【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電纜材料的，更具體地說，涉及一種原位摻雜交聯聚乙烯超高壓直流絕緣材料及其制備方法。
技術介紹
1、電纜絕緣材料是指用于電纜絕緣層的材料，其主要作用是組阻止電流泄漏和提供保護，常見的電纜絕緣材料包括聚乙烯、交聯聚乙烯、聚氯乙烯等。其中，交聯聚乙烯因其材質存在空間電荷集聚電場畸變等問題，當用于高壓、超高壓直流電纜(電壓150kv-500kv)上時需要進行改性。
2、目前，對超高壓直流電纜用交聯聚乙烯絕緣材料的改性有三種途徑：
3、一是接枝改性：即在低密度聚乙烯分子鏈上接枝極性基團以捕獲空間電荷。但由于接枝反應復雜、副產物殘留大等原因，導致容易產生嚴重后果。
4、二是聚合物共混改性：與極性聚合物共混，但引入的極性基團會在高電場下發生電離從而產生異極性空間電荷，因此效果也不理想。
5、三是無機納米摻雜改性：通過摻雜納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鎂等納米粒子，抑制電纜運行時交聯聚乙烯內部產生的巨量空間電荷，防止電纜被畸變電場擊穿。但因為無機納米粒子易團聚，形成的集聚體直徑可能會超過100μm，易堵塞過濾網，使得生產無法連續長時間進行。且在交聯聚乙烯中難以分散均勻，從而難以充分發揮其抑制空間電荷集聚的效果，使電纜的電壓等級難以提高，還會很快被高壓擊穿而報廢。
技術實現思路
1、為了抑制交聯聚乙烯內部空間電荷集聚電場畸變，本申請提供一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料及其制備方法，通過利用正硅酸乙酯在聚乙烯顆粒中原位生成納米二氧化硅粒子，
2、第一方面，本申請提供一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料及其制備方法，采用如下的技術方案：
3、一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，包括如下重量份數的組分：
4、低密度聚乙烯100份、正硅酸乙酯1.5-2.0份；
5、交聯劑1.5-1.7份、抗氧劑0.3份、防焦燒劑0.1份、催化劑0.02份、電壓穩定劑0.2-0.4份。
6、通過采用上述技術方案：加入正硅酸乙酯，其為一種有機液體從而與聚乙烯之間具有較佳的相容性，可在聚乙烯中原位分散，進行水解、縮聚并生成納米二氧化硅。從而不僅抑制絕緣材料內部的空間電荷聚集，而且避免了無機粉體分散不良的問題，大大提升了納米二氧化硅的效能，如降低材料平均空間電荷密度；同時避免在長時間擠出過程中的濾網堵塞，解決了納米二氧化硅摻雜聚乙烯絕緣材料在實際生產中的問題。
7、經檢測，當加入正硅酸乙酯時，20kv/mm直流電場下60分鐘絕緣材料的平均空間電荷密度為2.1c/m3，70℃電場畸變率為31％，70℃直流擊穿強度為118kv/mm；使用等量納米二氧化硅代替正硅酸乙酯時，絕緣材料的平均空間電荷密度、70℃電場畸變率均變大，70℃下直流擊穿強度下降，表明正硅酸乙酯顯著提升了絕緣材料的絕緣性能。
8、可選的，所述電壓穩定劑為4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶。
9、通過采用上述技術方案：經研究發現，4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶在提高材料綜合絕緣性能方面，顯著優于目前常見的電壓穩定劑。經檢測所得：采用其它市面常見電壓穩定劑(正丙基苯甲酸)時，絕緣材料的介電強度為118kv/mm；而采用等量4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶代替正丙基苯甲酸時，絕緣材料的70℃直流擊穿強度顯著提升至139kv/mm。
10、分析其原因在于：4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶同時具有4-羥基噻吩和吡啶基團，存在烯醇式和酮式互變，可均化聚乙烯內部陷阱能級，增加陷阱密度，控制電荷聚集；且該物質沸點高，可解決目前常用電壓穩定劑沸點低(比如正丙基苯甲酸、氨基喹啉、氨基哌啶類、偶氮類、二苯甲酮類等)在交聯管受熱時易揮發損失等問題，保證了電壓穩定劑的高效率，有效提升絕緣材料的直流擊穿強度等性能。
11、可選的，所述低密度聚乙烯的密度為0.920g/cm3。
12、通過采用上述技術方案：上述密度的聚乙烯，柔韌性佳，結晶度適中，交聯劑滲透吸收效果好，且機械強度也相對較高，可滿足使用需求。
13、可選的，所述交聯劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基中的一種或兩種。
14、可選的，所述抗氧劑為2-丙烯酸-2-(1,1-二甲基乙基)-6-[[3-(1,1-二甲基乙基)-2-羥基-5-甲基苯基]甲基]-4-甲苯基酯、1,3,5-三甲基-2,4,6,-三(3,5-二叔丁基-4-羥基芐基)苯、2-{1-[2-羥基-3,5-雙(2-甲基丁-2-基)苯基]乙基}-4,6-二(2-甲基丁-2-基)苯基丙烯酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一種或多種。
15、通過采用上述技術方案：本申請中絕緣材料對抗氧劑的要求較低，使用上述抗氧劑時所制絕緣材料的性能均較佳。
16、可選的，防焦燒劑為n-環己基硫代鄰苯二甲酰亞胺、n-苯基-n-三氯甲硫基苯磺酰胺、n-亞硝基二苯胺的一種或多種。
17、可選的，催化劑為二月桂酸二正辛基錫、新葵酸鉍中的一種或兩種。
18、通過采用上述技術方案：微量的二月桂酸二正辛基錫、新葵酸鉍中均可有效催化正硅酸乙酯的縮聚反應，保障納米二氧化硅的生成。
19、可選的，所述催化劑，游離氯含量為30ppm。
20、通過采用上述技術方案：控制游離氯含量小于上述范圍內，可保證交聯聚乙烯絕緣材料的直流絕緣性能不受影響。
21、第二方面，本申請提供一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料的制備方法，采用如下的技術方案：
22、一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，包括以下步驟：
23、s1、將低密度聚乙烯、抗氧劑、電壓穩定劑、正硅酸乙酯、催化劑，120-140℃熔融，過濾，水中造粒，脫水，得到改性聚乙烯顆粒；
24、s2、將改性聚乙烯顆粒在90-95℃下反應2-3h，再加入交聯劑、防焦燒劑，95-98℃下滲透吸收2-3h，脫揮，分子篩干燥，冷卻，即得。
25、通過采用上述技術方案：步驟s1中，在高溫和催化劑的共同作用下，正硅酸乙酯先后發生水解和縮聚反應，從而在聚乙烯中原位形成納米二氧化硅，實現對聚乙烯的改性。實際生產時步驟s1在buss往復式單螺桿混煉機中進行，反應副產物乙醇大部分可從單向閥排出，減少絕緣材料中殘存的副產物，提高產品質量。
26、綜上所述，本申請具有以下有益效果：
27、1、本申請采用正硅酸乙酯，其在聚乙烯中原位聚合生成二氧化硅，不僅可抑制高壓直流絕緣材料內部的空間電荷聚集，降低70℃電場畸變率；同時避免了直接添加二氧化硅導致的擠出過程中的濾網堵塞，解決了納米二氧化硅摻雜聚乙烯絕緣材料在實際生產中的問題；
28、2、本申請發現：加入4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶能夠起到電壓穩定劑的作用，提高絕緣材料的性能；以直流擊穿強度為例：相較于使用其它常見電壓穩定劑時絕緣材料的直流擊穿本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于，包括如下重量份數的組分：
2.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：電壓穩定劑為4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶。
3.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：低密度聚乙烯的密度為0.920g/cm3。
4.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：交聯劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基中的一種或兩種。
5.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：抗氧劑為2-丙烯酸-2-(1,1-二甲基乙基)-6-[[3-(1,1-二甲基乙基)-2-羥基-5-甲基苯基]甲基]-4-甲苯基酯、1,3,5-三甲基-2,4,6,-三（3,5-二叔丁基-4-羥基芐基）苯、2-{1-[2-羥基-3,5-雙(2-甲基丁-2-基)苯基]乙基}-4,6-二(2-甲基丁-2-基)苯基丙烯酸酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣
7.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：催化劑為二月桂酸二正辛基錫、新葵酸鉍中的一種或兩種。
8.根據權利要求7所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：所述催化劑，游離氯含量為30ppm。
9.一種權利要求1-8任一項所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于，包括如下重量份數的組分：
2.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：電壓穩定劑為4-羥基噻吩并[3,2-c]吡啶。
3.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：低密度聚乙烯的密度為0.920g/cm3。
4.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：交聯劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基中的一種或兩種。
5.根據權利要求1所述的一種原位摻雜交聯聚乙烯絕緣材料，其特征在于：抗氧劑為2-丙烯酸-2-(1,1-二甲基乙基)-6-[[3-(1,1-二甲基乙基)-2-羥基-5-甲基苯基]甲基]-4-甲苯基酯、1,3,5-三甲基-2,4,6,-三（3,5-二叔丁基-4-羥基芐基）...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐曉輝，嵇建忠，唐艷芳，卞儉儉，王芹，楊玲玲，徐永衛，
申請(專利權)人：上海新上化高分子材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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