一种交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电缆技术领域，公开了一种交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法。交联聚乙烯电缆绝缘材料包括按重量份配比的下述组分：低密度聚乙烯80‑90份，过氧化二异丙苯2‑3份，改性纳米氧化铝0.5‑1.5份，高压稳定剂复合粒子1‑2份。本发明专利技术制备得到的交联聚乙烯电缆绝缘材料具有优良的电导率温度特性，不会引起电缆绝缘层内部出现电场“反转”，另外在电缆料挤出和交联过程中电压稳定剂不会降解和与助剂发生反应，从而提高电压稳定剂的作用效果，提高聚乙烯绝缘材料的局部放电和电树枝能力，进而提高材料的直流击穿强度。

A kind of XLPE cable insulation material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法
本专利技术涉及电缆
，尤其是涉及一种交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法。
技术介绍
电力能源的发展关系国计民生和国家安全，随着我国经济社会持续快速发展，电力需求也进入了高速增长期。由于我国能源基地与电力负荷中心逆向分布的特点，对电力系统建设提出了更高的要求，需要发展特高压、远距离、大容量、低损耗的电离网络，以阻力国家发展规划。高压直流输电技术是解决这一问题的有效方法。高压直流电缆输电作为高压直流输电的重要组成部分，在电力传送过程中具有占地面积小、受环境污染和气候调节影响小等优点。高压直流电缆按照绝缘介质的不同可分为充油电缆、黏性浸渍纸式电缆和塑料绝缘电缆等。塑料绝缘电缆具有重量轻、运行维护简单、绝缘性能好等优点，被广泛应用于低、中、高压电缆绝缘。目前，高压直流塑料电缆以交联聚乙烯(XLPE)作为电缆主绝缘。XLPE保持了聚乙烯绝缘电阻高、耐电压性能好、介电常数和介质损耗小的优点，并且具有较聚乙烯更优的热性能和机械性能，综合性能得到明显改善。中国专利公开号CN108623877公开了一种高压直流电缆用绝缘材料及其制备方法，该绝缘材料包括按质量份数计的如下组分：聚乙烯树脂、抗氧剂、交联剂和助交联剂，制备得到的绝缘材料相比传统的XLPE绝缘料加入了助交联剂，在保持相同交联度的同时降低了交联剂含量，延长塑化时间，提高电缆的绝缘性能，但是高压直流电缆运行过程中产生的温度梯度将导致电缆绝缘的电导率发生变化，进而导致电缆绝缘层内部出现电场“反转”，引起绝缘材料内部结构发生变化，加速绝缘材料的老化。中国专利公开号CN109096572公开了一种高直流击穿强度的聚烯烃纳米复合绝缘材料及其制备方法，其中改性纳米粒子填料为纳米粒子表面修饰电压稳定剂分子，纳米粒子表面接枝电压稳定剂不仅能够降低电子与聚合物碰撞带来的电击穿，还能够提高无机纳米粒子与聚烯烃之间的相容性，但是目前使用的电压稳定剂一般为多环化合物、二苯甲酮衍生物和酚类化合物，这类物质在电缆料挤出和交联过程中容易降解、与助剂发生反应等问题，从而降低电压稳定剂的作用效果。
技术实现思路
本专利技术是为了克服以上技术问题，提供一种交联聚乙烯电缆绝缘材料。本专利技术制备得到的交联聚乙烯电缆绝缘材料具有优良的电导率温度特性，不会引起电缆绝缘层内部出现电场“反转”；另外在电缆料挤出和交联过程中电压稳定剂不会降解和与助剂发生反应，从而提高电压稳定剂的作用效果，提高聚乙烯绝缘材料的局部放电和电树枝能力，进而提高材料的直流击穿强度。本专利技术还提供了一种交联聚乙烯电缆绝缘材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，包括按重量份配比的下述组分：低密度聚乙烯80-90份；过氧化二异丙苯2-3份；改性纳米氧化铝0.5-1.5份；高压稳定剂复合粒子1-2份。本专利技术使用低密度聚乙烯作为电缆的主要成分，聚乙烯是聚烯烃家族结构最简单的聚合物，单体体-CH2-CH2-，是一种长链的热塑性碳氢化化合物分子结构。过氧化二异丙苯为低密度聚乙烯的交联剂，经过熔融的低密度聚乙烯在交联剂过氧化二异丙苯的作用下发生交联生成交联聚乙烯，交联聚乙烯保持了聚乙烯绝缘电阻高、耐电性能好、介电常数和介质损耗小的优点，并且具有较聚乙烯更优的热性能和机械性能，克服聚乙烯抗热变形能力弱、耐环境应力开裂性差、工作温度低的缺点。改性纳米氧化铝粒子能够在能带中形成很多局域态(陷阱中心)，加深了隧道势垒能级的深度，导带上的电子跃迁所需要的能量增大，限制聚乙烯在高温条件下的电子跃迁，使得电阻率随温度的变化减小，不会引起电缆绝缘层内部出现电场“反转”，避免绝缘材料内部结构发生变化和加速绝缘材料的老化。高压稳定剂复合粒子能够俘获强电场下材料中的高能电子，降低电子能量，减弱高能电子对聚乙烯绝缘材料分子链的冲击，从而提高材料耐局部放电和电树枝能力，提高材料的直流击穿强度。作为优选，所述低密度聚乙烯密度在0.90-0.93g/cm3之间，熔体流动指数在1.0-3.0g/10min之间。作为优选，所述改性纳米氧化铝的制备方法包括以下步骤：将乙醇与水按体积比1:0.1-0.2的比例混合得混合溶剂，取乙烯基硅烷偶联剂加入混合溶剂中搅拌溶解，调节体系pH至5-5.5，升温至50-60℃，搅拌水解30-50min，得乙烯基硅烷偶联剂溶液，将纳米氧化铝加入乙烯基硅烷偶联剂溶液中，在45-50℃下恒温搅拌反应1-2h，过滤，醇洗，置于烘箱中干燥，得改性纳米氧化铝。由于纳米氧化铝为纳米级结构，其自身容易发生团聚且与聚乙烯聚合物相容性不佳，所以本专利技术对纳米氧化铝进行改性处理，乙烯基硅烷偶联剂经过水解后附带-OH，-OH与纳米氧化铝表面的羟基发生脱水反应，从而将乙烯基硅烷偶联剂键接到纳米氧化铝颗粒表面，纳米氧化铝经过乙烯基硅烷偶联剂处理后不容易发生团聚。另外，由于乙烯基硅烷偶联剂上带有乙烯基基团，相比其他类型的偶联剂能够提高纳米氧化铝在聚乙烯聚合物中分散的均匀性能，从而提升电缆的电导率温度特性，使电阻率随温度的变化减小。作为优选，所述纳米氧化铝与乙烯基硅烷偶联剂的质量比为1:1-3。作为优选，所述高压稳定剂复合粒子的制备方法包括以下步骤：取壳聚糖加入醋酸溶液中搅拌溶解，加入乳化剂吐温80，搅拌均匀得壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液滴加到凝结液中得壳聚糖微球，将壳聚糖微球加入三聚磷酸水溶液中进行交联反应1-2h，过滤出壳聚糖微球，去离子水洗涤，烘干后得到壳聚糖微球，备用；将碳酸氢钠与3-羟基-4-甲氧基苯乙酸加入乙醇水溶中搅拌溶解，加入壳聚糖微球，搅拌均匀后静置2-5h，过滤出壳聚糖微球，在50-60℃下干燥1-2h，得壳聚糖负载3-羟基-4-甲氧基苯乙酸微球；将十六烷基三甲基溴化铵和壳聚糖负载3-羟基-4-甲氧基苯乙酸微球加入乙醇水溶液中，搅拌均匀得分散液，向分散液中滴加正硅酸四乙酯，控制体系pH为5-6，反应10-20h，过滤，去离子水洗涤，进行干燥后得高压稳定剂复合粒子。本专利技术使用3-羟基-4-甲氧基苯乙酸作为电压稳定剂，由于3-羟基-4-甲氧基苯乙酸分子上有较多的活性基团，在电缆料交联过程中容易与助剂发生反应，另外，其在电缆混炼温度下容易发生分解，从而降低电压稳定剂的作用效果。本专利技术为解决此问题制备高压稳定剂复合粒子，从而起到对3-羟基-4-甲氧基苯乙酸的保护作用，提高电压稳定剂对电缆材料性能改善效果。高压稳定剂复合粒子的制备原理为：先通过壳聚糖的自交联制备得到壳聚糖微球，然后将制备得到的壳聚糖浸入含有碳酸氢钠与3-羟基-4-甲氧基苯乙酸的溶液中，壳聚糖浸泡发生溶胀，碳酸氢钠和3-羟基-4-甲氧基苯乙酸经过壳聚糖微球的吸收进入壳聚糖微球内部，然后进行干燥处理，碳酸氢钠遇热后分解释放二氧化碳气体从壳聚糖内部溢出，从而生成个多孔的壳聚糖微球，得到负载有3-羟基-4-甲氧基苯乙酸的多孔壳聚糖微球，最后利用溶胶-凝胶法正硅酸四乙酯发生水解在多孔壳聚糖微球表面沉积一层二氧化硅，形成具有孔洞结构的二氧化硅包覆层，介孔二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，包括按重量份配比的下述组分：/n低密度聚乙烯 80-90份；/n过氧化二异丙苯 2-3份；/n改性纳米氧化铝 0.5-1.5份；/n高压稳定剂复合粒子 1-2份。/n

【技术特征摘要】
1.一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，包括按重量份配比的下述组分：
低密度聚乙烯80-90份；
过氧化二异丙苯2-3份；
改性纳米氧化铝0.5-1.5份；
高压稳定剂复合粒子1-2份。


2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯密度在0.90-0.93g/cm3之间，熔体流动指数在1.0-3.0g/10min之间。


3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述改性纳米氧化铝的制备方法包括以下步骤：将乙醇与水按体积比1:0.1-0.2的比例混合得混合溶剂，取乙烯基硅烷偶联剂加入混合溶剂中搅拌溶解，调节体系pH至5-5.5，升温至50-60℃，搅拌水解30-50min，得乙烯基硅烷偶联剂溶液，将纳米氧化铝加入乙烯基硅烷偶联剂溶液中，在45-50℃下恒温搅拌反应1-2h，过滤，醇洗，置于烘箱中干燥，得改性纳米氧化铝。


4.根据权利要求3所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述纳米氧化铝与乙烯基硅烷偶联剂的质量比为1:1-3。


5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述高压稳定剂复合粒子的制备方法包括以下步骤：
取壳聚糖加入醋酸溶液中搅拌溶解，加入乳化剂吐温80，搅拌均匀得壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液滴加到凝结液中得壳聚糖微球，将壳聚糖微球加入三聚磷酸水溶液中进行交联反应1-2h，过滤出壳聚糖微球，去离子水洗涤，烘干后得到壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓明，
申请(专利权)人：宋晓明，
类型：发明
国别省市：河南;41