本發(fā)明涉及聚乙烯材料領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)機(jī)納米粒子復(fù)合硅氧烷的交聯(lián)聚乙烯電纜修復(fù)液及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電纜運(yùn)行年限的增加，我國(guó)20世紀(jì)90年代城市配電網(wǎng)改造中被大量使用的交聯(lián)聚乙烯(xlpe)電纜逐步進(jìn)入老化故障高發(fā)期。普通的交聯(lián)聚乙烯電纜在運(yùn)行15年后電纜的擊穿強(qiáng)度急劇下降，最嚴(yán)重可下降近50%。水樹(shù)老化是導(dǎo)致電纜絕緣性能下降、壽命縮短的主要原因之一。水樹(shù)主要是由納米級(jí)通道和微米級(jí)孔洞構(gòu)成的親水性樹(shù)枝狀絕緣缺陷，其在過(guò)電壓的作用下將可能引發(fā)電樹(shù)，造成不可逆的絕緣破壞，并最終導(dǎo)致電纜絕緣失效。
納米二氧化鈦具有良好的紫外線吸收作用，能提高復(fù)合材料的耐老化性能，另外納米二氧化鈦因其具有較高的介電常數(shù)，作為一種無(wú)機(jī)納米填料對(duì)有機(jī)物材料的絕緣改性，可大幅度提高材料的耐局部放電性能。
周凱、陶霰韜等人在其《在水樹(shù)通道內(nèi)生成納米tio2的電纜修復(fù)方法及其絕緣增強(qiáng)機(jī)制研究》一文中，采用水針?lè)ㄔ诮宦?lián)聚乙烯(xlpe)電纜樣品中制造水樹(shù)缺陷，并對(duì)已生成水樹(shù)的樣品進(jìn)行了基于鈦酸酯類(lèi)催化的硅氧烷修復(fù)液注入式修復(fù)，通過(guò)催化劑水解后生成的納米級(jí)tio2顆粒進(jìn)行修復(fù)，發(fā)現(xiàn)其絕緣性能得到顯著提高，但生成的納米二氧化鈦與材料的相容性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種無(wú)機(jī)納米粒子復(fù)合硅氧烷的交聯(lián)聚乙烯電纜修復(fù)液及其制備方法。
一種無(wú)機(jī)納米粒子復(fù)合硅氧烷的交聯(lián)聚乙烯電纜修復(fù)液，其制備首先利用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法成功合成了kh-570-tio2顆粒，在納米二氧化鈦顆粒表面引入乙烯基團(tuán)，之后與納米三氧化二鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋅無(wú)機(jī)納米粒子與有機(jī)溶劑混合組成納米分散液；之后在硅氧烷修復(fù)液的基礎(chǔ)上，選用具有水解生成納米金屬氧化物能力的鈦酸酯類(lèi)催化劑，與納米分散液混合分散組成電纜修復(fù)液。
具體步驟如下：
（1）硅烷偶聯(lián)劑kh-570修飾納米tio2：
室溫下將鈦酸四丁酯、硅烷偶聯(lián)劑kh-570、冰醋酸與無(wú)水乙醇均勻混合，記為a溶液；將無(wú)水乙醇、去離子水和鹽酸均勻混合，加入恒壓滴液漏斗中，緩慢滴加到劇烈攪拌的a溶液中，繼續(xù)攪拌，直至形成均勻透明的溶膠，將溶膠靜置于38-43℃下陳化至形成凝膠，在200℃下水熱反應(yīng)2-3天，所得產(chǎn)物用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌至濾液呈中性，室溫下真空干燥，粉碎處理得kh-570-tio2顆粒；
（2）納米粒子分散液的制備：
將上述制備的kh-570-tio2顆粒與納米三氧化二鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋅和溶劑加入到帶有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的容器中，通過(guò)超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行預(yù)分散，以獲得納米粒子分散液，其中，超聲功率為200-500w，頻率為20-24khz，時(shí)間為30-60分鐘；
（3）修復(fù)液的制備
將上述經(jīng)預(yù)分散工藝后的納米粒子分散液與硅氧烷修復(fù)液、鈦酸酯類(lèi)催化劑充分混合均勻，通過(guò)超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行預(yù)分散，在惰性氣體保護(hù)下，于室溫中攪拌混合30-60分鐘，獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。
其中，所述的硅氧烷修復(fù)液由甲基苯基二甲氧基硅烷和乙酰苯構(gòu)成，占修復(fù)液總重量的60%-70%。
其中，步驟（2）中溶劑為木糖醇、山梨醇、丙酮、四氯化碳、二甘醇和水楊醇中的至少一種。
其中，所述的kh-570-tio2顆粒與納米三氧化二鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋅的質(zhì)量比為20:2:1:1。
其中，所述的鈦酸酯類(lèi)催化劑由鈦酸異丁酯、異丙基二油酸酰氧基鈦酸酯、異丙基二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯、植物酸型單烷氧基類(lèi)鈦酸酯中的至少一種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明首先利用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法成功合成了kh-570-tio2顆粒，kh-570分子結(jié)構(gòu)一端的-och3-基團(tuán)與鈦酸四丁酯共水解縮合，在顆粒表面引入乙烯基團(tuán)，可以進(jìn)一步與聚合單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，從而制備出聚合物雜化納米材料，另外tio2顆粒表面的疏水性增強(qiáng)，不易團(tuán)聚，使得在缺陷填充的硅氧烷溶膠中分散均勻，分散的納米級(jí)tio2顆?？捎行б种朴捎诰植糠烹姰a(chǎn)生的燒蝕損傷，從而增強(qiáng)了電纜的絕緣性能，提高了電纜的擊穿電壓。
（2）納米粒子分散液進(jìn)入電纜絕緣層后，納米粒子在電纜內(nèi)部擴(kuò)散并對(duì)氣隙或微孔進(jìn)行填充，形成一層無(wú)機(jī)納米保護(hù)膜，對(duì)聚乙烯絕緣層進(jìn)行保護(hù)，由于無(wú)機(jī)納米顆粒特有的介電性能，導(dǎo)致其壽命大大提高。
（3）本發(fā)明修復(fù)液的修復(fù)效果是通過(guò)修復(fù)液中的硅氧烷與水發(fā)生反應(yīng)形成小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)在水和催化劑作用下發(fā)生聚合反應(yīng)生成二聚物、三聚物及多聚物，最終形成大量的網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)，從而消除絕緣中的水樹(shù)，同時(shí)將帶有雙鍵的二氧化鈦顆粒引入聚合物中，對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù)時(shí)間短、安全穩(wěn)定，修復(fù)效果顯著，能夠抑制水樹(shù)和缺陷的進(jìn)一步生長(zhǎng)。
具體實(shí)施方式
一種無(wú)機(jī)納米粒子復(fù)合硅氧烷的交聯(lián)聚乙烯電纜修復(fù)液，其制備首先利用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法成功合成了kh-570-tio2顆粒，在納米二氧化鈦顆粒表面引入乙烯基團(tuán)，之后與納米三氧化二鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋅無(wú)機(jī)納米粒子與有機(jī)溶劑混合組成納米分散液；之后在硅氧烷修復(fù)液的基礎(chǔ)上，選用具有水解生成納米金屬氧化物能力的鈦酸酯類(lèi)催化劑，與納米分散液混合分散組成電纜修復(fù)液。
具體步驟如下：
（1）硅烷偶聯(lián)劑kh-570修飾納米tio2：
室溫下將鈦酸四丁酯、硅烷偶聯(lián)劑kh-570、冰醋酸與無(wú)水乙醇均勻混合，記為a溶液；將無(wú)水乙醇、去離子水和鹽酸均勻混合，加入恒壓滴液漏斗中，緩慢滴加到劇烈攪拌的a溶液中，繼續(xù)攪拌，直至形成均勻透明的溶膠，將溶膠靜置于40℃下陳化至形成凝膠，在200℃下水熱反應(yīng)2天，所得產(chǎn)物用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌至濾液呈中性，室溫下真空干燥，粉碎處理得kh-570-tio2顆粒；
（2）納米粒子分散液的制備：
將上述制備的kh-570-tio2顆粒與納米三氧化二鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋅和溶劑加入到帶有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的容器中，通過(guò)超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行預(yù)分散，以獲得納米粒子分散液，其中，超聲功率為400w，頻率為20khz，時(shí)間為45分鐘；
（3）修復(fù)液的制備
將上述經(jīng)預(yù)分散工藝后的納米粒子分散液與硅氧烷修復(fù)液、鈦酸酯類(lèi)催化劑充分混合均勻，通過(guò)超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行預(yù)分散，在惰性氣體保護(hù)下，于室溫中攪拌混合40分鐘，獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。
其中，所述的硅氧烷修復(fù)液由甲基苯基二甲氧基硅烷和乙酰苯構(gòu)成，占修復(fù)液總重量的60%-70%。
其中，步驟（2）中溶劑為木糖醇、山梨醇、丙酮、四氯化碳、二甘醇和水楊醇中的至少一種。
其中，所述的kh-570-tio2顆粒與納米三氧化二鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋅的質(zhì)量比為20:2:1:1。
其中，所述的鈦酸酯類(lèi)催化劑由鈦酸異丁酯、異丙基二油酸酰氧基鈦酸酯、異丙基二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯、植物酸型單烷氧基類(lèi)鈦酸酯中的至少一種。