CN1499537A - 耐高温及高温水汽绝缘电线及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种耐高温以及高温水汽电线以及其生产方法，采用一种特种工程塑料聚醚醚酮作为绝缘料，其方法包括使用高温熔挤机，将聚醚醚酮绝缘料熔挤在导电线芯上，然后经过梯度冷却，最后经检验包装而成。所发明产品具有耐高温以及高温水蒸汽、耐腐蚀、耐辐射的优良性能，其绝缘厚度可达到0.08至0.20毫米的超薄绝缘。可以取代聚酰亚胺绕包绝缘电线，用作核岛机构内的控制棒绕组线，可以省去庞大的风冷系统，既节省空间又降低造价，同时可以作为石油工业潜油泵电机绕组线及引接线，以及应用在冶金及化工高温及腐蚀场所。

Description

耐高温及高温水汽绝缘电线及其生产方法

技术领域：

本发明属于一种新型超薄绝缘的电线以及其生产方法，属于电线电缆技术领域。

背景技术：

目前，常规PVC绝缘电线电缆的正常工作温度只能达到70℃，交联聚乙烯绝缘电线电缆可达到90℃，不能适应高温环境使用。一些特殊电线、电缆，例如氧化镁绝缘电线或者玻璃丝绕包电线，其工作温度可以达到500℃甚至800℃，其绝缘都属于无机物绝缘，但是都不能耐高温水蒸汽。在一些特殊应用场合，例如核岛驱动机构的绕组线圈、石油工业潜油泵电机绕组线及连接线以及冶金及化工高温及腐蚀场所中，需要既耐高温，又耐水蒸汽或耐腐蚀的电线，在这些情况下，目前采用的是绕包有机物薄膜带(如F4氟塑料或聚酰亚胺)经烧结而成的电线，其产品外径尺寸大，工艺复杂，材料消耗大，弯曲柔软性能不好，长期使用后易出现薄膜裂开，绝缘性能降低，造成质量事故，且其耐高温水汽性能仍然达不到要求，例如在核岛驱动机构中做绕组线圈时承受不了250℃高温水汽的环境，很快出现高温水解，绝缘电阻下降，如维持其使用，不得不采用庞大的风冷系统，不但造价高，且增加空间面积。

本发明目的：

本发明的目的在于发明一种新的既能耐高温，同时又能耐高温水汽的超薄绝缘电线以及生产这种电线的工艺方法。

技术方案：

本发明的耐高温及高温水汽电线是基于一种新的绝缘材料，包括至少一根金属导体以及熔挤在金属导体上的超薄绝缘层，该绝缘材料具体选用特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)或以聚醚醚酮为主分、按常规方法少量添加电缆绝缘组剂的聚醚醚酮绝缘。其生产方法包括首先对金属导体进行软化、镀镍或不镀镍处理，将导体预热后进入熔挤机，然后采用配有专用配套设备的高温熔挤机，将高温熔挤机腔内温度严格控制在320℃到390℃的状态下，将聚醚醚酮绝缘材料光滑的挤包在导体上，然后经过梯度冷却，最后经检验、包装而成。

本发明产品具有超薄绝缘，其绝缘厚度可以达到0.08-0.20毫米，同时具有耐高温、耐高温水汽、耐腐蚀以及耐辐射的优良性能，可以在极为苛刻的环境下正常工作。

实施例：

本发明所采用的聚醚醚酮(PEEK)绝缘是一种特种工程塑料，全称为polyetheretherketone，简称PEEK，商品名“VICTREX”，由英国ICI公司于1977年开发完成，目前我国市场已有此材料出售。PEEK是性能优良的特种工程塑料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐水解、高强度等显著优点，作为汽车零件、机械零件(如轴承保持器)，导弹帽、飞机翼零件、油井加工件以及人造骨骼等有广泛应用。本发明经高温超薄熔挤技术，直接将PEEK，或按电线电缆行业常规方法添加少量绝缘组剂如(防老化剂等)后，应用到电线电缆绝缘上，具有出色的表现。PEEK主要性能指标为：

1、熔点334℃；

2、除浓硫酸外的常见化学物品无反映，它的耐腐蚀性与镍钢相近；

3、无卤、无毒、难燃性好；

4、耐辐射性能好，γ＞1×10⁷Gy，中子＞1×10¹⁴n/cm²；

5、优良的绝缘性能，击穿场强为17kV/mm；

6、耐高温水解。

本发明所采用的金属导体可以是无氧铜或铝，以铜为更佳。可以是单根的导线或者是绞线，如将本发明的耐高温水蒸气电缆作为连接线使用，则其导体应该采用绞线，以增加柔软性。根据公知的技术，对金属导体进行镀镍处理可以提高导体高温环境下的抗氧化能力，但是对本发明来说，即使没有对导体进行镀镍处理，本发明的产品仍然可以在260℃的高温水汽环境下正常工作。

为实现将PEEK材料应用于电线绝缘，必须解决的关键难题就是超薄绝缘熔挤技术。特别是对于PEEK这种材料，由于它的熔点高，一般的熔挤设备达不到所要求的挤出温度，同时，PEEK熔体粘度大，流动性相对慢，所以在设备选型、模具设计精度及温度要求上都必须严谨。

下面以单根铜导线作为电线导体为例，首先将无氧铜杆在铜拉机上拉成0.16-2.82的圆铜线，经软化退火后作为电线导体。

本例中选用带有机头安装模具自动对中功能的SJN-30/25型塑料高温挤出机作为绝缘挤出设备，要求螺杆与套筒间隙不大于0.20mm，该设备在芬兰诺基亚公司、上海荣耀电工厂都可以定购，同时选用主动放线装置、线芯预热装置和在线偏心检测仪器等配套设备。要求高温挤出机螺杆与套筒间隙不大于0.20mm，其目的在于提高剪切力，增加机腔内物料温度。由于PEEK工程塑料的熔点温度在343℃左右，为保证PEEK流体塑化均匀，PEEK在料筒中各区间温度应被严格控制在320-390℃之间。模具的选用要求加工精度高，光洁度好，挤压式或挤管式均可，由于PEEK熔体粘度高，关键在于模具外锥角度和模套内锥角度差应设置在3-10度之间，其目的在于增加挤出压力。模具对中性要求高，在本实施例中是通过高温熔挤机的自动对中功能实现自动对中的，以减少人工对中所造成的麻烦。通过调整模芯和模套间距，绝缘厚度在0.08到0.20毫米超薄范围内可调整。在实际生产中，可同时选用在线偏心检测装置，该设备可以实时检测线芯的偏心度，并可以显示出来，以确保绝缘电线不偏芯，满足线芯的对中性要求，以安全、高质量的生产。

本例中一个更佳的方法是选用线芯预热装置，对导体进行预热，以防止导体温度骤然升高，产生过大的应力，降低其电气性能。在常规电缆的生产过程中，由于物料塑化温度低，这是不需要的。

启动熔挤机和主动放线装置，将PEEK特种工程塑料光滑的熔挤到铜导线上。由于PEEK熔体黏性大，但拉延性好，在上述工艺控制下，使得本发明技术可以实现超薄绝缘。目前常规电线电缆的绝缘厚度最小只能达到0.2毫米左右，而根据本发明所使用的设备和工艺，本发明产品的PEEK绝缘最薄可以达到0.08毫米，而产品各项性能仍然符合实用要求。

将从熔挤机出来的电线引入冷却水槽进行冷却。与常规电线电缆的冷却要求不同的是，为了避免高温绝缘层骤然冷却后出现树状分支、应力不均问题，关键在于应采用梯度冷却并严格控制冷却温度。将冷却水槽分为多个段，各段水温由高依次降低，具体是，水温由60℃以上的高温到常温梯度递减。

将冷却后的电线经火花检验、印标志、成品检测、复绕包装即成。

由于本发明的产品属于超薄绝缘，要求生产过程中没有灰尘，以避免引入杂质，降低PEEK绝缘性能，因此生产设备最好安装在单独厂房内，要求室内无灰尘污染。

本发明的耐高温及高温水汽电线的优点是：

1、长期工作温度260℃，耐热R级以上(R级为机电行业最高耐热等级220℃)；

2、耐高温水解，可短期浸在300℃加压水汽中使用，260℃高温水汽环境下可长期安全工作；

3、超薄绝缘，绝缘厚度最低可达0.08毫米；

4、无卤、无毒、难燃性好；

5、耐腐蚀性好；

6、柔软、光滑，易弯曲，施工安装方便；

7、抗辐射性能好，γ＞1×10⁷Gy，中子＞1×10¹⁴n/cm²。

本发明产品使用后，可以取代聚酰亚胺绕包绝缘电线，用作核岛机构内的控制棒绕组线，可以省去庞大的风冷系统，既节省空间又降低造价。同时可以作为石油工业潜油泵电机绕组线及引接线，以及应用在冶金及化工高温及腐蚀场所。

Claims (9)

1、一种耐高温及高温水汽绝缘电线，包括至少一根金属导体以及挤包在金属导体上的绝缘层，其特征在于绝缘层为厚度由0.08毫米到0.20毫米之间的超薄聚醚醚酮(PEEK)绝缘。

2、如权利要求1所述的电线，其特征在于该金属导体为无氧铜或铝。

3、如权利要求2所述的电线，其特征在于该金属导体为无氧铜。

4、如权利要求3所述的电线，其特征在于该金属导体上有一镀镍层。

5、一种耐高温及高温水汽绝缘电线的生产方法，包括如下步骤：

①将经软化、镀镍或不镀镍处理的金属线芯经预热装置预热后至高温熔挤机；

②经高温熔挤机在将高温熔挤机料筒中各区间温度控制在320-390℃之间的状态下，将聚醚醚酮(PEEK)塑化并经模具将熔体挤包在金属导体上；

③从熔挤机出来的电线经各段温度由高到低梯度下降的梯度水槽冷却，最后经检验、包装而成。

6、如权利要求5所述的生产方法，其特征在于：要求高温熔挤机螺杆与套筒间隙不大于0.20毫米，以提高剪切力，使聚醚醚酮绝缘材料达到所要求的温度。

7、如权利要求5所述的生产方法，其特征在于：所采用的模具是挤压式或挤管式，且模具外锥角度和模套内锥角度差应设置在3-10度之间，以获得所需要的挤出压力。

8、如权利要求5所述的生产方法，其特征在于将冷却水槽分为多个段，各段水温由高依次降低，进行梯度冷却，以避免高温绝缘层骤然冷却后出现树状分支、应力不均问题，各段水温最好由60℃以上的高温到常温梯度递减。

9、如上述权利要求5、6或权利要求7所述的生产方法，其特征在于所采用的高温熔挤机为SJN-30/25型塑料高温挤出机。