一種高壓直流電纜絕緣材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高壓直流電纜絕緣材料，包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)：100份LDPE；1-2份CPE；0.5-1.5份BaTiO3；0.6-1.5份導(dǎo)電鈦酸鉀晶須；1-2.5份交聯(lián)劑；0.1-0.5份抗氧劑。用該材料制備的半導(dǎo)電聚烯烴屏蔽材料，具有超光滑表面特性，物理性能好，綜合性能優(yōu)異。能夠有效導(dǎo)出電流，起到良好的均勻電場(chǎng)的作用，防止半導(dǎo)電屏蔽層由于表面缺陷可能引起嚴(yán)重的電場(chǎng)集中，導(dǎo)致局部放電或絕緣擊穿的問(wèn)題。電離電荷和注入電荷吸引在深陷阱中，以免電荷在局部區(qū)域內(nèi)積累，從而抑制電纜絕緣材料中的空間電荷積聚并且降低其電導(dǎo)率。
【專利說(shuō)明】一種高壓直流電纜絕緣材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜材料領(lǐng)域，具體是一種高壓直流電纜絕緣材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，輸電功率的不斷增加，輸電距離逐漸增長(zhǎng)，交流輸電遇到一些技術(shù)困難，直流輸電是解決輸電技術(shù)困難的方向之一。直流輸電相比于交流輸電具有輸送效率高、線路損失小、調(diào)節(jié)電流和改變功率傳遞方向方便、投資費(fèi)用少，長(zhǎng)度不受電容電流的限制、可作為兩種電網(wǎng)的聯(lián)接線、能降低主干線與電網(wǎng)間的短路電流、電暈無(wú)線電干擾小等優(yōu)點(diǎn)。有多項(xiàng)研究證實(shí)交聯(lián)聚乙烯中的空間電荷是導(dǎo)致電纜早期絕緣失效的主要原因?？臻g電荷注入電介質(zhì)內(nèi)，造成材料內(nèi)部電場(chǎng)畸變,并最終導(dǎo)致材料的擊穿,絕緣材料失效。絕緣介質(zhì)中的空間電荷問(wèn)題已經(jīng)成為制約電力電纜向高電場(chǎng)發(fā)展的主要因素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種能夠抑制電纜絕緣材料中的空間電荷積聚并且降低其電導(dǎo)率，有效導(dǎo)出電流，機(jī)械物理性能好，還具有超光滑表面特性的半導(dǎo)電可剝離聚烯烴屏蔽材料。
[0004]本發(fā)明包括以下組份和質(zhì)量份數(shù):
LDPE100 份；
CPE1-2 份；
BaTi030.5-1.5 份；·
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須0.6-1.5份；
交聯(lián)劑1-2.5份；
抗氧劑0.1-0.5份。
[0005]所述的LDPE熔融指數(shù)為0.8-12g/10min,密度為0.91-0.925g/cm3,使用茂金屬催化劑催化。
[0006]所述的導(dǎo)電鈦酸鉀晶須為一種表面用Sb/Sn02進(jìn)行導(dǎo)電性處理的導(dǎo)電六鈦酸鉀晶須。
[0007]所述的導(dǎo)電六鈦酸鉀晶須用其質(zhì)量2.5%-3.5%的硬脂酸進(jìn)行處理。
[0008]所述的交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化二甲酰、二叔丁基過(guò)氧化物或雙苯。
[0009]所述的抗氧劑為氧劑300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑CA、抗氧劑TPL或抗氧劑1010。
[0010]本發(fā)明有益效果在于:
1、用該材料制備的絕緣材料，能夠抑制電纜絕緣材料中的空間電荷積聚，物理性能好，綜合性能優(yōu)異。
[0011]2、低密度聚乙烯(LDPE)柔韌性好，可以阻礙內(nèi)部由于雜質(zhì)離子解離形成的電荷的積累。[0012]3、低密度聚乙烯(LDPE)有成核劑作用，減小了球晶尺寸，改善了結(jié)晶完整度，從而降低了空間電荷的產(chǎn)生。
[0013]4、添加少量的CPE相當(dāng)于增加絕緣材料中的陷阱密度，吸引可移動(dòng)的自由載流子，防止電荷在電場(chǎng)作用下的有序移動(dòng)，從而阻止空間電荷的形成，能有效降低空間電荷效應(yīng)和體積電阻率，提高直流預(yù)壓短路樹(shù)枝起始電壓。BaTi03為極強(qiáng)性材料，能有效改善聚乙烯中空間電荷效應(yīng)，提高直流預(yù)壓短路擊穿強(qiáng)度和直流擊穿強(qiáng)度。
[0014]5、鈦酸鉀晶須表面用Sb/Sn02進(jìn)行導(dǎo)電性處理后，用作導(dǎo)電材料，經(jīng)導(dǎo)電性處理后，在K+離子周圍形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，吸引極性分子的負(fù)極中心，因而可以中和產(chǎn)生的空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移，達(dá)到有效消除空間電荷的目的。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1
聚乙烯100份；
CPE2 份；
BaTi031.5 份；
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須1.5份；
過(guò)氧化二異丙苯2.5份；
抗氧劑3000.5份。
[0017]實(shí)施例2
聚乙烯100份；
CPE1 份；
BaTi030.5 份；
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須0.6份；
過(guò)氧化二甲酰1份；
抗氧劑BBM0.1份。
[0018]實(shí)施例3
聚乙烯100份；
CPE1.5 份；
BaTi031.2 份；
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須0.8份；
二叔丁基過(guò)氧化物1.5份；
抗氧劑10760.2份。
[0019]實(shí)施例4
聚乙烯100份；
CPE1.2 份；
BaTi031 份；
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須1.2份；
雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯1.2份；抗氧劑CA0.3份。
[0020]實(shí)施例5
聚乙烯100份；
CPE1.8 份；
BaTi030.7 份；
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須10份；
過(guò)氧化二異丙苯2.2份；
抗氧劑TPL0.4份。
[0021]實(shí)施例6
聚乙烯100份；
CPE1.6 份；
BaTi030.6 份；
導(dǎo)電鈦酸鉀晶須14份；
二叔丁基過(guò)氧化物2.5份；`
抗氧劑10100.5份。
[0022]本發(fā)明所涉及的高壓直流電纜絕緣材料的制備方法與高壓電纜用絕緣材料材料方法相同為:將LDPE、CPE、BaTi03、導(dǎo)電鈦酸鉀晶須、交聯(lián)劑、抗氧劑通過(guò)失重電子秤、失重式計(jì)量泵進(jìn)行喂料；進(jìn)入雙螺桿主機(jī)中混煉后，進(jìn)入單螺桿主機(jī)，再經(jīng)過(guò)偏心水霧切粒機(jī)，離心脫水機(jī)脫水，進(jìn)入沸騰床、成品料倉(cāng)后自動(dòng)包裝。
[0023]或進(jìn)入單螺桿主機(jī)，風(fēng)冷模面熱切機(jī)頭熱切后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器冷卻分離，進(jìn)入風(fēng)冷加長(zhǎng)振動(dòng)篩、料倉(cāng)后自動(dòng)包裝。
[0024]LDPE (低密度聚乙烯)為電纜絕緣或屏蔽材料常用的。高密度聚乙烯(HDPE)結(jié)晶度較高，雖然可以阻礙內(nèi)部由于雜質(zhì)離子解離形成的電荷的積累，但其柔韌性相對(duì)較差，不低于電纜的彎曲。線性低密度聚乙烯(LLDPE)結(jié)晶度較低，雖然柔韌性較好，但內(nèi)部容易形成空間電荷且空間電荷的分布較為復(fù)雜。而選用低密度聚乙烯(LDPE)，柔韌性好，可以阻礙內(nèi)部由于雜質(zhì)離子解離形成的電荷的積累。為了更好地進(jìn)行工藝控制及獲得更好的性能，其熔融指數(shù)為 0.8-12g/10min，密度為 0.91-0.925g/cm3。
[0025]一種較好LDPE選用茂金屬催化劑催化的LDPE，簡(jiǎn)稱MLDPE?？梢砸种凭垡蚁┲兴畼?shù)的生長(zhǎng)，提高聚合物的擊穿特性。MLDPE中LDPE中有成核劑作用，減小了球晶尺寸，改善了結(jié)晶完整度，從而降低了空間電荷的產(chǎn)生。茂金屬催化劑一般是由三個(gè)組分組成的:有機(jī)金屬絡(luò)合物、助催化劑、載體；在溶液聚合中不需要載體，有機(jī)金屬絡(luò)合物是由過(guò)渡金屬與各種有機(jī)物取代基相結(jié)合構(gòu)成的，其重量占催化劑重量的1-2%。助催化劑具有強(qiáng)化過(guò)渡金屬系統(tǒng)的作用。茂金屬催化劑催化的LDPE，分子量及組成分布極窄，茂金屬催化劑生產(chǎn)的聚合物鏈長(zhǎng)及側(cè)鏈間隔都是一致的，因而每個(gè)鏈都有其基本相同的共聚單位含量。聚合活性壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定。
[0026]CPE (氯化聚乙烯)為極性聚合物，為電纜工業(yè)常用，由聚乙烯烴氯化取代反應(yīng)制得的飽和高分子材料，具有優(yōu)良的耐侯性、耐臭氧、耐化學(xué)藥品及耐老化性能，具有良好的耐油性、阻燃性及著色性能。在聚乙烯中作用相當(dāng)于增加絕緣材料中的陷阱密度，吸引可移動(dòng)的自由載流子，防止電荷在電場(chǎng)作用下的有序移動(dòng)，從而阻止空間電荷的形成。能有效降低空間電荷效應(yīng)和體積電阻率，提高直流預(yù)壓短路樹(shù)枝起始電壓。一種較好的選用氯含量25%-40% 的 CPE。
[0027]BaTi03為極強(qiáng)性材料，鈦酸鋇是一種強(qiáng)介電材料，介電常數(shù)高達(dá)104以上。BaTi03在聚乙烯中的作用相互矛盾:它一方面增加聚乙烯材料的電導(dǎo)；另一方面又增加聚乙烯材料的陷阱。當(dāng)BaTi03添加合適的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，2種作用相互競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到平衡狀態(tài)，能有效改善聚乙烯中空間電荷效應(yīng)，提高直流預(yù)壓短路擊穿強(qiáng)度和直流擊穿強(qiáng)度。一種較好選用超細(xì)BaTi03，可以具有較好的工藝性能，易于混合均勻。更進(jìn)一步的改進(jìn)選用納米BaTi03，納米材料本身的性質(zhì)所改變的微觀原子與宏觀物質(zhì)的性能之間的效應(yīng)，納米離子具有的小尺寸效應(yīng)會(huì)使聚合物中原有的深陷阱變成淺陷阱，從而進(jìn)一步降低空間電荷效應(yīng)。
[0028]導(dǎo)電六鈦酸鉀晶須，為鈦酸鉀晶須表面用Sb/Sn02進(jìn)行導(dǎo)電性處理后，用作導(dǎo)電材料，其添加量小于導(dǎo)電炭黑的用量，不僅能保持原有鈦酸鉀晶須的優(yōu)良物理化學(xué)性質(zhì):高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗腐蝕，具有工藝性能好，顯微填充性好，增強(qiáng)塑料制品各向同性、尺寸穩(wěn)定性好、表面光潔度高、摩擦滑動(dòng)性能好等許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，而且還具備了在冷熱環(huán)境下均勻穩(wěn)定的導(dǎo)電性、可按需求設(shè)計(jì)任意適當(dāng)?shù)碾娮柚?、并可任意著色。六鈦酸鉀晶體結(jié)構(gòu)中，Ti的配位數(shù)為6，以Ti06八面體通過(guò)共棱和共面連結(jié)而成連鎖的隧道式結(jié)構(gòu)，K+離子局域隧道中間，與環(huán)境隔開(kāi)，經(jīng)導(dǎo)電性處理后，在K+離子周圍形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，吸引極性分子的負(fù)極中心，因而可以中和產(chǎn)生的空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移，達(dá)到有效消除空間電荷的目的。
[0029]—種較好導(dǎo)電六鈦酸鉀晶用2.5%_3.5%的硬脂酸進(jìn)行處理后使用。導(dǎo)電鈦酸鉀晶須與材料具有很好的相同性，容易分散，但因?yàn)槠浔旧砑?xì)小(直徑0.2-1.5 μ m，長(zhǎng)度10-50 μ m)，表面具有很強(qiáng)的親水性，導(dǎo)致其易團(tuán)聚、與有機(jī)基體的潤(rùn)濕性較差，吸濕后很難與聚合物相容。而硬脂酸屬于陰離子表面活性劑，分子一端為長(zhǎng)鏈烷基，其結(jié)構(gòu)和聚合物分子結(jié)構(gòu)近似，因而與有機(jī)高聚合物基料有一定的相容性；分子另一端為羥基，可與無(wú)機(jī)導(dǎo)電鈦酸鉀晶須表面發(fā)生物理、化學(xué)作用，可改善導(dǎo)電鈦酸鉀晶須與高聚物基料的親和性，提高其在高聚物基料中的分散程度。另外，硬脂酸本身具有潤(rùn)滑作用，還可使復(fù)合體系內(nèi)摩擦力減少，改善復(fù)合體系的流動(dòng)性能，降低聚合物的熔融粘度。與現(xiàn)有技術(shù)硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁鋯偶聯(lián)劑相比具有更好的改性效果，一種較好用量為導(dǎo)電鈦酸鉀晶須的
2.5%-4%，其活化指數(shù)可以達(dá)到90%以上?？梢灶A(yù)先對(duì)導(dǎo)電鈦酸鉀晶須改性處理后添加使用，也可以直接添加使用。
[0030]所述的交聯(lián)劑與現(xiàn)有技術(shù)相同，根據(jù)高壓電纜的加工工藝特點(diǎn)，以及聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯共聚物材料的硫化特性，選用過(guò)氧化物交聯(lián)劑，如過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化二甲酰、二叔丁基過(guò)氧化物、雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯等。
[0031]所述的抗氧劑與現(xiàn)有技術(shù)相同，為聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯共聚物材料常用抗氧劑，如抗氧劑300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑CA、抗氧劑TPL抗氧劑1010等。
[0032]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于:包括以下組份和質(zhì)量份數(shù):LDPE100 份；CPE1-2 份；BaTiOs0.5-1.5 份；導(dǎo)電鈦酸鉀晶須0.6-1.5份；交聯(lián)劑1-2.5份；抗氧劑0.1-0.5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于:所述的LDPE熔融指數(shù)為0.8-12g/10min，密度為0.91-0.925g/cm3，使用茂金屬催化劑催化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于:所述的導(dǎo)電鈦酸鉀晶須為一種表面用Sb/Sn02進(jìn)行導(dǎo)電性處理的導(dǎo)電六鈦酸鉀晶須。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于:所述的導(dǎo)電六鈦酸鉀晶須用其質(zhì)量2.5%-3.5%的硬脂酸進(jìn)行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于:所述的交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化二甲酰、二叔丁基過(guò)氧化物或雙苯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電纜絕緣材料，其特征在于:所述的抗氧劑為氧劑.300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑CA、抗氧劑TPL或抗氧劑1010。
【文檔編號(hào)】C08K5/14GK103665525SQ201310691064
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】陳曉軍, 馬壯, 劉軍, 夏亞芳, 李昆昌, 韓俊杰 申請(qǐng)人:無(wú)錫江南電纜有限公司