一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维及其制备方法，该玄武岩纤维含有重量百分数为0.1‑1.5%的纳米氧化铝和0.6‑2.8%的纳米二氧化硅；利用分散在玄武岩纤维结构中的纳米氧化铝可以阻挡击穿通道的发展和纳米二氧化硅能影响玄武岩纤维中晶相分布和大小的原理，使玄武岩纤维中晶相分布更均匀，大小差异更小，从而使玄武岩纤维具有更高的击穿强度，耐电晕和电树枝化的性能更好，使其用于电缆的绝缘层，可显著提高电缆的在耐高、低温和阻燃方面的性能同时，不会增加电缆的故障率，有利于电缆在更多特殊条件下的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维及其制备方法
本专利技术涉及电缆材料领域，具体涉及一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维及其制备方法。
技术介绍
电缆是用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套而形成的导线，主要由线芯、绝缘层、屏蔽层和护套层构成。电缆具有占用地面和空间少；供电安全可靠，触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便；有利于美化城市，具有保密性等诸多优点，被广泛应用于生活和生产中的各个领域。电缆中绝缘层的作用是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，从而保证在输送电能时不发生相对地或相间击穿短路。经过实验和长期使用经验证明，高品质的电缆中，绝缘层的材料需要具有以下性能：耐压强度高；介质损耗角正切值低；耐电晕性能好；化学性能稳定；耐低温；耐热性能好；机械加工性能好；使用寿命长。现有的电缆绝缘层材料大致可分为油浸纸、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯和交联聚乙烯等几大类，虽然能满足常规电缆的性能需求，但在用于制备特殊环境下使用的电缆时，其性能略显不足，如：油浸纸的耐热性差，聚乙烯和聚氯乙烯的耐高温和低温性能差；均易燃等；而且，橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯和交联聚乙烯多为石油化工产品，具有不可再生性，对环境也有一定的污染和破坏，在越来越注重可持续发展和环境保护的今天，将逐渐被替代。玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过纺丝工艺制备而成的，生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。并且，玄武岩纤维化学稳定性好、电绝缘性好、介电常数小，介电损耗小，抗腐蚀、不燃烧、耐高温，完全满足电缆对绝缘层材料基本性能的要求，因而，将其替代现有电缆绝缘层材料用于制备应用于特殊环境下的电缆是可行的。但经过实验发现，虽然玄武岩纤维满足电缆对绝缘层材料基本性能要求，但由于玄武岩组成成分的复杂性和不确定性，导致现有的玄武岩纤维质构不均匀，晶相大小不一，存在缺陷，在高压或高频电场中，耐电晕和耐电树枝化性能差，容易发生局部击穿，从而加快绝缘层的老化或失效，导致电缆在使用过程中出现故障，严重影响电缆的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有玄武岩纤维用于电缆绝缘材料所存在的上述缺陷，提供一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维及其制备方法；本专利技术在玄武岩纤维的制备过程中加入适量的纳米氧化铝和纳米氧化硅作为改性剂，提高玄武岩纤维的击穿强度和耐电晕、电树枝化性能，使其用于电缆的绝缘层，可显著提高电缆在耐高、低温和阻燃方面的性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维，该玄武岩纤维中均匀分散有重量百分数为0.1-1.5%的纳米氧化铝和0.6-2.8%的纳米二氧化硅。本专利技术一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维，利用分散在玄武岩纤维结构中的纳米氧化铝可以阻挡击穿通道的发展和纳米二氧化硅能影响玄武岩纤维中晶相分布和大小的原理，使玄武岩纤维中晶相分布更均匀，大小差异更小，从而使玄武岩纤维具有更高的击穿强度，耐电晕和电树枝化的性能更好，使其用于电缆的绝缘层，可显著提高电缆的在耐高、低温和阻燃方面的性能同时，不会增加电缆的故障率，有利于电缆在更多特殊条件下的应用。上述一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维，其中，所述的纳米氧化铝的含量必须控制在规定范围内，其用量过大，会导致纳米氧化铝在电场作用中起主导作用，反而降低了玄武岩纤维的击穿强度，用量过少，所起的作用小，对玄武岩纤维的击穿强度增加作用小；优选的，所述的纳米氧化铝的重量百分比为0.5-1.2%。其中，优选的，所述的纳米氧化铝的直径为2-10nm；直径过大，相容性降低，对击穿通道的阻挡作用降低，直径过小，不利于分散。其中，优选的，所述的纳米氧化铝为长径比为1.5-3︰1的氧化铝晶须；晶须能嵌入不同的晶相结构中，对击穿通道的阻挡作用更好；长径比太小，对击穿通道的阻挡作用差，长径比过大，容易发生缠绕或断裂，不利于对玄武岩纤维的改性。上述一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维，其中，所述的纳米二氧化硅的含量必须控制在规定范围内，含量过大，纳米二氧化硅容易积聚，反而对玄武岩纤维中晶相的分布造成影响，使其耐电晕和电树枝化的性能降低，含量过小，对玄武岩纤维均匀性影响作用小；优选的，所述的纳米二氧化硅的重量百分比为1.2-2.1%。其中，优选的，所述的纳米二氧化硅的粒径为5-20nm；粒径过大，玄武岩纤维中晶相直径大，对耐电晕和电树枝化增强作用降低；粒径过小，不利于分散。为了实现上述专利技术目的，进一步的，本专利技术提供了一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）将玄武岩粉体熔融后，加入纳米氧化铝和纳米二氧化硅，并用超声波进行分散处理，形成纺丝熔液；（2）将纺丝熔液进行纺丝，得到玄武岩纤维原丝；（3）将玄武岩纤维原丝进行浸润、退解、并捻，得到本专利技术玄武岩纤维。本专利技术一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的制备方法，利用超声波的高速振动，不仅能将添加的纳米氧化铝和纳米二氧化硅均匀的分散在熔融的玄武岩熔液中，还能使得到的玄武岩纤维晶相分布均匀，粒径大小差异小，从而使玄武岩纤维具有更高的击穿强度，更好的耐电晕和电树枝化性能；本专利技术方法简单、可靠，适合用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的大规模、工业化生产。上述一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的制备方法，其中，优选的，步骤1中所述的玄武岩粉体熔融温度为1300-1450℃，温度过低，熔融速度慢，耗时长，耗能高，温度过高，对设备要求高，设备成本增加。其中，优选的，所述的超声波频率为100-300KHz，功率密度为0.2-0.6W/cm2。上述一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的制备方法，其中，优选的，步骤2中纺丝得到的玄武岩纤维原丝直径控制在1-5μm，原丝直径过大，冷却慢，玄武岩纤维中晶相粒径更大，耐电晕和电树枝化性能降低，原丝直径过小，拉丝工艺操作困难，容易断裂，不利于生产。上述一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的制备方法，其中，优选的，步骤3中浸润时使用的浸润剂包括以下重量份原材料制备而成：0.2-1.0份的硅烷偶联剂、1-3份的润滑剂、2-5份的环氧乳液成膜剂、0.5-1.2份的粘结剂、0.5-2份的乳化剂、30-40份的硅油、20-40份的水；该浸润剂能增加玄武岩纤维的韧性和憎水性，提高其绝缘性，使玄武岩纤维具有更优异的电性能。其中，所述的润滑剂为咪唑啉润滑剂；所述的粘结剂为聚醋酸乙烯酯乳液；所述的乳化剂为苯乙基酚聚氧乙烯醚。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术用于电缆绝缘层的玄武岩纤维中含有适量的纳米氧化铝和纳米二氧化硅，其击穿强度更高，耐电晕、电树枝化性能更好，用于电缆的绝缘层，可显著提高电缆的耐高、低温和阻燃性能。2、本专利技术用于电缆绝缘层的玄武岩纤维制备方法，采用超声波高速振动，不仅能将添加的纳米氧化铝和纳米二氧化硅均匀的分散在熔融的玄武岩熔液中，还能使得到的玄武岩纤维晶相分布均匀，粒径大小差异小，从而使玄武岩纤维具有更高的击穿强度，更好的耐电晕和电树枝化性能。3、本专利技术制备方法简单、可靠，适合用于电缆绝缘层的玄武岩纤维的大规模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维，其特征在于，含有重量百分数为0.1‑1.5%的纳米氧化铝和0.6‑2.8%的纳米二氧化硅。

【技术特征摘要】
1.一种用于电缆绝缘层的玄武岩纤维，其特征在于，含有重量百分数为0.1-1.5%的纳米氧化铝和0.6-2.8%的纳米二氧化硅。2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维，其特征在于，所述的纳米氧化铝的重量百分比为0.5-1.2%。3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维，其特征在于，所述的纳米氧化铝的直径为2-10nm。4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维，其特征在于，所述的纳米氧化铝为长径比为1.5-3︰1的氧化铝晶须。5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维，其特征在于，所述的纳米二氧化硅的重量百分比为1.2-2.1%。6.根据权利要求1所述的玄武岩纤维，其特征在于，所述的纳米二氧化硅的粒径为5-20nm。7.一种权利要求1-6任一项所述玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒春柳，
申请(专利权)人：四川力智久创知识产权运营有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51