專利名稱：高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域及其制備方法，具體地說，涉及的是 一種高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
相對(duì)于交流輸電技術(shù)，直流輸電由于具有線路造價(jià)低；線路損耗??；不存在 系統(tǒng)穩(wěn)定問題；可以限制短路電流；調(diào)節(jié)快速，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，在輸配電中逐 漸被越來越多的采用。由于塑料直流電力電纜具有機(jī)械性能好，運(yùn)行線路損耗更 小，安裝以及運(yùn)行維護(hù)方便，耐酸、堿，抗腐蝕，并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染等優(yōu) 點(diǎn)，已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)。直流電纜在運(yùn)行過程中，不會(huì)出現(xiàn)象交流輸電情 況下的電場周期性變化，因此聚乙烯中的雜質(zhì)粒子(如交聯(lián)副產(chǎn)物)在恒定的電 場作用下，解離成陰陽兩種離子，并在電場的作用下各向兩個(gè)電極的方向移動(dòng)， 在移動(dòng)的過程中部分電荷被聚乙烯內(nèi)的陷阱所捕獲，形成空間電荷包，并造成聚 乙烯內(nèi)局部的電場畸變。研究表明，空間電荷效應(yīng)造成的局部電場畸變，會(huì)到達(dá) 穩(wěn)態(tài)電場的5-7倍，從而產(chǎn)生介質(zhì)擊穿，導(dǎo)致電纜被破壞。為了抑制聚乙烯中的 空間電荷現(xiàn)象，已經(jīng)有許多的學(xué)者提出了通過納米改性來改善聚乙烯內(nèi)部空間電 荷分布的方法。日本學(xué)者近幾年一直在研究通過向低密度聚乙烯(LDPE)中添加 氧化鎂粉末，來改善絕緣材料包括空間電荷分布在內(nèi)的各項(xiàng)電氣性能，并取得了 較大的成果。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，T. maezawa等在2007 Annual R印ort Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena(電氣絕緣與電介質(zhì)年度 報(bào)告會(huì)議2007)發(fā)表的文章Space Charge Formation in LDPE/Mg0 Nano-composite under High Electric Field at High Temperature(高溫強(qiáng)電 場下的LDPE/MgO復(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷分布)以及Hayase. Y等在8th International Conference on Properties and applications of Dielectric Mater ial s， 2006 (第8屆電介質(zhì)材料性質(zhì)與應(yīng)用國際會(huì)議2006)發(fā)表的文章SpaceCharge Formation in U)PE/MgO Nano-composite Thin Film under Ultra-high DC Electric Stress (超高電場下LDPE/MgO復(fù)合介質(zhì)薄膜中空間電荷分布)指出， 向LDPE內(nèi)添加納米MgO粉末可以抑制聚乙烯內(nèi)部空間電荷的分布。但是，通過研 究發(fā)現(xiàn)，由于LDPE的生產(chǎn)廠家較多，而且LDPE的牌號(hào)也較多，通過添加納米氧化 鎂粉末，并不能使所有的不同牌號(hào)的LDPE內(nèi)的空間電荷分布得到改善，比如采用 Exxon Mobil公司生產(chǎn)的一種LDPE做為基礎(chǔ)材料，其MgO/LDPE復(fù)合介質(zhì)內(nèi)的空間 電荷分布反而比純LDPE內(nèi)的空間電荷分布更差，電場的畸變率更高。
進(jìn)一步檢索中，發(fā)現(xiàn)日本專利號(hào)JP11224544、日本專利號(hào)JP11224545和美國 專利號(hào)6924435介紹了，通過向聚乙烯中添加馬來酸酐的方法，達(dá)到抑制絕緣材 料內(nèi)空間電荷分布的目的。向聚乙烯中添加適量的馬來酸酑，可以有效的抑制絕 緣內(nèi)部陽離子的移動(dòng)，進(jìn)而抑制它們的積聚形成空間電荷包，但是，對(duì)分子半徑 較小的陰離子，馬來酸酐的抑制效果不是很明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓直流電纜絕緣材料及其 制備方法，通過在聚乙烯樹脂中添加納米無機(jī)極性粉末，離子清除劑等，達(dá)到抑 制絕緣內(nèi)部空間電荷積聚，改善其內(nèi)部電場的目的，從而制備一種可以用于中高 壓直流電纜絕緣的塑料材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的高壓直流電纜絕緣材料，包含的組分及其含量為低密度聚 乙烯100重量份，無機(jī)納米粉末0.5-5重量份，離子清除劑O. 2-5重量份，抗氧劑 0. l-l重量份，交聯(lián)劑O. 1-5重量份。
本發(fā)明所采用的低密度聚乙烯的熔融指數(shù)為0.5-10g/10min，密度小于 0.9g/cm3，結(jié)晶度小于10%，催化劑殘留小于1/1000。
本發(fā)明采用的納米無機(jī)粉末為氧化鎂、氧化硅、三氧化二鋁。原生粒子粒徑 為12-30nm， BET比表面積為80-160m7g。
本發(fā)明采用的交聯(lián)劑為過氧化二枯基、過氧化二叔丁基、2， 5-二甲基-2， 5-二 (叔丁基過氧)_乙炔或2， 5-二甲基-2， 5二 (叔丁基過氧)-己垸叔丁基氫。
本發(fā)明采用的抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑300。
本發(fā)明所涉及的高壓直流電纜絕緣材料的制備方法，具體為將100重量份的低密度聚乙烯，0. l-l重量份的抗氧劑，0.5-5重量份的納米無機(jī)粉末，0.2-5 重量份的馬來酸酐，放入密煉機(jī)中混煉，混煉溫度為373K-378K，混煉時(shí)間為10-15 分鐘，然后再將O. l-5重量份的交聯(lián)劑加入，保持在373K-378K的溫度下混煉10-15 分鐘，得到高壓直流電纜絕緣材料。
本發(fā)明是在低密度聚乙烯中，添加無機(jī)極性納米粉末以及離子清除劑，通過 機(jī)械共混的方法制備了一種高壓直流電纜絕緣材料。與未摻雜任何無機(jī)納米粉末 以及離子清除劑的交聯(lián)聚乙烯相比，非常有效的抑制了絕緣內(nèi)部空間電荷的積 聚。未摻雜無機(jī)納米粉末以及離子清除劑的交聯(lián)聚乙烯在10kV/mm的電場下，絕
緣內(nèi)部有明顯的空間電荷現(xiàn)象，隨著外加電場的增加，絕緣內(nèi)部的空間電荷量逐 漸增多；在60kV/mm電場下，由于空間電荷引起絕緣內(nèi)部的電場的畸變率達(dá)到了 60%-80%。添加無機(jī)納米粉末以及離子清除劑制備的復(fù)合介質(zhì)在10kV/mm以及 30kV/mm電場下，絕緣內(nèi)部沒有空間電荷的積聚現(xiàn)象；在60kV/mm電場下，復(fù)合介 質(zhì)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)少量的空間電荷，通過計(jì)算可得，此復(fù)合介質(zhì)絕緣內(nèi)部由于空間 電荷效應(yīng)引起的電場畸變率不超過15%。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1材料在60kV/mm電場下加壓30分鐘的空間電荷與電場 分布圖，其中(a)為材料內(nèi)空間電荷分布，(b)為電場分布。
圖2.本發(fā)明實(shí)施例2材料在60kV/mm電場下加壓30分鐘的空間電荷與電場 分布圖，其中(a)為材料內(nèi)空間電荷分布，(b)為電場分布。
圖3.本發(fā)明實(shí)施例3材料在60kV/mm電場下加壓30分鐘的空間電荷與電場 分布圖，其中(a)為材料內(nèi)空間電荷分布，(b)為電場分布。
圖4.本發(fā)明實(shí)施例4材料在60kV/mm電場下加壓30分鐘的空間電荷與電場 分布圖，其中(a)為材料內(nèi)空間電荷分布，(b)為電場分布。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案
為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)
范圍不限于下述的實(shí)施例。 實(shí)施例l
將50克低密度聚乙烯、0. 05克抗氧劑1010、 2. 5克三氧化二鋁、0. 5克馬來酸酐放入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀中混煉，混煉溫度為375K，混煉時(shí)間為10分鐘，再將1.15 克過氧化二枯基放入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀混煉10分鐘，混煉溫度保持在375K，得到一 種可用于高壓塑料電纜的絕緣材料。 實(shí)施例2
將50克低密度聚乙烯、0.05克抗氧劑1010、 l克氧化鎂、0. l克馬來酸酐放入 哈克轉(zhuǎn)矩流變儀中混煉，混煉溫度為378K，混煉時(shí)間為15分鐘，再將1.15克過氧 化二枯基放入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀混煉15分鐘，混煉溫度保持在378K，得到一種可用 于高壓塑料電纜的絕緣材料。
實(shí)施例3
將50克低密度聚乙烯、0.05克抗氧劑1010、 0.25克氧化硅、2. 5克馬來酸酐 放入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀中混煉，混煉溫度為373K，混煉時(shí)間為13分鐘，再將0.5克 過氧化二枯基放入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀混煉13分鐘，混煉溫度保持在373K，得到一種 可用于高壓塑料電纜的絕緣材料。
實(shí)施例4
將50克低密度聚乙烯、0.05克抗氧劑1010放入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀中混煉，混煉 溫度為373K-378K，混煉時(shí)間為10-15分鐘，再將l. 15克過氧化二枯基放入哈克轉(zhuǎn) 矩流變儀混煉10-15分鐘，混煉溫度保持在373K-37服，得到對(duì)比的絕緣材料。
以上實(shí)施例1-4所制備的材料在60kV/mm電場下加壓30分鐘時(shí)的空間電荷 與電場分布分別如圖l、圖2、圖3、圖4所示。在60kV/mm外電場下，實(shí)施例1 所制備的材料，內(nèi)部幾乎無空間電荷的產(chǎn)生，試樣內(nèi)部的空間電場峰值約為 61. lkV/mra，電場幾乎無畸變；實(shí)施例2、實(shí)施例3所制備的材料，內(nèi)部有少量 的空間電荷，試樣內(nèi)部空間電場的峰值分別約為66. 5kV/ram與64. lkV/mm，電場 畸變率分別為6. 8%與10. 8%;實(shí)施例4所制備的對(duì)比材料內(nèi)部有較多的空間電荷， 由于試樣內(nèi)部較多負(fù)的空間電荷，在陽極(B)上感應(yīng)出較多的正電荷，由圖4 (b)可以看出試樣內(nèi)部空間電場的峰值約為107. lkV/mm，電場畸變率為78. 5°/。。
權(quán)利要求
1、一種高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于包含的組分及其含量為低密度聚乙烯100重量份，無機(jī)納米粉末0.5-5重量份，離子清除劑0.2-5重量份，抗氧劑0.1-1重量份，交聯(lián)劑0.1-5重量份，其中所述低密度聚乙烯，密度小于0.9g/cm3。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征是，所述低密度 聚乙烯的熔融指數(shù)為0. 5-10g/10min，結(jié)晶度小于10%，催化劑殘留小于1/1000。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征是，所述納米無 機(jī)粉末為氧化鎂、氧化硅、三氧化二鋁中一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的髙壓直流電纜絕緣材料，其特征是，所述納米 無機(jī)粉末，其原生粒子粒徑為12-30nm， BET比表面積為80-160m7g。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征是，所述交聯(lián)劑 為過氧化二枯基、過氧化二叔丁基、2， 5-二甲基-2, 5-二 (叔丁基過氧)-乙 炔或2， 5-二甲基-2， 5二 (叔丁基過氧)-己垸叔丁基氫中一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征是，所述抗氧劑 為抗氧劑1010或抗氧劑300。
7、 一種如權(quán)利要求l所述的高壓直流電纜絕緣材料的制備方法，其特征在 于，將100重量份的低密度聚乙烯，0. l-l重量份的抗氧劑，0.5-5重量份的納米 無機(jī)粉末，0. 2-5重量份的馬來酸酐，放入密煉機(jī)中混煉，混煉溫度為373K-378K， 然后再將O. 1-5重量份的過氧化二異丙苯加入，保持在373K-378K的溫度下混煉， 得到高壓直流電纜絕緣材料，其中所述低密度聚乙烯，密度小于O. 9g/cm3。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓直流電纜絕緣材料的制備方法，其特征是， 所述放入密煉機(jī)中混煉，其時(shí)間為10-15分鐘。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的髙壓直流電纜絕緣材料的制備方法，其特征是， 所述保持在373K-378K的溫度下混煉，其混煉時(shí)間為10-15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域的高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法，將100重量份的低密度聚乙烯，0.1-1重量份的抗氧劑，0.5-5重量份的納米無機(jī)粉末，0.2-5重量份的馬來酸酐，放入密煉機(jī)中混煉，混煉溫度為373K-378K，混煉時(shí)間為10-15分鐘，然后再將0.1-5重量份的交聯(lián)劑加入，保持在373K-378K的溫度下混煉10-15分鐘，得到高壓直流電纜絕緣材料，其中所述低密度聚乙烯，密度小于0.9g/cm³。本發(fā)明制備的絕緣材料可以有效提高高壓直流電纜的力學(xué)性能和電氣性能，可以避免油紙絕緣電纜由于絕緣油的泄露對(duì)環(huán)境造成的污染與破壞的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08L23/00GK101445627SQ20081020439
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者毅 尹, 李旭光, 王雅群, 川 蔡 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)