超轻型耐1000℃高温导线及其制备方法和生产设备与流程

本发明涉及导线技术领域，尤其涉及超轻型耐1000℃高温导线及其制备方法和生产设备。

背景技术：

电缆导线以及一些电器仪表连接线，很多时候需要用在一些极端环境中，如高温、低温、高湿、高阻燃等环境下，就需要进行包接隔热层以对导线进行保护。

尤其是当环境温度超过1000℃时，很多传统的隔热材料都无法应用，能起作用的只有陶瓷、无机粘土、耐高温玻璃纤维、硅基气凝胶等。

陶瓷、无机粘土和耐高温玻璃纤维一般都要进行通过烧结的方式进行制备，导致制备出的隔热层硬度较大，形状也较固定，不便于电缆导线的安装和拆卸。同时陶瓷、无机粘土和耐高温玻璃纤维的热传导性也不低，因此是实际应用时一般都采用多层加厚或者夹层，甚至是中空夹层的结构，导致导线外的厚度太大，重量太重，据实验统计将陶瓷隔热层的导线置于1000℃的环境中10min以上时，如果要保证导线的温度低于200℃，需要的陶瓷厚度超过20mm，单米导线的重量增加3-4倍，十分影响耐高温导线在极端环境中的应用。

另一方面，硅基气凝胶在隔热领域有非常大的应用前景，如宇航服中加入一个18mm厚的气凝胶层，那么它就能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。

综上，如何将气凝胶应用在耐高温导线领域，尤其是耐1000℃的极端环境中，同时又要保证气凝胶隔热层的柔韧性，从而不影响电缆导线的安装及拆卸，这一点也本领域的技术难题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的超轻型耐1000℃高温导线及其制备方法和生产设备。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

超轻型耐1000℃高温导线，包括线芯，线芯外涂覆有气凝胶复合绝缘。

优选地，线芯由多股镀镍软导体绞合而成的，气凝胶复合绝缘呈螺旋绕包的多层结构，气凝胶复合绝缘的表层还设有致密层。

优选地，气凝胶复合绝缘的单层螺旋结构具体是由气凝胶涂料沿螺旋进动的方式滚刷而成，螺旋进动的轨迹为沿线芯轴向的进动和沿线芯圆周方向的转动叠加而成的，线芯通过重复的螺旋滚刷即得气凝胶复合绝缘的多层螺旋结构，气凝胶复合绝缘的厚度不高于6mm，气凝胶复合绝缘螺旋结构的层数为10-30层。

优选地，气凝胶复合绝缘的单层结构带有沿线芯径向的微孔道，微孔道的孔径从内到外逐渐增大，内侧的孔径范围为0.1-0.3um，外侧的孔径范围为0.3-0.5um，微孔道的孔隙率为10-15%，本发明采用冷冻干燥的方式除去气凝胶涂料中的溶剂，从而形成从内到外逐渐增大的微孔道。

优选地，致密层的孔隙率低于2%，致密层的孔径不高于0.01um。

优选地，相邻的微孔道不连续也不贯通。

更进一步地，气凝胶复合绝缘包含以下重量份的组分：100份的气凝胶粉末，环氧树脂20-40份，纤维混合物10-20份，耐高温纤维碎布10-20份，硅橡胶粉末3-8份，羟基纤维素5-10份，六偏磷酸钠2-8份，滑石粉0.5-2份。

更进一步地，气凝胶粉末具体由大中小三种粒径的硅基气凝胶按1:2:1的重量比例混合而成，气凝胶的粒径范围为：大粒径0.5-0.9mm，中粒径：0.2-0.5mm，小粒径：0.05-0.2mm。

更进一步地，纤维混合物由短玻璃纤维和长耐高温纤维按1:1的重量比例混合而成，长耐高温纤维具体是sic纤维或是复合硅酸盐玻璃，长耐高温纤维的长度为10-20mm，短玻璃纤维的长度为0.5-2mm。

更进一步地，耐高温纤维碎布具体是由玻璃纤维编织而成的网格布。

本发明还提出了超轻型耐1000℃高温导线的制备方法，包括以下步骤：

s1，将多股镀镍软导体绞合线芯，备用；

s2，气凝胶复合绝缘涂料的制备：根据前述的配方比例，将原料依次加入到球磨机中，并加入占原料重量0.2-0.5倍的水，高速球磨3-5h，得到悬浮液；

s3，采用毛刷将悬浮液，滚刷到线芯表面，稍稍静置后，将线芯置于乙醇/丙酮的混合溶剂，陈化3-8h，冷冻干燥后除去溶剂，得到干燥的气凝胶复合层；

s4，将干燥的气凝胶复合层再喷涂封孔剂薄层，再用600-800℃氧炔火焰烤炙封孔剂薄层2-5s，即制得气凝胶复合绝缘，得到成品的耐1000℃高温导线。

优选地，s4中的封孔剂具体是沥青基铝浆。

本发明还提出了一种用于超轻型耐1000℃高温导线的生产设备，包括涂覆仓体，将前述制得的成品耐1000℃高温导线穿接在涂覆仓体，涂覆仓体的顶部设有滑动机构，涂覆仓体的一侧开口处设有转动机构；

滑动机构包括双横梁，滑块，加料箱和涂覆盒，双横梁为两根平行设置的高度相同的滑杆，滑块套接在双横梁上，滑块分别通过伸缩杆连接在加料箱和涂覆盒的顶部，加料箱和涂覆盒的之间通过连通管相连接，加料箱的顶部还设有加料口，涂覆盒的顶部还通过气管与加压泵连接，涂覆盒的底部设有刷头；

转动机构包括轴承座和夹套，轴承座为中心设有轴承孔的环状底座，夹套由两片弧形片组成，夹套的一端垂直焊接在轴承座的侧面上，轴承座的外圆面设有齿轮槽，轴承座通过齿轮与转轴齿合连接，转轴的一端与电机连接；

线芯的尺寸小于轴承座的轴承孔径，线芯的尺寸小于夹套的内部尺寸，夹套的外表面设有紧固螺栓。

优选地，滑块与牵引装置连接，双横梁与线芯平行设置，滑块沿线芯的轴向往复运动。

优选地，轴承座绕线芯的圆心旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的生产设备通过电机及牵引装置控制滑动机构及转动机构的运动，两个运动方式叠加，使刷头在线芯呈螺旋进动的运动轨迹；改变滑动机构及转动机构的运动方向，重复以上操作，从而在线芯外壁涂布上呈螺旋绕包多层结构的气凝胶复合绝缘。

2.本发明通过冷冻干燥的方式，脱除气凝胶涂料中的溶剂，从而在气凝胶复合绝缘的单层结构形成小于0.5um的微纳米孔径气凝胶、纤维、硅橡胶以及其他组分的粒径远大于微孔道的孔径，容易堵塞微孔道；同时由于气凝胶复合绝缘是多层螺旋结构，微孔道无法连续和贯通，从而基本堵塞了线芯与环境的气体通道，大大提高隔热效果。

3.本发明采用特殊的配方，以气凝胶粉末为主要成分，纤维混合物及耐高温纤维碎布为结构稳固剂，环氧树脂、硅橡胶粉末及羟基纤维素为增稠增溶剂，以六偏磷酸钠为助溶剂，滑石粉为辅助的助溶剂及分散剂，制成气凝胶悬浮液；采用特殊的涂布设备，对线芯采用特殊的涂布方法，将气凝胶悬浮液以螺旋交叉的方式涂布线芯的外壁上，进过多次涂布，构成特殊的具有螺旋绕包多层结构的隔热层，此隔热层柔韧性较佳，制成的耐高温导线能够自由弯折，且变形后的隔热效果依然较好，使用十分便利。

附图说明

图1为本发明提出的超轻型耐1000℃高温导线的结构示意图；

图2为本发明提出的超轻型耐1000℃高温导线的气凝胶复合绝缘的微孔道堵塞原理示意图；

图3为本发明提出的超轻型耐1000℃高温导线的气凝胶复合绝缘的单层螺旋结构示意图；

图4为本发明提出的超轻型耐1000℃高温导线的生产设备的结构示意图；

图5为本发明提出的超轻型耐1000℃高温导线的生产设备的滑动机构的结构示意图；

图6为本发明提出的超轻型耐1000℃高温导线的生产设备的转动机构的截面图；

图中：1线芯、2气凝胶复合绝缘、3涂覆仓体、4双横梁、5滑块、6加料箱、7涂覆盒、8伸缩杆、9连通管、10加料口、11加压泵、12刷头、13轴承座、14夹套、15齿轮槽、16转轴、17电机、18紧固螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，超轻型耐1000℃高温导线，包括线芯1，线芯1外涂覆有气凝胶复合绝缘2；线芯1由多股镀镍软导体绞合而成的，气凝胶复合绝缘2呈螺旋绕包的多层结构，气凝胶复合绝缘2的表层还设有致密层，气凝胶复合绝缘2的单层螺旋结构具体是由气凝胶涂料沿螺旋进动的方式滚刷而成，螺旋进动的轨迹为沿线芯1轴向的进动和沿线芯1圆周方向的转动叠加而成的，线芯1通过重复的螺旋滚刷即得气凝胶复合绝缘2的多层螺旋结构，气凝胶复合绝缘2的厚度不高于6mm，气凝胶复合绝缘2螺旋结构的层数为10-30层，气凝胶复合绝缘2的单层结构带有沿线芯1径向的微孔道，微孔道的孔径从内到外逐渐增大，内侧的孔径范围为0.1-0.3um，外侧的孔径范围为0.3-0.5um，微孔道的孔隙率为10-15%，致密层的孔隙率低于2%，致密层的孔径不高于0.1um，相邻的微孔道不连续也不贯通；本发明通过冷冻干燥的方式，脱除气凝胶涂料中的溶剂，从而在气凝胶复合绝缘2的单层结构形成小于0.5um的微纳米孔径气凝胶、纤维、硅橡胶以及其他组分的粒径远大于微孔道的孔径，容易堵塞微孔道；同时由于气凝胶复合绝缘2是多层螺旋结构，微孔道无法连续和贯通，从而基本堵塞了线芯1与环境的气体通道，大大提高隔热效果。

气凝胶复合绝缘2包含以下重量份的组分：100份的气凝胶粉末，环氧树脂20-40份，纤维混合物10-20份，耐高温纤维碎布10-20份，硅橡胶粉末3-8份，羟基纤维素5-10份，六偏磷酸钠2-8份，滑石粉0.5-2份；气凝胶粉末具体由大中小三种粒径的硅基气凝胶按1:2:1的重量比例混合而成，气凝胶的粒径范围为：大粒径0.5-0.9mm，中粒径：0.2-0.5mm，小粒径：0.05-0.2mm；纤维混合物由短玻璃纤维和长耐高温纤维按1:1的重量比例混合而成，长耐高温纤维具体是sic纤维或是复合硅酸盐玻璃，长耐高温纤维的长度为10-20mm，短玻璃纤维的长度为0.5-2mm；耐高温纤维碎布具体是由玻璃纤维编织而成的网格布。

本发明还提出了超轻型耐1000℃高温导线的制备方法，包括以下步骤：

s1，将多股镀镍软导体绞合线芯1，备用；

s2，气凝胶复合绝缘涂料的制备：根据前述的配方比例，将原料依次加入到球磨机中，并加入占原料重量0.2-0.5倍的水，高速球磨3-5h，得到悬浮液；

s3，采用毛刷将悬浮液，滚刷到线芯1表面，稍稍静置后，将线芯1置于乙醇/丙酮的混合溶剂，陈化3-8h，冷冻干燥后除去溶剂，得到干燥的气凝胶复合层；

s4，将干燥的气凝胶复合层再喷涂沥青基铝浆的封孔剂薄层，再用600-800℃氧炔火焰烤炙封孔剂薄层2-5s，即制得气凝胶复合绝缘2，得到成品的耐1000℃高温导线。

本发明还提出了一种用于超轻型耐1000℃高温导线的生产设备，包括涂覆仓体3，将前述制得的成品耐1000℃高温导线穿接在涂覆仓体3，涂覆仓体3的顶部设有滑动机构，涂覆仓体3的一侧开口处设有转动机构；滑动机构包括双横梁4，滑块5，加料箱6和涂覆盒7，双横梁4为两根平行设置的高度相同的滑杆，滑块5套接在双横梁4上，滑块5分别通过伸缩杆8连接在加料箱6和涂覆盒7的顶部，加料箱6和涂覆盒7的之间通过连通管9相连接，加料箱6的顶部还设有加料口10，涂覆盒7的顶部还通过气管与加压泵11连接，涂覆盒7的底部设有刷头12；转动机构包括轴承座13和夹套14，轴承座13为中心设有轴承孔的环状底座，夹套14由两片弧形片组成，夹套14的一端垂直焊接在轴承座13的侧面上，轴承座13的外圆面设有齿轮槽15，轴承座13通过齿轮与转轴16齿合连接，转轴16的一端与电机17连接；线芯1的尺寸小于轴承座13的轴承孔径，线芯1的尺寸小于夹套14的内部尺寸，夹套14的外表面设有紧固螺栓18；滑块5与牵引装置连接，双横梁4与线芯1平行设置，滑块5沿线芯1的轴向往复运动；轴承座13绕线芯1的圆心旋转。

本发明的生产设备在使用时，按照上述方法将滑动机构和转动机构安装好，将线芯1穿过涂覆仓体3，并将线芯1夹在夹套14，在加料箱6中加入气凝胶悬浮液，通过电机及牵引装置控制滑动机构及转动机构的运动，两个运动方式叠加，使刷头12在线芯1呈螺旋进动的运动轨迹；通过伸缩杆8调整刷头的高度，改变滑动机构及转动机构的运动方向，重复以上操作，从而在线芯1的外壁呈螺旋绕包的多层结构，且各层之间的两端都是相连接的，相当于一根布带在线芯1上多层缠绕。

本发明采用特殊的配方，以气凝胶粉末为主要成分，纤维混合物及耐高温纤维碎布为结构稳固剂，环氧树脂、硅橡胶粉末及羟基纤维素为增稠增溶剂，以六偏磷酸钠为助溶剂，滑石粉为辅助的助溶剂及分散剂，制成气凝胶悬浮液；采用特殊的涂布设备，对线芯1采用特殊的涂布方法，将气凝胶悬浮液以螺旋交叉的方式涂布线芯1的外壁上，进过多次涂布，构成特殊的具有螺旋绕包多层结构的隔热层，此隔热层柔韧性较佳，制成的耐高温导线能够自由弯折，且变形后的隔热效果依然较好，使用十分便利。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。