[发明专利]提高管状电热元件用绝缘填充材料电性能均一性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种提高管状电热元件用绝缘填充材料电性能均一性的方法。

背景技术

管状电热元件通常由三部分组成：金属外壳、发热丝和绝缘填充材料。其中绝缘填充材料起到固定发热丝、传递热量以及提供足够的电绝缘性能等作用。由于电熔氧化镁具有良好的导热性和高温电绝缘性，因而被广泛地用作管状电热元件的绝缘填充材料。

为了获得适宜的加工性能，通常将块状电熔氧化镁粉碎成粒径在0.425mm～0.045mm之间的颗粒状粉体(俗称氧化镁粉或镁砂)，并按要求调整各粒径的百分比以获得适宜的振实密度和流动性。一般来说，粒径小于0.045mm的颗粒含量不应大于5％，否则产品的流动性会受到实质性的影响。

然而纯电熔氧化镁一般不能直接作为填充材料，这是因为纯电熔氧镁往往不具备足够的热态电绝缘性能，具体表现为由其制得的管状电热元件的热态绝缘电阻率偏低。特别是对于设计负荷高、工作状态为干烧的管状电热元件，这些干烧的管状电热元件对所使用的绝缘填充材料的热态电绝缘性能提出了更苛刻的要求。其次，氧化镁是一种不可再生性矿产资源，高品质的氧化镁原料已经越来越少，这就使得如何提高低品质氧化镁原料的热态电绝缘性能变得十分重要。一种常用的方法是在镁砂中添加一些天然的或合成的固体材料，从而改善镁砂在高温下的电绝缘性能。目前普遍使用的方法是：将固体添加剂粉碎成粒径在0.425mm～0.045mm之间的颗粒状粉体，以一定的含量和镁砂混合。

然而这种方法存在一些问题，具体表现为：

1、由于流动性的限制，添加剂的粒径必需控制在0.425mm～0.045mm之间，因此添加剂的比表面积比较小。为了获得足够的热态绝缘电阻率，需要使用较大含量的添加剂。然而高含量的添加剂会对产品的其它性能产生副作用(如引起耐高压性能的下降)。

2、通常添加剂在破碎时有很大一部分的粒径小于0.045mm，但出于产品流动性的考虑，这部分添加剂无法用于生产，这大大地降低了添加剂的得率；

3、最为严重的问题是：由于产品在运输过程中的颠簸及管状电热元件制作过程中充填机的振动，不同粒径的镁砂颗粒会不可避免地出现分层。分层会导致镁砂各个部分添加剂的含量不一致，从而使镁砂的电性能的均一性受到影响：添加剂含量过高的地方会引起某些副作用(如引起耐高压性能的下降)，添加剂含量不足的地方会直接导致热态绝缘电阻率的不足，最终表现为所制造的管状电热元件达不到要求而报废。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高管状电热元件用绝缘填充材料电性能均一性的方法，试图从根本上解决现在存在的问题，并且基本上不引起成本的增加。从下面的说明中可以明显地看到本发明的这一目的及其优点。

一种提高管状电热元件用绝缘填充材料电性能均一性的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将改善电性能用的固体添加物粉碎成粒径在0.045mm以下的粉体；

(2)将步骤1粉碎后的固体添加物分散到有机硅溶液中；

(3)然后用分散有固体添加剂的有机硅溶液涂敷在粒度级配的颗粒状电熔氧化镁颗粒表面；

(4)步骤3涂敷后于200-400℃烘干固化；

(5)最后在800-1500℃氧化气氛下焙烧，然后冷却。冷却可在氮气氛下。

其中有机硅中所含的碳元素因充分燃烧后生成二氧化碳挥发到大气中，剩余的硅元素生成的二氧化硅则紧密地附着在镁砂颗粒表面，与镁砂颗粒表面的游离氧化钙反应生成硅酸钙等物质，同时也将粉体添加剂固定在镁砂颗粒的表面。由于粉体添加剂固定在镁砂颗粒的表面，所以即使镁砂出现分层，也能够保证镁砂各处添加剂含量的均一性，从而保证了产品电性能的均一性。

所述的有机硅溶液为聚有机硅氧烷乙醇溶液或改性的聚有机硅氧烷乙醇溶液，粉碎的固体添加剂与有机硅氧烷的质量比为1∶1-1∶1.2；

所使用的固体添加物与颗粒级配镁砂之间的质量比为1∶300-1∶500；

所述的熔烧时间为0.5h-1h；

所述的固化时间为0.25h-1h；

所述的有机硅溶液涂敷在电熔氧化镁表面是将有机硅溶液按比例加入到颗粒级配的镁砂中，通过搅拌器搅拌实施的，搅拌时间为20-60分钟。

由于本方法是将添加剂作为有机硅材料的填料的方式加入的，因此，从技术方面考虑，其粒径越小越好，这就大大地提高了添加剂的得率。因为按照传统的方法，绝大部分粒径在0.045mm以下的添加剂不能使用，否则会影响产品的流动性。