一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料的製作方法
2023-06-09 23:07:36
一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料的製作方法
【專利摘要】一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，涉及一種可交聯聚乙烯絕緣材料。本發明是要解決現有普通交聯聚乙烯在直流電場作用下存在的易產生空間電荷累積和電導特性差的技術問題。本發明的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.5～2.2份的交聯劑、0.2～0.5份的抗氧劑和0.5～1.2份的納米碳材料製成。利用本發明的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的交聯聚乙烯具有優異的電導特性和抑制空間電荷能力，能夠用於製造高壓直流電纜，替代進口產品。本發明應用於可交聯聚乙烯絕緣材料的製備領域。
【專利說明】一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可交聯聚乙烯絕緣材料。
【背景技術】
[0002]高壓直流電纜線路具有損耗小、傳輸容量大、輸電距離不受限制、運行穩定性高、可聯接異步電網等優點，其應用日益受到重視。在一些特定領域，例如長距離跨海輸電，高壓直流電纜線路幾乎是唯一選擇。在高壓直流電纜應用初期的45年間，主要採用浸潰紙絕緣電纜和充油電纜，其缺點是製造工藝複雜、成本高、維護困難。1999年交聯聚乙烯(XLPE)絕緣高壓直流電纜開始應用，其工作溫度高、重量輕、電纜和附件結構簡單、安裝和維護方便、無油洩露風險等優點很快得到廣泛認同。隨著柔性直流輸電技術日益成熟，XLPE絕緣高壓直流電纜除了在聯接跨越寬闊海峽的大陸電網方面繼續保持絕對優勢外，還在向異步電網陸上互聯、大城市供電增容、孤立負荷送電、可再生能源發電輸送等方面拓展應用。目前國外投入運行的XLPE絕緣高壓直流電纜長度約為30000km，最高電壓等級達320kV。我國在2013年底投入運行首條XLPE絕緣高壓直流電纜線路，另有一條直流電纜線路在建。有專家預測，隨著我國城市化進程加快、島嶼開發戰略加速實施和可再生能源發電快速發展，XLPE絕緣高壓直流電纜在國內用 量快速增加的時代可能很快就會到來。
[0003]XLPE絕緣高壓直流電纜問世滯後於同類交流電纜近30年，絕緣材料性能一直是制約其應用與發展的主要因素之一。在直流電場作用下普通XLPE容易產生空間電荷累積，而空間電荷可能導致電場嚴重畸變。另外，XLPE的電導特性對其直流電壓下的電場分布影響較大。這些因素導致了高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料的製造難度極大，目前只有極少數跨國企業掌握了其生產的關鍵技術，壟斷了其價格與市場，國內生產所需該材料全部依賴進口。
【發明內容】
[0004]本發明是要解決現有普通交聯聚乙烯在直流電場作用下存在的易產生空間電荷累積和電導特性差的技術問題，從而提供了一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料。
[0005]本發明的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.5~2.2份的交聯劑、0.2~0.5份的抗氧劑和0.5~1.2份的納米碳材料製成。
[0006]本發明包括以下有益效果:
[0007]利用本發明的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充的XLPE在20kV/mm以下電場中電導率基本不隨電場強度改變，隨溫度變化約I個數量級，電導特性優異；利用本發明的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的交聯聚乙烯還具有抑制空間電荷能力；利用本發明的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的交聯聚乙烯材料具有優異的電導特性和抑制空間電荷能力，能夠用於製造高壓直流電纜，替代進口產品。【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為XLPE在40kV/mm電場作用30min時的空間電荷分布圖；
[0009]圖2為XLPE預直流後短路30min時的空間電荷分布圖；
[0010]圖3為利用試驗一製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充XLPE在40kV/mm電場作用30min時的空間電荷分布圖；
[0011]圖4為利用試驗一製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充XLPE預直流後短路30min時的空間電荷分布圖；
[0012]圖5為XLPE的電導特性曲線圖；其中，為30°C下XLPE的電導特性曲線圖；▲為70°C下XLPE的電導特性曲線圖；籲為90°C下XLPE的電導特性曲線圖；
[0013]圖6為利用試驗一製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充XLPE的電導特性曲線圖；其中，為30°C下納米碳材料填充XLPE的電導特性曲線圖；▲為70°C下納米碳材料填充XLPE的電導特性曲線圖；?為90°C下納米碳材料填充XLPE的電導特性曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:本實施方式的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.5~2.2份的交聯劑、0.2~0.5份的抗氧劑和0.5~
1.2份的納米碳材料製成。
[0015]本實施方式包括以下有益效果:
[0016]利用本實施方式的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充的XLPE在20kV/mm以下電場中電導率基本不隨電場強度改變，隨溫度變化約I個數量級，電導特性優異；利用本實施方式的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的交聯聚乙烯還具有抑制空間電荷能力；利用本實施方式的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的交聯聚乙烯材料具有優異的電導特性和抑制空間電荷能力，能夠用於製造高壓直流電纜，替代進口產品。
[0017]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.5份的交聯劑、0.2份的抗氧劑和0.5份的納米碳材料製成。其它與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.8份的交聯劑、0.3份的抗氧劑和0.6份的納米碳材料製成。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0019]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、2.0份的交聯劑、
0.4份的抗氧劑和0.8份的納米碳材料製成。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0020]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、2.0份的交聯劑、
0.5份的抗氧劑和1.0份的納米碳材料製成。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0021]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五不同的是:所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、2.2份的交聯劑、0.5份的抗氧劑和1.2份的納米碳材料製成。其它與【具體實施方式】一相同。[0022]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:所述的低密度聚乙烯的熔體流動速率為1.0~2.2。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0023]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:所述的交聯劑為過氧化二異丙苯。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0024]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:所述的抗氧劑為4，4』-硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或硫代二乙撐雙[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0025]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是:所述的納米碳材料為炭黑、納米石墨、石墨烯和碳納米管中的一種或幾種的混合物。其它與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0026]通過以下試驗驗證本發明的有益效果:
[0027]試驗一:本試驗的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料的製備方法是按以下步驟實現:
[0028]一、按照重量份稱取100份的熔體流動速率為1.5的低密度聚乙烯、2.0份的交聯劑過氧化二異丙苯、0.5份的抗氧劑和1.0份的納米碳材料；
[0029]二、將步驟一 稱取的低密度聚乙烯、抗氧劑和納米碳材料同時加入到混煉機中，在溫度為130~200°C下混煉均勻，得物料；
[0030]三、物料進入熔體泵內，熔體泵使物料流過雙工位液壓換網過濾器進行過濾，過濾後的物料進入單螺杆造粒機造粒，所得粒料經純淨水冷卻並被輸送到離心脫水機內進行離心脫水和乾燥處理，然後預熱到60~90°C，再進入轉鼓混料機並保溫在60~90°C，將稱取的交聯劑噴淋到粒料的表面，繼續轉動至粒料表面乾燥，獲得混有交聯劑的粒料；
[0031]四、混有交聯劑的粒料進入吸收料倉，在溫度為60~90°C的條件下均勻化3~20h，然後冷卻至30~50°C，即得到高高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料。
[0032]XLPE在40kV/mm電場作用30min時的空間電荷分布圖如圖1所示；XLPE預直流後短路30min時的空間電荷分布圖如圖2所示；利用本試驗製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充XLPE在40kV/mm電場作用30min時的空間電荷分布圖如圖3所示；利用本試驗製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充XLPE預直流後短路30min時的空間電荷分布圖如圖4所不；由圖1和圖2,圖3和圖4對比可得,利用本試驗製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料具有優異的抑制空間電荷能力。
[0033]XLPE的電導特性曲線圖如圖5所示；其中， 為30°C下XLPE的電導特性曲線圖；▲為70°C下XLPE的電導特性曲線圖；籲為90°C下XLPE的電導特性曲線圖；從圖5可以看出，XLPE的電導率隨溫度和電場強度變化均較明顯，最大約3個數量級。利用本試驗製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充XLPE的電導特性曲線圖如圖6所示；其中， 為30°C下納米碳材料填XLPE的電導特性曲線圖；▲為70°C下納米碳材料填XLPE的電導特性曲線圖；?為90°C下納米碳材料填XLPE的電導特性曲線圖；從圖6可以看出，利用本試驗製備的可交聯聚乙烯絕緣材料製得的納米碳材料填充的XLPE在20kV/mm以下電場中電導率基本不隨電場強度改變，隨溫度變化約I個數量級。說明本試驗製備的可交聯乙烯絕緣材料製得的納米碳材料的電導特性優異。
【權利要求】
1.一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.5~2.2份的交聯劑、0.2~0.5份的抗氧劑和0.5~1.2份的納米碳材料製成。
2.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.5份的交聯劑、0.2份的抗氧劑和0.5份的納米碳材料製成。
3.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、1.8份的交聯劑、0.3份的抗氧劑和0.6份的納米碳材料製成。
4.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、2.0份的交聯劑、0.4份的抗氧劑和0.8份的納米碳材料製成。
5.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、2.0份的交聯劑、0.5份的抗氧劑和1.0份的納米碳材料製成。
6.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料按重量份數由100份的低密度聚乙烯、2.2份的交聯劑、0.5份的抗氧劑和1.2份的納米碳材料製成。
7.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的低密度聚乙烯的熔體流動速率為1.0~2.2。
8.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的交聯劑為過氧化二異丙苯。
9.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的抗氧劑為4，4』 -硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或硫代二乙撐雙[3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]。
10.根據權利要求1所述的一種高壓直流電纜用可交聯聚乙烯絕緣材料，其特徵在於所述的納米碳材料為炭黑、納米石墨、石墨烯和碳納米管中的一種或幾種的混合物。
【文檔編號】C08L23/08GK103965543SQ201410216314
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】韓寶忠, 趙洪, 王暄, 李忠華 申請人:哈爾濱理工大學