專利名稱：涂敷無機/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸電線路電磁環(huán)境防護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種涂敷ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線。
背景技術(shù)：
高壓輸電線路的電暈現(xiàn)象是工程設(shè)計、建設(shè)和運行中需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。一方面，電暈會產(chǎn)生電能損耗會增加輸電成本，另一方面，電暈產(chǎn)生的無線電干擾、可聽噪聲和空間離子流會影響周邊電磁環(huán)境。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和民眾環(huán)境意識的增強，電磁環(huán)境問題愈加引人關(guān)注，尤其在特高壓直流工程中，由于電壓等級的提高，電磁環(huán)境問題更加突出。目前國內(nèi)外的研究傾向于采用主動控制措施，使極導(dǎo)線表面場強更加均勻，從而 抑制電暈的產(chǎn)生，降低無線電干擾。其中一個措施是對極導(dǎo)線表面施加涂料來抑制直流輸電線路電暈放電和電流傳播，其主要基于兩個思路，其一為采用涂料改變極導(dǎo)線表面的物理、化學(xué)特性，使極導(dǎo)線表面更光滑或更難產(chǎn)生場致發(fā)射，其二為改變極導(dǎo)線表面的電學(xué)特性，使周圍電場更加均勻，不利于電暈放電的產(chǎn)生。一般而言，單組分材料很難同時具有優(yōu)良的介電性能和力學(xué)性能。大多聚合物絕緣良好、可加工性強、力學(xué)強度高，但介電常數(shù)普遍偏低；無機材料鐵電陶瓷介電常數(shù)高(可達2000)，但脆性大、加工溫度高、與目前集成電路加工技術(shù)不相容。因此，高介電性能的無機陶瓷/聚合物復(fù)合材料的研制成為一種主要的解決途徑。一般這種復(fù)合介電材料分為電場決定電導(dǎo)(electrical field-dependent conductivity FDC)材料和電場決定介電常數(shù)(electricalfield-dependent permittivity FDP)材料兩種。其中，F(xiàn)DC 材料的填料需要具有非線性的電導(dǎo)率，在低場下電導(dǎo)率較低，表現(xiàn)為聚合物基體的絕緣性，在高場下介電常數(shù)增加，可以疏散空間電荷，避免空間電荷引起電樹老化，破壞材料的絕緣性。自20世紀70年代以來，以日本、美國為代表的科學(xué)研究成功制成了無機陶瓷/聚合物復(fù)合材料。近年來，我國科學(xué)工作者也探討了不同工藝條件下制成的復(fù)合材料的介電性能，并提出了復(fù)合材料的介電模型。該復(fù)合材料由無機陶瓷填料和聚合物填料通過混合、硫化而成。迄今開發(fā)出的無機陶瓷/聚合物復(fù)合材料，選用的聚合物填料有聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酞亞胺(PI)、聚苯硫(PPS)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)和偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(VDF-TrFE)等，通常選擇環(huán)氧樹脂等高電阻率、低損耗材料；所選用的無機陶瓷填料有 TiO2、BaTiO3、MgTiO3-CaTiO3、PZT、BaTiO3、PbO、Zr0、SnO、各種形態(tài)的A1203、SiO2以及A1N，通常選擇BaTiO3、鋯鈦酸鉛、Al2O3, ZnO或SiC。其中ZnO由于其具有較高的非線性伏安特性，因此常被使用涂敷在輸電導(dǎo)線上。以ZnO陶瓷作為填料的聚合物復(fù)合材料目前主要集中在兩個方面。一是純ZnO/聚合物復(fù)合材料，這種材料不具有非線性的介電性能，但由于其中的ZnO填料具有阻擋電暈的作用，因此可以提高材料的耐電暈老化性能，但擊穿強度會有所下降。另一類是ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料，主要利用其非線性的伏安特性起到對空間電荷的疏導(dǎo)作用。
為了進一步抑制電暈產(chǎn)生，抑制無線電干擾，基于ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料的的原理和方法，改善后提出一種涂敷ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線具有非常突出的工程價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種涂敷無機/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線及其制備方法，本發(fā)明通過選擇ZnO壓敏陶瓷和聚合物的具體成分和配比，以實現(xiàn)極導(dǎo)線表面的場強更加均勻，從而抑制電暈產(chǎn)生，降低無線電干擾。本發(fā)明提出的一種涂敷無機/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線，由鋼芯鋁絞線及涂敷于該鋼芯鋁絞線上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料涂層所組成；其特征在于，所述的ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結(jié)、粉碎而成，各成分粉體的重量比為Zn0:Bi203:Mn02:Co203=95:l:0. 5:1 ;所述的聚合物材料為705硅橡膠。
所述的鋼芯鋁絞線可選用LGJ-6 X 630/45或LGJ-6 X 720/50兩種類型中的任意一種。所述涂層厚度為0. 1-lmm。所述粉碎后的ZnO壓敏陶瓷為10-100微米粒徑的粉體。本發(fā)明還提出一種上述的輸電導(dǎo)線的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟I)采用球磨法將上述ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體按上述重量比例混合，在900-1000°C下燒結(jié)4-6小時，粉碎制得ZnO壓敏陶瓷粉體，其粒徑為10-100微米;2)采用庚烷溶解705硅橡膠，庚烷與聚合物的質(zhì)量比為1:1至1:2 ;3)溶解后的硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體采用機械攪拌混合，硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體的體積百分比為6-9. 5:4-0. 5，混合時間為30-60min，得到ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料。該材料，當外界場強由0至2kV/mm增加時,材料的介電常數(shù)由5至600增大。4)將步驟3)得到的材料直接用噴涂方法涂抹于輸電導(dǎo)線上，涂抹厚度為0. 1-lmm。常溫下放置8-24小時材料自行固化。本發(fā)明的特點及有益效果如下I、本發(fā)明可在不改變原有輸電線路建設(shè)方案的基礎(chǔ)上，換用該種涂敷非線性節(jié)點常數(shù)材料的輸電導(dǎo)線，有效均勻了極導(dǎo)線表面電場，達到有效地抑制電暈產(chǎn)生的效果，從而優(yōu)化直流輸電線路的電磁環(huán)境。相同導(dǎo)線在涂敷ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料后線路總電暈損耗可降低209^30%。線路上起暈點明顯減少，紫外測試中起暈處光子數(shù)減小約20%。2、本發(fā)明所述的輸電導(dǎo)線，在電暈被抑制的基礎(chǔ)上，可通過重新設(shè)計線路桿塔或減小輸電走廊寬度等方式減少總投資。3、本發(fā)明所述的輸電導(dǎo)線，同原極導(dǎo)線具有相同的工作環(huán)境，可長期聯(lián)系在惡劣的自然環(huán)境和電磁環(huán)境中工作。具體實施方法本發(fā)明提出的涂敷無機/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線，由鋼芯鋁絞線及涂敷于該鋼芯鋁絞線上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料涂層所組成；其特征在于，所述的ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結(jié)、粉碎而成，各成分粉體的重量比為ZnO:Bi2O3:MnO2:Co203=95:1:0. 5:1 ;所述的聚合物材料為705硅橡膠。所述的鋼芯鋁絞線可選用LGJ-6 X 630/45或LGJ-6 X 720/50兩種類型中的任意一種。所述涂層厚度可為0. 1-lmm。所述粉碎后的ZnO壓敏陶瓷為10-100微米粒徑的粉體。本發(fā)明提出的上述輸電導(dǎo)線的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟I)采用球磨法將上述ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體按上述重量比 例混合，在900-1000°C下燒結(jié)4-6小時，粉碎制得ZnO壓敏陶瓷粉體，其粒徑為10-100微米;2)采用庚烷溶解705硅橡膠，庚烷與聚合物的質(zhì)量比為1:1至1:2 ;3)溶解后的硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體采用機械攪拌混合，硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體的體積百分比為6-9. 5:4-0. 5，混合時間為30-60min，得到ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料。該材料，當外界場強由0至2kV/mm增加時,材料的介電常數(shù)由5至600增大。4)將步驟3)得到的材料直接用噴涂方法涂抹于輸電導(dǎo)線上，涂抹厚度為0. 1-lmm。常溫下放置8-24小時材料自行固化。本發(fā)明的實施例各部分的具體實現(xiàn)方式分別說明如下實施例I輸電導(dǎo)線所加電壓為土800kV，導(dǎo)線選型為LGJ-6 X 630/45。無機陶瓷填料原料中Zn0、Bi203、Mn02、Co203粉末的重量百分比為95:1:0. 5:1。球磨法混料后，在900°C下燒結(jié)6小時，制得ZnO壓敏陶瓷粉體粒徑約為40微米。采用庚烷溶解常705硅橡膠，庚烷和硅橡膠的質(zhì)量比為I: I采用轉(zhuǎn)矩加大的機械攪拌混合，所需要的硅橡膠和ZnO壓敏陶瓷粉體的混合體積比為6:4?；炝铣浞謹嚢?0min?；旌衔锊捎脟娡糠椒ㄍ磕ㄓ谳旊妼?dǎo)線，涂抹厚度為0. 1mm。室溫放置8小時自行固化。實施例2輸電導(dǎo)線所加電壓為土800kV，導(dǎo)線選型為LGJ-6 X 720/50。無機陶瓷填料原料中Zn0、Bi203、Mn02、Co203粉末的重量百分比為95:1:0. 5:1。球磨法混料后，在100(TC下燒結(jié)4小時，制得ZnO壓敏陶瓷粉體粒徑約為60微米。采用庚烷溶解常705硅橡膠，庚烷和硅橡膠的質(zhì)量比為1:2采用轉(zhuǎn)矩加大的機械攪拌混合，所需要的硅橡膠和ZnO壓敏陶瓷粉體的混合體積比為9. 5:0. 5?；炝铣浞謹嚢?0min?；旌衔锊捎脟娡糠椒ㄍ磕ㄓ谳旊妼?dǎo)線，涂抹厚度為0. 8mm。室溫放置24小時自行固化。
權(quán)利要求
1.一種涂敷無機/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線，由鋼芯鋁絞線及涂敷于該鋼芯鋁絞線上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料涂層所組成；其特征在于，所述的ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結(jié)、粉碎而成，各成分粉體的重量比為ZnO:Bi2O3Mn02:Co203=95:1:0. 5:1 ;所述的聚合物材料為705硅橡膠。
2.如權(quán)利要求I所述的輸電導(dǎo)線，其特征在于，所述的鋼芯鋁絞線選用LGJ-6X630/45或LGJ-6 X 720/50兩種類型中的任意一種。
3.如權(quán)利要求I所述的輸電導(dǎo)線，其特征在于，所述涂層厚度為O.1-lmm。
4.如權(quán)利要求I所述的輸電導(dǎo)線，其特征在于，所述粉碎后的ZnO壓敏陶瓷為10-100微米粒徑的粉體。
5.一種如權(quán)利I要求所述的輸電導(dǎo)線的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟 1)采用球磨法將上述ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體按上述重量比例混合，在900-1000°C下燒結(jié)4-6小時，粉碎制得ZnO壓敏陶瓷粉體，其粒徑為10-100微米； 2)采用庚烷溶解705硅橡膠，庚烷與聚合物的質(zhì)量比為1:1至1:2; 3)溶解后的硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體采用機械攪拌混合，硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體的體積百分比為6-9. 5:4-0. 5，混合時間為30-60min，得到ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料。該材料，當外界場強由O至2kV/mm增加時,材料的介電常數(shù)由5至600增大。
4)將步驟3)得到的材料直接用噴涂方法涂抹于輸電導(dǎo)線上，涂抹厚度為O.1-lmm。常溫下放置8-24小時材料自行固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及涂敷無機/聚合物復(fù)合材料的輸電導(dǎo)線及其制備方法，屬于電力系統(tǒng)輸電線路電磁環(huán)境防護技術(shù)領(lǐng)域，該輸電導(dǎo)線由鋼芯鋁絞線及涂敷于其上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復(fù)合材料涂層所組成；所述ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結(jié)、粉碎而成，各成分粉體的重量比為ZnO:Bi2O3:MnO2:Co2O3=95:1:0.5:1；粉碎后的ZnO壓敏陶瓷粉體粒徑為10-100微米；所述的聚合物材料為705硅橡膠。本發(fā)明有效均勻了極導(dǎo)線表面電場，有效地抑制電暈的產(chǎn)生，使得無線電干擾值降低優(yōu)化直流輸電線路的電磁環(huán)境，采用本發(fā)明的輸電導(dǎo)線重新設(shè)計線路桿塔可減小輸電走廊寬度。
文檔編號H01B9/00GK102969066SQ20121049315
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者胡軍, 余占清, 李敏, 何金良, 曾嶸, 戴夢婷, 高雷, 謝竟成, 田豐, 劉磊, 李銳海, 張波, 季一鳴 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)