CN103881246A - 高压直流电缆附件用绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种高压直流电缆附件用绝缘材料及其制备方法，其特征在于所述绝缘材料包含的组分及其质量百分含量为：45～55%的三元乙丙橡胶，0.5～10%的其它橡胶、5～15%的操作油、15～36%的补强填料，2～6%的硫化活性剂，通过密炼机高温高剪切力混合后，然后再与0.2～1%的硫化助剂和1～3%的硫化剂组成的硫化体系，在开炼机上混炼，得到高压直流电缆附件用绝缘材料，用该材料压制试片，然后专用直流电导率测试仪测试不同场强、不同温度下的电导率，该材料可以按直流电缆附件运行所需的电导率进行调控，得到不同的电导率，通过电导率的控制使电缆附件内直流电场强度得到合理的分布。

Description

高压直流电缆附件用绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘材料，特别是公开一种高压直流电缆附件用绝缘材料及其制备方法，属于绝缘材料技术领域，适用于高压直流电缆附件。
背景技术
直流高压电缆附件中电场分布主要受电导率的影响，而电导率又受到直流场强和温度的双重影响，因此电场分布更为复杂，不适当的电导率容易使电缆绝缘层和应力锥处电场集中，导致电缆和应力锥在运行中被击穿，所以在直流电缆附件中电导率的控制尤为重要，如何将电导率控制在一个合理的范围对直流电缆附件的运行至关重要，特别是在产品开发设计期间需要用电导率的数据进行模拟分析计算。另外，对于用于电缆附件中的绝缘材料来说，不但要将电导率控制在一个合适的范围内，但还必须将其它电性能和机械性能等综合性能控制在一个合适的范围内。这种针对电缆附件用绝缘材料的电导率的调控方法及其测试方法未见使用报道。
发明内容
本发明的目的是解决直流电缆附件材料的电导率的控制问题，公开一种高压直流电缆附件绝缘材料及其制备方法，本发明绝缘材料通过三元乙丙橡胶与其它橡胶复合使用，控制绝缘材料的不同电导率，从而使电缆附件内部的电场强度得到更加合理的分布。
本发明是这样实现的：一种高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于所述绝缘材料包含的组分及其质量百分含量为：45～55%的三元乙丙橡胶作为基料、0.5～10%的其它橡胶、5～15%的操作油、15～36%的补强填料，2～6%的硫化活性剂以及0.2～1%的硫化助剂和1～3%的硫化剂；所述的其它橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶中的一种或两种，所述的操作油为环烷基油，所述的补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种，所述的硫化活性剂为无机活性剂氧化锌，所述的硫化助剂和硫化剂组成硫化体系，其中硫化助剂为噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂 、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或两种，硫化剂为有机过氧化物或硫磺中的一种。通过以上配方得到的绝缘材料压成0.3～0.5mm的试片，在温度<100℃、真空度<100Pa条件下去应力处理，最后用专用直流电导率仪测试其电导率，测试条件为：直流电压0～10kV，温度<100℃。本发明通过调整配方调整绝缘材料的电导率，最后测试试片在不同场强、不同温度下的电导率。
所述的三元乙丙橡胶由以下三种橡胶基料中的一种或几种组成，第一种橡胶基料：乙烯质量百分含量为40～70%，ENB质量百分含量为5～15%，门尼粘度ML 125℃ 1+4为20～40；第二种橡胶基料：乙烯质量百分含量为50～80%，ENB质量百分含量为5～10%，门尼粘度ML 125℃ 1+4为10～30；第三种橡胶基料：乙烯质量百分含量为40～60%，ENB质量百分含量为5～10%。
所述的其它橡胶为硅橡胶或丁腈橡胶中的一种或二种。其中硅橡胶其分子量为40～70万，在150℃、3小时条件下挥发份质量百分比≤3.0，乙烯基的摩尔百分比为0.13～0.22；丁腈橡胶其分子量为3000～3500，丙烯腈质量百分含量为28%
所述的环烷基油，相对密度0.8～1.0，分子量500～800，粘度比重常数0.75～0.85。所述的补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种，其中煅烧高岭土平均颗粒尺寸1.4 μm，游离水份<0.5%，325目筛余物质量百分含量<0.03%；气相白炭黑比表面积170 ± 20 m2/g，含水量（105℃，2小时）< 0.5 g/l ，pH值3.7～4.7，SiO2质量百分含量>99.8% 。所述的硫化活性剂为无机活性剂氧化锌，所述的硫化助剂和硫化剂组成硫化体系，其中硫化助剂为噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种，硫化剂为过氧化物硫化剂或硫磺中的一种，其中硫磺为不溶性硫磺，有机过氧化物其外观为白色结晶粉末，相对密度为1.53，熔点为39～42℃。
所述高压直流电缆附件用绝缘材料的制备方法，其特征在于：在直流电压为0～10kV、温度<100℃的条件下，将45～55%的三元乙丙橡胶与0.5～10%的其它橡胶，通过密炼机混炼，混炼最高温度为130℃，在密炼机中高温高剪切力下混合后，再与5～15%的操作油、15～36%的补强填料，2～6%的硫化活性剂，放入密炼机中混炼，混炼最高温度为130℃，然后再与0.2～1%的硫化助剂和1～3%的硫化剂，在开炼机上混炼均匀，这种配方的绝缘材料用开放式硫化机压制得到试片，试片厚度为0.3～0.5mm，接着将试片在温度<100℃、真空度<100Pa条件下去应力处理，最后用直流电导率测试仪测试其电导率。电导率测试系统具体要求为：
1、高稳定度的高压直流提供0～10kV直流高压，纹波系数<0.1%；
2、高阻计，电流的准确度达到10-14A；
3、三电极结构的电极系统；
4、加热和温度控制系统。
本发明的有益效果是：本发明是在三元乙丙橡胶中与其它橡胶进行复合，通过机械混炼的方法制备获得高压直流电缆附件用绝缘材料，并运用高精度的测试仪测试试样在不同温度不同直流场强下的电导率，为直流电缆附件设计开发提供指导作用。
具体实施方式
本发明为一种高压直流电缆附件用绝缘材料及其制备方法，绝缘材料其包含的组分及其质量百分含量为：45～55%的三元乙丙橡胶作为基料、0.5～10%的其它橡胶、5～15%的操作油、15～36%的补强填料，2～6%的硫化活性剂以及0.2～1%的硫化助剂和1～3%的硫化剂。
其它橡胶为硅橡胶或丁腈橡胶中的一种，其中硅橡胶其分子量为40～70万，在150℃、3小时条件下挥发份质量百分比≤3.0，乙烯基的摩尔百分比为0.13～0.22；丁腈橡胶其分子量为3000～3500，丙烯腈质量百分含量为28% 。
操作油为环烷基油，相对密度0.8～1.0，分子量500～800，粘度比重常数0.75～0.85。
补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种，其中煅烧高岭土平均颗粒尺寸1.4 μm，游离水份的质量百分含量<0.5%，325目筛余物质量百分含量<0.03%；气相白炭黑比表面积170 ± 20 m2/g，在105℃、2小时条件下含水量的质量百分含量< 0.5 g/l ，pH值3.7～4.7，SiO2质量百分含量>99.8% 。
硫化活性剂为无机活性剂氧化锌，硫化体系由硫化助剂和硫化剂组成，其中硫化助剂为噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种，硫化剂为过氧化物硫化剂或硫磺中的一种，其中硫磺为不溶性硫磺，有机过氧化物其外观为白色结晶粉末，相对密度为1.53，熔点为39～42℃。
三元乙丙橡胶由以下三种橡胶基料中的一种或几种组成，第一种橡胶基料：乙烯质量百分含量为40～70%，ENB质量百分含量为5～15%，门尼粘度ML 125℃ 1+4为20～40；第二种橡胶基料：乙烯质量百分含量为50～80%，ENB质量百分含量为5～10%，门尼粘度ML 125℃ 1+4为10～30；第三种橡胶基料：乙烯质量百分含量为40～60%，ENB质量百分含量为5～10%。
本发明高压直流电缆附件用绝缘材料的制备方法：在直流电压为0～10kV、温度<100℃的条件下，将45～55%的三元乙丙橡胶与0.5～10%的其它橡胶，通过密炼机（大连第二橡塑机械有限公司，型号为X（S）N-36/30）混炼，最高温度为130℃，在密炼机中高温高剪切力下充分混炼均匀后，再与5～15%的操作油、15～45%的补强填料，2～6%的硫化活性剂，在密炼机中混炼，混炼最高温度为130℃，再与0.2～1百分比的硫化助剂和1～3%的硫化剂，在开炼机（威福兴机械（上海）有限公司生产）上混炼后，得到高压直流电缆附件用绝缘材料，然后通过开放式平板硫化机（上海西玛伟力橡塑机械有限公司生产）压制试片，接着将试片在温度<100℃、真空度<100Pa条件下去应力处理，最后用直流电导率测试仪测试其电导率。
实施例1：
本发明高压直流电缆附件用绝缘材料的组分及其质量百分含量为：50%的三元乙丙橡胶作为基料、3%的其它橡胶、8%的操作油、33%的补强填料，4%的硫化活性剂，以及0.2%的硫化助剂和1.8%的硫化剂。
其他同前述。
实施例2：
本发明高压直流电缆附件用绝缘材料的组分及其质量百分含量为：50%的三元乙丙橡胶作为基料、2%的其它橡胶、10%的操作油、33%的补强填料、3%的硫化活性剂以及0.5%的硫化助剂和1.5%的硫化剂。
其他同实施例1。
实施例3：
本发明高压直流电缆附件用绝缘材料的组分及其质量百分含量为：50%的三元乙丙橡胶作为基料、5%的其它橡胶、5%的操作油、30%的补强填料，6%的硫化活性剂，以及1%的硫化助剂和3%的硫化剂。
其他同实施例1。

Claims (9)

1.一种高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于所述绝缘材料包含的组分及其质量百分含量为：45～55%的三元乙丙橡胶作为基料、0.5～10%的其它橡胶、5～15%的操作油、15～36%的补强填料，2～6%的硫化活性剂以及0.2～1%的硫化助剂和1～3%的硫化剂；所述的其它橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶中的一种或两种，所述的操作油为环烷基油，所述的补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种，所述的硫化活性剂为无机活性剂氧化锌，所述的硫化助剂和硫化剂组成硫化体系，其中硫化助剂为噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂 、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或两种，硫化剂为有机过氧化物或硫磺中的一种。
2.根据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的三元乙丙橡胶由以下三种橡胶基料中的一种或几种组成；其中第一种橡胶基料：乙烯质量百分含量为40～70%，ENB质量百分含量为5～15%，门尼粘度ML 125℃ 1+4为20～40；第二种橡胶基料：乙烯质量百分含量为50～80%，ENB质量百分含量为5～10%，门尼粘度ML 125℃ 1+4为10～30；第三种橡胶基料：乙烯质量百分含量为40～60%，ENB质量百分含量为5～10% 。
3.根据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的其它橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶中的一种或两种；其中硅橡胶其分子量为40～70万，在150℃、3小时条件下挥发份质量百分比≤3.0，乙烯基的摩尔百分比为0.13～0.22；丁腈橡胶其分子量为3000～3500，丙烯腈质量百分含量为28% 。
4.根据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的环烷基油，相对密度0.8～1.0，分子量500～800，粘度比重常数0.75～0.85。
5.根据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种；其中煅烧高岭土平均颗粒尺寸1.4 μm，游离水份的质量百分含量<0.5%，325目筛余物质量百分含量<0.03%；气相白炭黑比表面积170 ± 20 m2/g，在105℃、2小时条件下含水量的质量百分含量< 0.5 g/l ，pH值3.7～4.7，SiO2质量百分含量>99.8%。
6.根据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的硫化活性剂为无机活性剂氧化锌。
7.根据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的硫化助剂为      噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种。
8.据权利要求 1 所述的高压直流电缆附件用绝缘材料，其特征在于：所述的硫化剂为硫磺或有机过氧化物中的一种，其中硫磺为不溶性硫磺，有机过氧化物其外观为白色结晶粉末，相对密度为1.53，熔点为39～42℃。
9.一种权利要求1～8中任意一项所述高压直流电缆附件用绝缘材料的制备方法，其特征在于：在直流电压为0～10kV、温度<100℃的条件下，首先将质量百分含量为45～55%的三元乙丙橡胶与质量百分含量为0.5～10%的其它橡胶，通过密炼机混炼，混炼最高温度为130℃，在密炼机中高温高剪切力下混合后，再与质量百分含量分别为5～15%的操作油、15～36%的补强填料和2～6%的硫化活性剂，在密炼机中混炼，混炼最高温度为130℃，然后再与质量百分含量为0.2～1%的硫化助剂和质量百分含量为1～3%的硫化剂组成的硫化体系，在开炼机上混炼后，得到高压直流电缆附件用绝缘材料，然后通过开放式平板硫化机压制试片，接着将试片在温度<100℃、真空度<100Pa条件下去应力处理，最后用直流电导率测试仪测试其电导率。
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