【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压直流电缆绝缘材料改性，具体涉及一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料及其制备方法。
技术介绍
1、低密度聚乙烯(ldpe)具有高绝缘电阻、良好的耐压性、低的介电损耗、易加工、成本低等特点，在电缆绝缘材料中有着广泛的应用。在高压直流电场下，绝缘材料中空间电荷积聚问题已成为制约高压直流电缆发展的主要因素。空间电荷将会引起绝缘材料局部电场发生畸变，使得绝缘层电场变得不均匀，这不仅会加速绝缘材料老化，甚至引起绝缘击穿，从而缩短电缆的使用寿命。而通过极性分子接枝改性聚乙烯，引入深陷阱，可使同极性电荷注入减少，空间电荷特性明显改善。
2、ldpe容易在储存、加工以及使用过程中在热、氧等条件下发生老化，导致其理化特性、力学性能和电学性能下降，进而降低电缆运行的稳定性并且降低电缆使用年限。在实际应用中，添加抗氧剂是延缓ldpe老化最方便有效的方法。但大多数抗氧剂是含有极性基团的小分子量化合物，与非极性的ldpe基体具有较差的相容性，容易从ldpe中迁移、抽出、挥发出来，从而影响了抗氧剂的防护效果，并且迁出的抗氧剂还会造成周围环境的污染。在聚乙烯电缆材料中，最常用的是抗氧剂ao300[4,4′-硫代双(2-叔丁基-5-甲基苯酚)]，通过分子动力学模拟计算(图1所示)，其溶解参数为18.4(j/cm3)1/2，与ldpe(溶解度参数为16.3(j/cm3)1/2)相差比较大，难以均匀分散在聚乙烯基体中。此外，抗氧剂ao300不仅会影响过氧化物(如dcp，过氧化二异丙苯)/聚乙烯交联反应(降低聚乙烯的交联程度)，还会影
3、现有技术中，抗氧剂的接枝改性聚乙烯方法虽然在一定程度上延缓了ldpe的老化，但在解决空间电荷积聚问题上仍显不足。比如，专利cn111393785b中采用的抗氧剂，如2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苄基)-4-甲基-6-叔丁基苯基丙烯酸酯(抗氧剂gm)，其溶解度参数(17.8(j/cm3)1/2)与ldpe(溶解度参数为16.3(j/cm3)1/2)相差较大，导致其在ldpe中的分散性较差。并且，抗氧剂gm的o-h键解离能(367.9kj/mol)较高，相比之下，ldpe的c-h键解离能(436.3kj/mol)较低，抗氧剂的抗氧效果和稳定性受到限制。此外，抗氧剂gm的迁移性较高，容易从聚乙烯基体中脱落，导致其保护作用减弱。
4、现有的抗氧剂接枝改性聚乙烯方法仍未能有效解决聚乙烯在高压直流电场下的空间电荷积聚问题。由于聚乙烯基体的极性较低，传统的接枝改性方法难以有效抑制空间电荷的积聚，并且抗氧剂的迁移和挥发问题仍然无法完全解决，导致其在电缆应用中的长效稳定性和性能表现有限。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的高压直流电缆绝缘材料空间电荷积聚、抗氧剂易迁出的问题，提供了一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料及其制备方法，以期得到电学性能和抗老化性能优异的高压直流电缆绝缘材料。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术第一个方面提供了一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其制备原料按质量份计包括：聚乙烯100份、引发剂dcp(过氧化二异丙苯)0.1～5份、抗氧剂gs(2-[1-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)乙基]-4,6-二叔戊基苯基丙烯酸酯)0.05～3份。
4、进一步地，所述聚乙烯的分子量为重均分子量为6-12万。
5、进一步地，所述聚乙烯为低密度聚乙烯(ldpe)。
6、本专利技术选用的抗氧剂gs的溶解度参数(15.6(j/cm3)1/2)与ldpe较为接近，且o-h键解离能(360.2kj/mol)也较低(如图1所示)，因此可推断抗氧剂gs具有良好的相容性(分散性)和较好的防护效果。
7、本专利技术第二个方面提供了上述一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
8、(1)将聚乙烯、抗氧剂gs、引发剂dcp混合后进行混炼，得到抗氧剂/引发剂/聚乙烯共混物；
9、(2)将抗氧剂/引发剂/聚乙烯共混物于平板硫化机中热压成型，得到热压试样；
10、(3)将热压试样进行接枝和交联处理，得到抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料。
11、进一步地，步骤(1)所述混炼的温度为100～130℃，混炼的时间为2～6min。
12、进一步地，步骤(1)所述混炼的过程包括：将聚乙烯熔融，加入抗氧剂gs混炼1～3min，然后加入引发剂dcp混炼1～3min。
13、进一步地，所述热压成型的温度为110～140℃，压力为10～20mpa，时间为20～40min。
14、进一步地，所述接枝和交联处理温度为160～200℃，压力为10～20mpa，时间为20～50min。
15、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
16、本专利技术提供了一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料及其制备方法，通过自由基加成反应将抗氧剂gs接枝到聚乙烯分子链上，解决了现有技术中抗氧剂易迁出、与聚乙烯基体相容性差等问题。相比于传统的抗氧剂ao300和gm，抗氧剂gs接枝改性材料展现出优异的综合性能，包括更长的氧化诱导期、更高的击穿强度以及更稳定的色泽。同时，抗氧剂gs的接枝显著改善了聚乙烯绝缘材料的空间电荷特性，减少了电场畸变的发生，有效提高了材料在高压直流电缆中的应用性能。本专利技术材料不仅抗老化性能优越，还具有良好的抗迁移特性，延长了高压直流电缆的使用寿命。此外，本专利技术方法简单易操作，生产成本较低，为高压直流电缆绝缘材料的工业化应用提供了可靠的技术支持和经济效益，具有显著的推广价值。
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1.一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其制备原料按质量份计包括：聚乙烯100份、引发剂DCP(过氧化二异丙苯)0.1～5份、抗氧剂GS(2-[1-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)乙基]-4,6-二叔戊基苯基丙烯酸酯)0.05～3份。
2.根据权利要求1所述的抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其特征在于：所述聚乙烯的重均分子量为6-12万。
3.根据权利要求1所述的抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
4.权利要求1-3任一项所述的抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混炼的温度为100～130℃，混炼的时间为2～6min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混炼的过程包括：将聚乙烯熔融，加入抗氧剂GS混炼1～3min，然后加入引发剂DCP混炼1～3min。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述热压成型的温度为110～140℃，压力为
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述接枝和交联处理的温度为160～200℃，压力为10～20MPa，时间为20～50min。
...【技术特征摘要】
1.一种抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其制备原料按质量份计包括：聚乙烯100份、引发剂dcp(过氧化二异丙苯)0.1～5份、抗氧剂gs(2-[1-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)乙基]-4,6-二叔戊基苯基丙烯酸酯)0.05～3份。
2.根据权利要求1所述的抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其特征在于：所述聚乙烯的重均分子量为6-12万。
3.根据权利要求1所述的抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
4.权利要求1-3任一项所述的抗氧剂接枝改性高压直流电缆聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
...【专利技术属性】
技术研发人员：罗开强，田明策，戴熙瀛，张勇杰，杨威，孙楷越，李维康，李毅，
申请(专利权)人：北京智慧能源研究院，
类型：发明
国别省市：
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