一種直流電纜絕緣材料的製作方法

2023-05-01 13:57:41

一種直流電纜絕緣材料的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種直流電纜絕緣材料。所述絕緣材料是由按質量份計的下述成分製備的：低密度聚乙烯100份、改性處理的納米氫氧化鋁0.5-5份、交聯劑1-2.5份和抗氧劑0.1-0.5份。本發明製得的直流電纜絕緣材料能夠有效改善溫度對電導率的影響即改變聚乙烯電導率隨溫度的增大而增大的特性，從而有效改善直流電纜絕緣中的場強隨溫度變化而發生變化的特性；該絕緣材料能夠抑制空間電荷積聚，改善局部電場分布，絕緣性能更好。
【專利說明】一種直流電纜絕緣材料
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及一種直流電纜絕緣材料，具體講涉及一種添加納米氫氧化鋁粒子的直流電纜絕緣材料。
【【背景技術】】
[0002]交聯聚乙烯直流電纜在直流電場下其場強分布主要取決於電導率的變化和空間電荷的積聚。由於交聯聚乙烯的電導率隨溫度的變化而變化，電纜在空載時，其絕緣下不存在溫度差，因此最大場強出現在導體屏蔽處，滿載時靠近線芯處絕緣的溫度高於外部溫度，因此電導率分布由內到外是逐漸減小即電阻率是逐漸增大，電阻率大的地方分擔電壓更多，因此絕緣外部的場強要大大高於內部場強，導致更容易擊穿。而空間電荷的積聚會畸變局部電場，從而造成直流電纜絕緣中的局部場強過高，引起絕緣失效，因此解決直流電纜絕緣交聯聚乙烯的溫度對電導率的影響和空間電荷的積聚對於改善直流電纜的電場分布，提高其絕緣的可靠性至關重要。
【
【發明內容】
】
[0003]本發明提供了一種直流電纜絕緣材料，該材料能有效抑制直流電纜絕緣材料的空間電荷積聚和減小溫度對絕緣材料電導率變化的影響。
[0004]為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下:
[0005]—種直流電纜絕緣材料，所述絕緣材料是由按質量份計的下述成分製備的:低密度聚乙烯100份、改性處理的納米氫氧化鋁0.5-5份、交聯劑1-2.5份和抗氧劑0.1-0.5份。
[0006]優選的，所述的改性處理的納米氫氧化鋁粒子是由矽烷偶聯劑對納米氫氧化鋁粒子改性並溶於環己烷中，蒸發乾燥得到的。更優選的，所述納米氫氧化鋁粒子與矽烷偶聯劑的質量比為3-10:100o
[0007]再一優選的，所述的納米氫氧化鋁平均粒徑為30±5nm，比表面積為180±30m2/g。
[0008]另一優選的，所述低密度聚乙烯熔融指數為0.8-12g/10min，密度為0.90-0.925g/
3
cm ο
[0009]另一優選的，所述的交聯劑為過氧化二異丙苯、過氧化二甲酞或雙苯。
[0010]另一優選的，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]。
[0011]所述直流電纜絕緣材料，其製備方法包括以下步驟:
[0012]步驟1、按照質量稱取100份的低密度聚乙烯、0.1-0.5份的抗氧劑、1_2.5份的交聯劑和0.5-5份改性處理的納米氫氧化鋁；
[0013]步驟2、將步驟I稱取的低密度聚乙烯、抗氧劑和納米氫氧化鋁同時加入到雙螺杆混煉機中，在溫度為120?200°C下混煉均勻，得母料；
[0014]步驟3、母料進入熔體泵內，熔體泵使物料流過過濾器進行過濾，過濾後的母料進入單螺杆造粒機造粒，所得粒料經偏心水霧切粒機進一步切粒後，經蒸餾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70?90°C，再進入雙螺杆混煉機並保溫在70?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；
[0015]步驟4、混有交聯劑的粒料進入成品料倉，在溫度為70?90°C的條件下均勻化15?20h，然後冷卻至室溫，即得到所述絕緣材料。
[0016]和最接近的現有技術比，本發明的有益效果為:本發明所述的絕緣材料，能夠有效改善溫度對電導率的影響即改變聚乙烯電導率隨溫度的增大而增大的特性，從而有效改善直流電纜絕緣中的場強隨溫度變化而發生變化的特性，電導性能優異；在20?70°C下，本發明所述的絕緣材料，能夠抑制電纜絕緣材料中的空間電荷積聚，改善局部電場分布，絕緣性能更好。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0017]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0018]附圖1是添加納米氫氧化鋁的交聯聚乙烯和未添加的交聯聚乙烯的不同溫度下的電導率。
[0019]附圖2為添加納米氫氧化鋁的交聯聚乙烯和未添加的交聯聚乙烯在20°C?70°C下的空間電荷分布圖。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結合實施例對本發明進行詳細的說明。
[0021]實施例1
[0022]所述直流電纜絕緣材料，其製備方法包括以下步驟:
[0023]步驟1、按照質量稱取100份的低密度聚乙烯、0.5份的4，4』-硫代雙(6_叔丁基-3-甲基苯酚)、2.5份的過氧化二異丙苯和2.5份納米氫氧化鋁。所述的納米氫氧化鋁為改性處理的納米氫氧化鋁粒子，是由矽烷偶聯劑對納米氫氧化鋁粒子改性並溶於環己烷中，蒸發乾燥得到的。所述納米氫氧化鋁粒子與矽烷偶聯劑的質量比為5:100。所述的納米氫氧化鋁平均粒徑為30±5nm，比表面積為180±30m2/g。所述低密度聚乙烯熔融指數為0.8_12g/10min，密度為 0.90-0.925g/cm3。
[0024]步驟2、將步驟I稱取的低密度聚乙烯、抗氧劑和納米氫氧化鋁同時加入到雙螺杆混煉機中，在溫度為120?200°C下混煉均勻，得母料。
[0025]步驟3、母料進入熔體泵內，熔體泵使物料流過過濾器進行過濾，過濾後的母料進入單螺杆造粒機造粒，所得粒料經偏心水霧切粒機進一步切粒後，經蒸餾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70?90°C，再進入雙螺杆混煉機並保溫在70?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。
[0026]步驟4、混有交聯劑的粒料進入成品料倉，在溫度為70?90°C的條件下均勻化15?20h，然後冷卻至室溫，即得到所述絕緣材料。
[0027]實施例2
[0028]所述直流電纜絕緣材料，其製備方法包括以下步驟:
[0029]步驟1、按照質量稱取100份的低密度聚乙烯、0.5份的4，4』-硫代雙(6_叔丁基-3-甲基苯酚)、2.5份的過氧化二異丙苯和1.5份納米氫氧化鋁。所述的納米氫氧化鋁為改性處理的納米氫氧化鋁粒子，是由矽烷偶聯劑對納米氫氧化鋁粒子改性並溶於環己烷中，蒸發乾燥得到的。所述納米氫氧化鋁粒子與矽烷偶聯劑的質量比為5:100。所述的納米氫氧化鋁平均粒徑為30±5nm，比表面積為180±30m2/g。所述低密度聚乙烯熔融指數為0.8_12g/10min，密度為 0.90-0.925g/cm3。
[0030]步驟2、將步驟I稱取的低密度聚乙烯、抗氧劑和納米氫氧化鋁同時加入到雙螺杆混煉機中，在溫度為180°C下混煉均勻，得母料。
[0031 ] 步驟3、母料進入熔體泵內，熔體泵使物料流過過濾器進行過濾，過濾後的母料進入單螺杆造粒機造粒，所得粒料經偏心水霧切粒機進一步切粒後，經蒸餾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90°C，再進入雙螺杆混煉機並保溫在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。
[0032]步驟4、混有交聯劑的粒料進入成品料倉，在溫度為90°C的條件下均勻化18h，然後冷卻至室溫，即得到所述絕緣材料。
[0033]實施例3
[0034]所述直流電纜絕緣材料，其製備方法包括以下步驟:
[0035]步驟1、按照質量稱取100份的低密度聚乙烯、0.5份的4，4』-硫代雙(6_叔丁基-3-甲基苯酚)、2份的過氧化二甲酞和2份納米氫氧化鋁。所述的納米氫氧化鋁為改性處理的納米氫氧化鋁粒子，是由矽烷偶聯劑對納米氫氧化鋁粒子改性並溶於環己烷中，蒸發乾燥得到的。所述納米氫氧化鋁粒子與矽烷偶聯劑的質量比為5:100。所述的納米氫氧化鋁平均粒徑為30±5nm，比表面積為180±30m2/g。所述低密度聚乙烯熔融指數為0.8_12g/10min，密度為 0.90-0.925g/cm3。
[0036]步驟2、將步驟I稱取的低密度聚乙烯、抗氧劑和納米氫氧化鋁同時加入到雙螺杆混煉機中，在溫度為120°C下混煉均勻，得母料。
[0037]步驟3、母料進入熔體泵內，熔體泵使物料流過過濾器進行過濾，過濾後的母料進入單螺杆造粒機造粒，所得粒料經偏心水霧切粒機進一步切粒後，經蒸餾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80°C，再進入雙螺杆混煉機並保溫在80°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。
[0038]步驟4、混有交聯劑的粒料進入成品料倉，在溫度為80°C的條件下均勻化15h，然後冷卻至室溫，即得到所述絕緣材料。
[0039]實施例4
[0040]所用原料為100份的低密度聚乙烯、0.2份的硫代二乙撐雙[3-(3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、1.5份的雙苯和1.5份納米氫氧化鋁。其餘步驟同實施例1。
[0041]附圖1為採用實施實例I添加納米氫氧化鋁的交聯聚乙烯和未添加的交聯聚乙烯的不同溫度下的電導率，從附圖1中可見沒有添加納米填料的交聯聚乙烯，其電導率在溫度超過40°C後，呈指數形式迅速增加，而添加了納米填料的交聯聚乙烯其電導率隨著溫度的升高變化不大。
[0042]附圖2為採用實施實例I添加納米氫氧化鋁的交聯聚乙烯和未添加的交聯聚乙烯在20°C?70°C下的空間電荷分布圖，左圖為未添加填料的交聯聚乙烯，右圖為添加了納米氫氧化鋁的交聯聚乙烯，從圖中可以看出在20 °C、30 °C，40 °C時添加了納米氫氧化鋁的交聯聚乙烯絕緣中積聚的空間電荷量比未添加的區別不大，但隨著溫度的進一步升高，未添加的交聯聚乙烯在50°C _70°C時內部積聚了大量的空間電荷，而添加了納米氫氧化鋁的積聚的空間電荷量明顯少於未添加的。因此本發明可以明顯的改善交聯聚乙烯溫度對電導率的影響和空間電荷的積聚。
[0043]此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。
【權利要求】
1.一種直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述絕緣材料是由按質量份計的下述成分製備的:低密度聚乙烯100份、改性處理的納米氫氧化鋁0.5-5份、交聯劑1-2.5份和抗氧劑0.1-0.5 份。
2.如權利要求1所述的直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述改性處理的納米氫氧化鋁粒子是按下述方法製得的:矽烷偶聯劑對納米氫氧化鋁粒子改性並溶於環己烷中，蒸發乾燥得到。
3.如權利要求2所述的直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述納米氫氧化鋁粒子與矽烷偶聯劑的質量比為3-10:100o
4.如權利要求1所述的直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述的納米氫氧化鋁平均粒徑為30±5nm，比表面積為180±30m2/g。
5.如權利要求1所述的直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述低密度聚乙烯熔融指數為0.8_12g/10min，密度為 0.90-0.925g/cm3。
6.如權利要求1所述的直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述的交聯劑為過氧化二異丙苯、過氧化二甲酞或雙苯。
7.如權利要求1所述的直流電纜絕緣材料，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]。
8.如權利要求1所述的直流電纜絕緣材料，其特徵在於所述改性處理的納米氫氧化鋁為1.5?2.5份，交聯劑為1.5?2份。
【文檔編號】C08L23/06GK104448493SQ201410768604
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】陳錚錚, 趙健康, 歐陽本紅, 蒙紹新, 李建英, 王詩航 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院