压电缆及其制备方法。
背景技术
近年来，科学技术不断进步，为提高我军现代化、数字化战争的能力，满足现代化战争的需要，对具有较高的耐压和保密性的耐高低温抗辐照高压导线电缆的需求与日俱增。目前，市面上同类高压电缆的产品结构主要包含裸铜导体、硅橡胶绝缘，结构尺寸大，重量重，使用电压为直流15kV及以下，使用温度-20～+150℃，而宇航用直流50kV及以下超高压耐高低温抗辐照高压导线电缆除常规电性能外还需要满足超高压、耐高低温、抗辐照、耐弯折等性能要求，因此其无法满足宇航用高压场合器件的使用需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种耐高低温抗辐照高压电缆及其制备方法。
第一个方面，本申请提供了一种耐高低温抗辐照高压电缆，包括导体和绝缘层，所述导体包覆在所述绝缘层内，所述绝缘层采用氟塑料作为绝缘料，所述绝缘层的厚度为1.0～1.1mm；所述绝缘层的厚度为所述导体的直径的3～10倍。
在第一个方面的某些实现方式中，所述导体在绞合时选择10～16倍绞合后外径的节距。
在第一个方面的某些实现方式中，所述导体为镀银铜导体。
在第一个方面的某些实现方式中，所述绝缘层的材质为熔融指数10～20的氟塑料。
第二个方面，本发明申请提供了一种耐高低温抗辐照高压电缆的制备方法，用于制取如本发明申请第一个方面描述的耐高低温抗辐照高压电缆，包括如下步骤：
将所述导体预加热，预加热温度小于或等于300℃，将所述绝缘料熔融；
将所述绝缘料通过挤包工艺包覆在所述导体上，得到所述耐高低温抗辐照高压电缆。
在第二个方面的某些实现方式中，所述将所述绝缘料通过挤包工艺包覆在所述导体上的步骤，包括：
将所述绝缘料以主机转速4.8～6.0rpm、线速度25～40m/min的工艺参数挤出，挤出温度控制在265～305℃，排胶时间大于40min，拉伸平衡比1.8～3.0；
对挤包后的所述绝缘料，经氟碳蚀刻剂进行表面活化处理。
在第二个方面的某些实现方式中，所述经氟碳蚀刻剂进行表面活化处理的步骤之后，还包括采用乙醇擦拭所述绝缘层的外层，最后晾干。
本发明的实施例中提供的技术方案带来如下有益技术效果：
本发明提供的耐高低温抗辐照高压电缆具有超厚的氟塑料绝缘，结构简单、体积小、重量轻，能有效增强电缆的耐弯折性能，使用电压直流50kV及以下，使用温度-65～+200℃，在超高压、高低温、高辐照等多项环境中性能仍能够良好满足要求，同时具有较久的保持粘接性的特点。
本申请附加的方面和优点将在后续部分中给出，并将从后续的描述中详细得到理解，或通过对本发明的具体实施了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例中耐高低温抗辐照高压电缆的横截面结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的可能的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本发明的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。
相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。
本申请第一个方面的实施例提供了一种耐高低温抗辐照高压电缆，如图1所示，包括导体和绝缘层，导体包覆在绝缘层内，绝缘层采用氟塑料作为绝缘料，绝缘层的厚度为1.0～1.1mm；绝缘层的厚度为导体的直径的3～10倍。
在该绝缘层的厚度范围内，高压导线电缆可以长期承受高压电场下引起的部分放电(或游离放电)，从而避免导致绝缘树枝状放电，空冷冷却方式使分子链排列规整紧密，大大降低绝缘层中的气隙、杂质，同时减少了导体的表面与绝缘层之间的表面不平等缺陷，从而提高了产品的机械性能，也就提升了耐弯折和耐电性能。
具体地，导体可采用镀银铜导体，材料符和GJB1640-1993的规定，导体的横截面范围为0.08～3.0mm2，超出此范围的所需绝缘厚度太厚，无法一次性挤出成型，且挤出后的绝缘圆整度不高，无法满足其耐高压性能。镀银铜线是在无氧铜线或低氧铜线上镀银后，经过拉丝机拉细而成的细线，经过高温退火，还原其晶体结构和物理性能，以达到柔软的目的，电镀银层可以均匀地着附在无氧铜线或低氧铜线上，该电镀银层综合了两种金属的特点，具有很好的导电性能，以及明亮而光泽的表面，同时具有很高的耐腐蚀性，镀银铜线的伸长率是镀银铜合金线的两倍，弯曲性能优越。
绝缘层为氟塑料绝缘料，其性能符合GJB773B-2015中规定的要求，具有良好的加工性能，耐腐蚀，与金属良好的粘合性，耐高低温，电性能优良，提高芯线的机械强度，耐磨损和耐弯折性，生产时注意控制同心度等。
本发明提供的耐高低温抗辐照高压电缆具有超厚的氟塑料绝缘，结构简单、体积小、重量轻，能有效增强电缆的耐弯折性能，弯曲半径小，可耐自身1.5倍电缆外径弯折2000次及以上，可长期耐直流电压DC 50kV，短期耐直流电压可达DC 130kV，使用温度-65～+200℃，在超高压、高低温、高辐照等多项环境中性能仍能够良好满足要求，同时具有较久的保持粘接性的特点，灌胶后拉脱力20N以上。
可选的，在第一个方面实施例的某些实现方式中，导体在绞合时选择10～16倍绞合后外径的节距。
基于同一发明构思，本发明申请第二个方面的实施例提供了一种耐高低温抗辐照高压电缆的制备方法，用于制取如本发明申请第一个方面描述的耐高低温抗辐照高压电缆，包括如下步骤：
首先，将导体进行预加热，将绝缘料熔融。
其次，将绝缘料通过挤包工艺包覆在导体上，得到耐高低温抗辐照高压电缆。
导体是将被选为导体基材的金属丝经拉丝和退火后绞合制成。在绞合时选择10～16倍绞合后外径的节距，即绞合后得到的节距是导体外径的10～16倍。
导体外的绝缘层则通过以下步骤得到：将导体进行挤出前进行充分预热，可以缩小绝缘料与导体表面温差，防止绝缘内表面与外表面结晶不一致，采用双层耐高温耐腐蚀的200目Cr15Ni60镍铬合金过滤网筛除氟塑料熔体杂质，可减少绝缘内部单位面积缺陷数，提高绝缘耐压能力，使用合适的螺杆长径比的螺杆，使氟塑料塑化均匀，在将氟塑料升温成氟塑料熔体或糊状物，利用合适主机转速形成稳定大小的剪切力，使内部晶体充分熔融，再经过合适的椎体从模口挤出，排胶一定时间达到机筒内部动态平衡，并包覆在导体上。挤出后的氟塑料绝缘的提高了氟塑料分子链几何排列规整程度，缩小了分子链间距，增大了聚合物分子链间的相互作用力，提高了分子链与链间的紧密性，使其结晶度提高，降低绝缘层中的气隙、杂质，同时减少导体的表面与绝缘层之间的表面不平等缺陷，从而提高产品的耐高电压，耐机械应力，耐弯折。
进一步地，上述高压导线绝缘的制备过程中，预热0～300℃，氟塑料熔融指数10～30，温度255～305℃，冷却方式空冷、水冷，主机转速为4.5～6rpm，线速度为25～45m/min，拉伸平衡比(1.1～3.0)情况下。
基于上述耐高低温抗辐照高压电缆的制备方法，取不同的制备参数，进行宇航用直流50kV及以下耐高低温抗辐照高压电缆的制备，具体如表1。
表1
Figure BDA0003338476240000051
Figure BDA0003338476240000061
由上表可以看出，实施例1～3所得电缆的极限直流浸水耐压、线缆椭圆度均明显优于对比例1，其原因在于，对比例1中采用熔融指数高于其他例的材料，导致氟塑料挤出模口时粘度低流动性太好不容易定型，拉伸平衡比相对小，绝缘出胶锥体管相对长，加上空冷冷却方式，线速度比其他例较快，会使挤出的绝缘在短时间内不能冷却定型，绝缘持续流动，无法完整定型。与实施例1～3相比，对比例2具有较差的附着力和耐弯折性能，其原因在于，对比例2中的导体无预热，氟塑料与导体表面温差增大，氟塑料内外表面绝缘结晶温度不同在其绝缘内部形成断层面；同时挤出温区相对低于其他例，排胶时间短，使氟塑料无法塑化均匀；水冷冷却方式使氟塑料在塑化不均匀的情况下急速降温，不利于氟塑料分子晶核和晶粒稳定均匀形成和长大。因此，在绝缘料挤出作业时，采用熔融指数10～20氟塑料作为高压导线绝缘层，主机转速4.8～6.0rpm，线速度25～40m/min，预热300℃，高压导线挤出温度控制在265～305℃，排胶时间大于40min，拉伸平衡比1.8～3.0，使用空冷冷却方式，完成绝缘挤出。然后采用氟碳蚀刻剂处理1-2min，采用无水酒精擦干导线表面残留的氟碳蚀刻剂最后晾干。可得到能够满足性能指标要求的宇航用直流超高压耐高低温抗辐照高压电缆。
本发明申请提供的耐高低温抗辐照高压电缆具有导体和绝缘结构，产品设计新颖、结构简单，尤其是体积小、重量轻、耐高低温、抗老化、耐高电压、耐弯折、耐辐照及可靠性高等优点，产品作为宇航高压器件中的重要组成部分，适用于安装在高压电源供电和高压传输等环境。使用温度-65～+200℃，同时具有良好的柔软性，弯曲半径小，可耐自身1.5倍电缆外径弯折2000次及以上，可长期耐直流电压DC 50kV，短期耐直流电压可达DC130kV，永久保持粘接性的特点，灌胶后拉脱力20N以上。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐高低温抗辐照高压电缆，其特征在于，包括导体和绝缘层，所述导体包覆在所述绝缘层内，所述绝缘层采用氟塑料作为绝缘料，所述绝缘层的厚度为1.0～1.1mm；所述绝缘层的厚度为所述导体的直径的3～10倍。
2.根据权利要求1所述的耐高低温抗辐照高压电缆，其特征在于，所述导体在绞合时选择10～16倍绞合后外径的节距。
3.根据权利要求1所述的耐高低温抗辐照高压电缆，其特征在于，所述导体为镀银铜导体。
4.根据权利要求1所述的耐高低温抗辐照高压电缆，其特征在于，所述绝缘层为熔融指数10～20的氟塑料。
5.一种耐高低温抗辐照高压电缆的制备方法，其特征在于，用于制取如权利要求1～4中任一项所述的耐高低温抗辐照高压电缆，包括如下步骤：
将所述导体预加热，预加热温度小于或等于300℃，将所述绝缘料熔融；
将所述绝缘料通过挤包工艺包覆在所述导体上，得到所述耐高低温抗辐照高压电缆。
6.根据权利要求5所述的耐高低温抗辐照高压电缆的制备方法，其特征在于，所述将所述绝缘料通过挤包工艺包覆在所述导体上的步骤，包括：
将所述绝缘料以主机转速4.8～6.0rpm、线速度25～40m/min的工艺参数挤出，挤出温度控制在265～305℃，排胶时间大于40min，拉伸平衡比1.8～3.0；
对挤包后的所述绝缘料，经氟碳蚀刻剂进行表面活化处理。
7.根据权利要求6所述的耐高低温抗辐照高压电缆，其特征在于，所述经氟碳蚀刻剂进行表面活化处理的步骤之后，还包括采用乙醇擦拭所述绝缘层的外层，最后晾干。
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