本發(fā)明涉及電力材料制備，尤其涉及一種長鏈聚丙烯與彈性體協(xié)同改性的聚丙烯基電纜主絕緣材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著“雙碳”目標的提出，電力系統(tǒng)逐漸向綠色、環(huán)保、可回收再利用發(fā)展。聚丙烯(polypropylene，pp)憑借優(yōu)異的電絕緣性、無需交聯(lián)和可回收再利用等特點，逐漸代替交聯(lián)聚乙烯(cross-linkedpolyethylene，xlpe)，成為未來電纜絕緣料的主要研究方向。但pp絕緣料存在自身剛性大、斷裂伸長率較差等力學性能問題，無法滿足高壓電纜的敷設(shè)安裝要求。針對此問題，電纜pp絕緣主流的改性技術(shù)路線有接枝改性、納米改性和共混改性。其中，采用彈性體與pp絕緣料共混提升機械性能的物理改性思路具有較強的經(jīng)濟性、工藝流程簡單和性能提升明顯等優(yōu)點，是工程上較成熟的物理改性思路。

2、聚烯烴彈性體(poe)是聚丙烯共混改性中最常用的彈性體，其價格低廉，介電性能和力學性能優(yōu)異。然而，這兩種材料的相容性和界面結(jié)合性較差。特別是poe和pp在高溫下會發(fā)生相分離，從而形成界面。poe分散的均勻性進一步降低，降低了共混體系的機械性能。此外，由于分子鏈段的局部弛豫和高溫下自由體積的增加，載流子可以吸收更多的能量，從而加快材料的絕緣劣化過程，并顯著縮短電纜的壽命。因此，進一步提高聚丙烯與poe的相容性迫在眉睫。

3、目前，關(guān)于pp和poe相容性改進的報道很多。有學者應(yīng)用β-成核劑來調(diào)節(jié)pp/poe電纜絕緣的結(jié)晶形式，提高poe與pp之間的相容性。結(jié)果表明，在pp晶體生長過程中，非結(jié)晶區(qū)內(nèi)的分子鏈會穿過晶界，以提高相容性。然而，poe對成核劑的成核效率有抑制作用，系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性較差。

4、有學者將乙烯-丙烯多嵌段共聚物相容劑引入pp/poe共混物中，以改性pp和poe的相容性。改性后，poe在聚丙烯中的分散性得到改善，聚丙烯與poe的界面粘附性得到增強。然而，相容劑的引入促進了載體的遷移，共混物的擊穿場強顯著降低。在中，將四乙烯基吡啶(4-vp)分別接枝到pp和poe上，制pp-g-vp/poeg-vp共混物，并比較了改性前后共混物的力學性能。實驗結(jié)果表明，接枝增強了pp與poe的相容性，從而改善了共混物的力學性能。然而，過度接枝會導致pp分子鏈的嚴重降解，從而對共混體系的機械性能和介電性能產(chǎn)生不利影響。

5、總之，通過成核劑、相容劑和接枝等方法提高pp與poe相容性的實驗和機理取得了很大進展。然而，存在絕緣材料純度降低、改性成功率低、制備工藝復雜等問題，難以投入工程應(yīng)用。

6、因此，需要開發(fā)一種綜合性能更好的絕緣材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種長鏈聚丙烯與彈性體協(xié)同改性的聚丙烯基材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明采用長鏈支化聚丙烯(lcbpp)對pp/poe共混物進行協(xié)同共混，得到了三元共混的聚丙烯基電纜主絕緣材料。lcbpp由于其具有長支鏈結(jié)構(gòu)，可以增強pp和poe之間的相容性。一方面，lcbpp和pp具有相同的鏈段結(jié)構(gòu)，導致pp和lcbpp之間有很強的相互作用。另一方面，lcbpp的支鏈和poe分子鏈之間的鏈穿梭效應(yīng)進一步降低了界面能，導致lcbpp和poe之間具有良好的相容性。lcbpp自發(fā)分布在pp/poe界面并起到耦合作用，有利于進一步提高材料的力學和介電性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個方面是提供一種長鏈聚丙烯與彈性體協(xié)同改性的聚丙烯基材料，所述材料由包括聚丙烯、聚烯烴彈性體和長鏈支化聚丙烯在內(nèi)的原料制得。

4、作為一種優(yōu)選的實施例方式，所述材料中，

5、聚丙烯(pp)的質(zhì)量分數(shù)為20％-90％；

6、聚烯烴彈性體(poe)的質(zhì)量分數(shù)為0.1％-50％；

7、長鏈支化聚丙烯(lcbpp)的質(zhì)量分數(shù)為0.1％-50％。

8、在本發(fā)明中的技術(shù)方案中，比如聚丙烯(pp)的質(zhì)量分數(shù)為20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％；

9、比如聚烯烴彈性體(poe)的質(zhì)量分數(shù)為0.1％、1、5、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％；

10、比如長鏈支化聚丙烯(lcbpp)的質(zhì)量分數(shù)為0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％。

11、作為一種優(yōu)選的實施例方式，所述材料中，

12、聚丙烯(pp)的質(zhì)量分數(shù)為30％-70％；

13、聚烯烴彈性體(poe)的質(zhì)量分數(shù)為20％-40％；

14、長鏈支化聚丙烯(lcbpp)的質(zhì)量分數(shù)為2％-30％。

15、作為一種優(yōu)選的實施例方式，所述材料中，

16、聚丙烯(pp)的質(zhì)量分數(shù)為50％-70％；

17、聚烯烴彈性體(poe)的質(zhì)量分數(shù)為20％-40％；

18、長鏈支化聚丙烯(lcbpp)的質(zhì)量分數(shù)為3％-10％。

19、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

20、所述聚丙烯的熔融指數(shù)為0.5g/10min-20g/10min，優(yōu)選為1g/10min-10g/10min。比如聚丙烯的熔融指數(shù)為0.5、1、3、5、10、15、18、20g/10min；

21、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

22、長鏈支化聚丙烯的熔體強度為5-200cn；比如為5、10、40、60、80、100、140、160、180、200cn；和/或，

23、長鏈支化聚丙烯的熔體流動速率為1-10g/10min；比如為1、3、5、7、8、10g/10min；

24、和/或，

25、長鏈支化聚丙烯的抗拉強度為30-80mpa；比如為30、40、60、80mpa。

26、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

27、所述材料的電導率為3×10-17s/m～4×10-13s/m；優(yōu)選為3×10-17s/m～1×10-16s/m；比如為3×10-17s/m、1×10-16s/m、1×10-15s/m、1×10-14s/m、1×10-13s/m、14×10-13s/m。

28、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

29、工頻下，所述材料的介電常數(shù)為1.8～3；優(yōu)選為2.1～2.9；比如為1.8、2、2.1、2.3、2.5、2.7、2.9、3。

30、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

31、在1kv場強下測試時，所述材料的工頻介電損耗因子為1×10-3～5×10-2；優(yōu)選為1×10-3～4.5×10-2；比如為1×10-3、3×10-3、5×10-3、8×10-3、1×10-2、5×10-2。

32、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

33、所述材料的擊穿強度為50kv/mm～80kv/mm；優(yōu)選為70kv/mm～80kv/mm；比如為50、55、60、65、70、75、80kv/mm。

34、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

35、所述材料的拉伸強度為20mpa～40mpa；優(yōu)選為35mpa～40mpa；比如為20、25、30、35、40mpa。

36、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

37、所述材料的斷裂伸長率為600％～1500％；優(yōu)選為1350％～1500％；比如為600％、700％、800％、900％、1000％、1100％、1200％、1300％、1400％、1500％。

38、本發(fā)明的第二個方面是提供一種如本發(fā)明的第一個方面所述的長鏈聚丙烯與彈性體協(xié)同改性的聚丙烯基材料的制備方法，包括以下步驟：

39、將聚丙烯、聚烯烴彈性體和長鏈支化聚丙烯熔融共混后，任選的熱壓成薄片試樣；冷卻結(jié)晶，得到所述長鏈聚丙烯與彈性體協(xié)同改性的聚丙烯基材料。

40、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

41、所述熔融共混的溫度為170～230℃，熔融共混的時間為20-40min；和/或，

42、所述冷卻結(jié)晶時是指從170℃-210℃冷卻至110-120℃；優(yōu)選在3-60分鐘內(nèi)從170℃-210℃冷卻至110-120℃。

43、作為一種優(yōu)選的實施例方式，

44、當包括熱壓成薄片試樣的步驟時，

45、所述熱壓的溫度為170℃-210℃；和/或，

46、所述熱壓的壓力為8mpa-20mpa；和/或，

47、所述熱壓的時間為5min-60min。

48、本發(fā)明的第三個方面是提供一種如本發(fā)明的第一個方面所述所述的長鏈聚丙烯與彈性體協(xié)同改性的聚丙烯基材料作為電纜主絕緣材料的應(yīng)用。

49、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

50、(1)本發(fā)明提出了一種長鏈聚丙烯(lcbpp)對pp/poe共混物電纜主絕緣材料進行協(xié)同共混的制備方法，得到了lcbpp/pp/poe三元共混的聚丙烯基電纜主絕緣材料，長鏈支化結(jié)構(gòu)的引入通過增強分子鏈糾纏，改善了pp和poe的相容性。

51、(2)本發(fā)明提出了一種長鏈聚丙烯(lcbpp)對pp/poe共混物電纜主絕緣材料進行協(xié)同共混的制備方法，得到了lcbpp/pp/poe三元共混的聚丙烯基電纜主絕緣材料。lcbpp添加量適當時，由于lcbpp中長鏈支化結(jié)構(gòu)的引入，可增強pp和poe分子鏈糾纏和分子間力，增強了pp/poe共混物的擊穿性能。

52、(3)lcbpp添加量適當時，由于lcbpp中長鏈支化結(jié)構(gòu)的引入，可降低共混體系的電導率，尤其是可以降低共混體系在高溫下(90℃)的電導率。

53、(4)lcbpp添加量適當時，由于lcbpp中長鏈支化結(jié)構(gòu)的引入，可增加pp/poe共混聚丙烯電纜料中各成分的相容性，降低電纜主絕緣體系的介電損耗。

54、(5)lcbpp添加量適當時，由于lcbpp中較長的支鏈可以與主鏈糾纏，這增加共混物分子鏈滑動時的摩擦阻力，提高了拉伸強度和斷裂伸長率。

55、(6)該方法工序簡單，成本較低，環(huán)境友好，有效改善了pp/poe共混物電纜主絕緣的電學和機械性能性能。