一种氧化镁绝缘铜护套加热电缆的制作方法

1.本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种氧化镁绝缘铜护套加热电缆。


背景技术：

2.加热电缆通常是将铜导体嵌置在已充分干燥的、紧密质实的氧化镁粉末做为绝缘材料的无缝铜管中做成的电缆。由于整个电缆全部由无机材料构成，具有耐高温、防火、防爆、不燃烧的特点，在250℃时可连续长时间运行，1000℃极限状态下也可作30min的短时间运行，且机械强度高、使用寿命长，一般不需要独立接地导线。主要应用于石油、化工、冶金、船舶、核电、航空航天等高温、辐照或高腐蚀领域，除此之外，该电缆由于其结构特点，在许多大型公共建筑，如机场、商业广场等场所消防设备的配电线路中也得到了大量的使用。
3.但是，氧化镁绝缘加热线缆在安装的过程中，需要在电缆端头剥开，露出导体，进行连接，而由于氧化镁容易吸收水分和为二氧化碳而逐渐成为氢氧化镁或碱式碳酸镁的特性，如果在一小时内未完成电缆头制作，绝缘电阻会下降至10mω以下，导致电缆性能大幅降低，甚至无法使用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种氧化镁绝缘铜护套加热电缆，在电缆的端部设置保护段，在进行安装的时候，中间填充的氧化镁绝缘层不会暴露在空气中，因此避免了氧化镁吸收水分和二氧化碳导致绝缘电阻下降的问题。
5.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
6.一种氧化镁绝缘铜护套加热电缆，在所述电缆的端部设置有保护段，所述保护段在导体和铜护套之间设置有隔绝保护层，所述隔绝保护层包括相互重叠的多层支撑网以及填充在支撑网之间的导热粉末。
7.进一步，所述支撑网是由碳纳米纤维和铜纤维编织而成，呈波浪形结构。
8.进一步，所述导热粉末是以铝掺杂纳米氮化硅颗粒为载体，经过苯基三甲氧基硅烷改性后制得。
9.进一步，所述铝掺杂纳米氮化硅颗粒呈多孔结构。
10.进一步，所述导热粉末的制备方法为：
11.s1：取硅粉和铝粉，置于球磨机中进行一次球磨混合均匀，加入氯化钠进行二次球磨混匀得到混合物料；
12.s2：将混合物料置于陶瓷舟中，然后放入高温管式炉中，在氮气气氛，温度为1200
‑
1400℃条件进行加热反应10
‑
12h，反应完成后，将反应物取出，研磨后加入去离子水，超声清洗干净后烘干得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
13.s3：将s2步骤制备得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒加入45％
‑
60％氢氧化钠溶液中，搅拌刻蚀2
‑
3h，离心用去离子水清洗至中性后干燥得到多孔的铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
14.s4：取乙醇溶液，采用醋酸缓冲液调节ph至4，加入硅烷偶联剂，搅拌水解1h，再加
入s3步骤制备得到的铝掺杂纳米氮化硅颗粒，保温持续搅拌反应3
‑
4h，加入苯基三甲氧基硅烷，在氮气气氛下保温回流12h，反应完成后过滤，洗涤、干燥后得到导热粉末。
15.进一步，所述硅粉和铝粉的质量比为(50
‑
75):1，所述氯化钠的质量为硅粉和铝粉总质量的0.2
‑
0.3。
16.进一步，所述一次球磨的频率为1100
‑
1200r/min，球磨时间为10
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15min，二次球磨的频率为800
‑
1000r/min，球磨时间为15
‑
20min，所述一次球磨、二次球磨的球料质量比均为3:1。
17.本发明的有益效果：
18.1、本发明的加热电缆，在电缆的端部设置保护段，在进行安装的时候，中间填充的氧化镁绝缘层不会暴露在空气中，因此避免了氧化镁吸收水分和二氧化碳导致绝缘电阻下降的问题，而使用多层支撑网结合导热粉末的方式，支撑网能够对导热粉末起到一定的限位和固定作用，防止在安装的过程中导热粉末松散，而导热粉末能够对支撑网之间的空隙进行填充，使得保护段整体变得更密实，能够更好的起到保护效果。
19.2、本发明的隔绝保护层，支撑网以碳纳米纤维和铜纤维编织而成，铜纤维作为支撑骨架，碳纳米纤维起到连接和提高整个支撑网韧性的作用，二者均具有良好的导热能力和耐热性，且支撑网的波浪形结构一方面能够在一定程度上提高对导热颗粒的限位作用，另一方面能够在一定程度上增加空气在保护层内移动难度，从而起到更好的保护作用。
20.3、本发明的导热粉末，铝掺杂的氮化硅颗粒具有良好的导热性能和绝缘性能，不会影响加热电缆的正常使用，而以铝对氮化硅进行掺杂，再经过氢氧化钠溶液腐蚀，会在颗粒表面形成孔洞，增加其比表面积，方便后续的苯基三甲氧基硅烷改性，而利用苯基三甲氧基硅烷对铝掺杂的氮化硅颗粒进行改性，能够提高铝掺杂的氮化硅颗粒的抗氧化性能，增加其保护性能。
具体实施方式
21.以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
22.本发明的一种氧化镁绝缘铜护套加热电缆，在电缆的端部设置有保护段，保护段在导体和铜护套之间设置有隔绝保护层，隔绝保护层包括相互重叠的多层支撑网以及填充在支撑网之间的导热粉末。具体如下：
23.实施例一
24.导热粉末的制备
25.s1：按照75:1的质量比分别取硅粉和铝粉，置于球磨机中进行一次球磨，在频率为1200r/min，球料质量比为3:1条件下球磨15min，混合均匀，加入硅粉和铝粉总质量的0.3的氯化钠进行二次球磨，在频率为1000r/min，球料质量比为3:1条件下球磨20min，混匀得到混合物料；
26.s2：将混合物料置于陶瓷舟中，然后放入高温管式炉中，在氮气气氛，温度为1400℃条件进行加热反应10h，反应完成后，将反应物取出，研磨后加入去离子水，超声清洗干净后烘干得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
27.s3：将s2步骤制备得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒加入浸没于50％氢氧化钠溶液中，搅拌刻蚀2h，离心用去离子水清洗至中性后干燥得到多孔的铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
28.s4：取乙醇溶液，采用醋酸缓冲液调节ph至4，加入硅烷偶联剂，搅拌水解1h，再以15g/100ml的固液比加入s3步骤制备得到的铝掺杂纳米氮化硅颗粒，保温持续搅拌反应3
‑
4h，加入苯基三甲氧基硅烷，其中硅烷偶联剂、苯基三甲氧基硅烷和铝掺杂纳米氮化硅颗粒的质量比为0.01:0.15:1，在氮气气氛下保温回流12h，反应完成后过滤，洗涤、干燥后得到导热粉末。
29.支撑网的制备：将碳纳米纤维和微米级的铜纤维利用编织机进行编织得到波浪形的支撑网，利用碳纳米纤维和铜纤维的直径的差异，形成波浪形的微结构，再经过编织机编织形成宏观上的波浪形结构，这样的结构能够在一定程度上增加支撑网的表面积，更有利于导热纤维的填充和附着。
30.利用制备得到的导热粉末和支撑网制备加热电缆，步骤如下：
31.按照现有的方法，先将导体置于铜护套内，在导体的一端缠绕包裹上多层支撑网，在支撑网之间填充上导热粉末，然后再从另一端以现有的方式进行填充氧化镁绝缘层，填充完成后，电缆另一端缠绕包裹上多层支撑网，并在支撑网之间填充上导热粉末，填充完成后得到本发明的氧化镁绝缘铜护套加热电缆。
32.实施例二
33.导热粉末的制备
34.s1：按照50:1的质量比分别取硅粉和铝粉，置于球磨机中进行一次球磨，在频率为1100r/min，球料质量比为3:1条件下球磨12min，混合均匀，加入硅粉和铝粉总质量的0.2的氯化钠进行二次球磨，在频率为800r/min，球料质量比为3:1条件下球磨15min，混匀得到混合物料；
35.s2：将混合物料置于陶瓷舟中，然后放入高温管式炉中，在氮气气氛，温度为1300℃条件进行加热反应12h，反应完成后，将反应物取出，研磨后加入去离子水，超声清洗干净后烘干得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
36.s3：将s2步骤制备得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒加入浸没于60％氢氧化钠溶液中，搅拌刻蚀3h，离心用去离子水清洗至中性后干燥得到多孔的铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
37.s4：取乙醇溶液，采用醋酸缓冲液调节ph至4，加入硅烷偶联剂，搅拌水解1h，再以12g/100ml的固液比加入s3步骤制备得到的铝掺杂纳米氮化硅颗粒，保温持续搅拌反应3
‑
4h，加入苯基三甲氧基硅烷，其中硅烷偶联剂、苯基三甲氧基硅烷和铝掺杂纳米氮化硅颗粒的质量比为0.01:0.1:1，在氮气气氛下保温回流12h，反应完成后过滤，洗涤、干燥后得到导热粉末。
38.支撑网的制备：将碳纳米纤维和微米级的铜纤维利用编织机进行编织得到波浪形的支撑网。
39.利用制备得到的导热粉末和支撑网制备加热电缆，步骤如下：
40.按照现有的方法，先将导体置于铜护套内，在导体的一端缠绕包裹上多层支撑网，在支撑网之间填充上导热粉末，然后再从另一端以现有的方式进行填充氧化镁绝缘层，填充完成后，电缆另一端缠绕包裹上多层支撑网，并在支撑网之间填充上导热粉末，填充完成后得到本发明的氧化镁绝缘铜护套加热电缆。
41.实施例三
42.导热粉末的制备
43.s1：按照60:1的质量比分别取硅粉和铝粉，置于球磨机中进行一次球磨，在频率为1200r/min，球料质量比为3:1条件下球磨10min，混合均匀，加入硅粉和铝粉总质量的0.3的氯化钠进行二次球磨，在频率为900r/min，球料质量比为3:1条件下球磨20min，混匀得到混合物料；
44.s2：将混合物料置于陶瓷舟中，然后放入高温管式炉中，在氮气气氛，温度为1400℃条件进行加热反应11h，反应完成后，将反应物取出，研磨后加入去离子水，超声清洗干净后烘干得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
45.s3：将s2步骤制备得到铝掺杂纳米氮化硅颗粒加入浸没于45％氢氧化钠溶液中，搅拌刻蚀3h，离心用去离子水清洗至中性后干燥得到多孔的铝掺杂纳米氮化硅颗粒；
46.s4：取乙醇溶液，采用醋酸缓冲液调节ph至4，加入硅烷偶联剂，搅拌水解1h，再以18g/100ml的固液比加入s3步骤制备得到的铝掺杂纳米氮化硅颗粒，保温持续搅拌反应3
‑
4h，加入苯基三甲氧基硅烷，其中硅烷偶联剂、苯基三甲氧基硅烷和铝掺杂纳米氮化硅颗粒的质量比为0.01:0.2:1，在氮气气氛下保温回流12h，反应完成后过滤，洗涤、干燥后得到导热粉末。
47.支撑网的制备：将碳纳米纤维和微米级的铜纤维利用编织机进行编织得到波浪形的支撑网。
48.利用制备得到的导热粉末和支撑网制备加热电缆，步骤如下：
49.按照现有的方法，先将导体置于铜护套内，在导体的一端缠绕包裹上多层支撑网，在支撑网之间填充上导热粉末，然后再从另一端以现有的方式进行填充氧化镁绝缘层，填充完成后，电缆另一端缠绕包裹上多层支撑网，并在支撑网之间填充上导热粉末，填充完成后得到本发明的氧化镁绝缘铜护套加热电缆。
50.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。