CN104448493B - 一种直流电缆绝缘材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直流电缆绝缘材料。所述绝缘材料是由按质量份计的下述成分制备的：低密度聚乙烯100份、改性处理的纳米氢氧化铝0.5‑5份、交联剂1‑2.5份和抗氧剂0.1‑0.5份。本发明制得的直流电缆绝缘材料能够有效改善温度对电导率的影响即改变聚乙烯电导率随温度的增大而增大的特性，从而有效改善直流电缆绝缘中的场强随温度变化而发生变化的特性；该绝缘材料能够抑制空间电荷积聚，改善局部电场分布，绝缘性能更好。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种直流电缆绝缘材料，具体讲涉及一种添加纳米氢氧化铝粒子的直流电缆绝缘材料。
【背景技术】
交联聚乙烯直流电缆在直流电场下其场强分布主要取决于电导率的变化和空间电荷的积聚。由于交联聚乙烯的电导率随温度的变化而变化，电缆在空载时，其绝缘下不存在温度差，因此最大场强出现在导体屏蔽处，满载时靠近线芯处绝缘的温度高于外部温度，因此电导率分布由内到外是逐渐减小即电阻率是逐渐增大，电阻率大的地方分担电压更多，因此绝缘外部的场强要大大高于内部场强，导致更容易击穿。而空间电荷的积聚会畸变局部电场，从而造成直流电缆绝缘中的局部场强过高，引起绝缘失效，因此解决直流电缆绝缘交联聚乙烯的温度对电导率的影响和空间电荷的积聚对于改善直流电缆的电场分布，提高其绝缘的可靠性至关重要。
【发明内容】
本发明提供了一种直流电缆绝缘材料，该材料能有效抑制直流电缆绝缘材料的空间电荷积聚和减小温度对绝缘材料电导率变化的影响。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种直流电缆绝缘材料，所述绝缘材料是由按质量份计的下述成分制备的：低密度聚乙烯100份、改性处理的纳米氢氧化铝0.5-5份、交联剂1-2.5份和抗氧剂0.1-0.5份。
优选的，所述的改性处理的纳米氢氧化铝粒子是由硅烷偶联剂对纳米氢氧化铝粒子改性并溶于环己烷中，蒸发干燥得到的。更优选的，所述纳米氢氧化铝粒子与硅烷偶联剂的质量比为3-10：100。
再一优选的，所述的纳米氢氧化铝平均粒径为30±5nm，比表面积为180±30m2/g。
另一优选的，所述低密度聚乙烯熔融指数为0.8-12g/10min，密度为0.90-0.925g/cm3。
另一优选的，所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二甲酞或双苯。
另一优选的，所述的抗氧剂为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]。
所述直流电缆绝缘材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、按照质量称取100份的低密度聚乙烯、0.1-0.5份的抗氧剂、1-2.5份的交联剂和0.5-5份改性处理的纳米氢氧化铝；
步骤2、将步骤1称取的低密度聚乙烯、抗氧剂和纳米氢氧化铝同时加入到双螺杆混炼机中，在温度为120～200℃下混炼均匀，得母料；
步骤3、母料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过过滤器进行过滤，过滤后的母料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经偏心水雾切粒机进一步切粒后，经蒸馏水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后预热到70～90℃，再进入双螺杆混炼机并保温在70～90℃，将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料；
步骤4、混有交联剂的粒料进入成品料仓，在温度为70～90℃的条件下均匀化15～20h，然后冷却至室温，即得到所述绝缘材料。
和最接近的现有技术比，本发明的有益效果为：本发明所述的绝缘材料，能够有效改善温度对电导率的影响即改变聚乙烯电导率随温度的增大而增大的特性，从而有效改善直流电缆绝缘中的场强随温度变化而发生变化的特性，电导性能优异；在20～70℃下，本发明所述的绝缘材料，能够抑制电缆绝缘材料中的空间电荷积聚，改善局部电场分布，绝缘性能更好。
【附图说明】
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1是添加纳米氢氧化铝的交联聚乙烯和未添加的交联聚乙烯的不同温度下的电导率。
附图2为添加纳米氢氧化铝的交联聚乙烯和未添加的交联聚乙烯在20℃～70℃下的空间电荷分布图。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
所述直流电缆绝缘材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、按照质量称取100份的低密度聚乙烯、0.5份的4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、2.5份的过氧化二异丙苯和2.5份纳米氢氧化铝。所述的纳米氢氧化铝为改性处理的纳米氢氧化铝粒子，是由硅烷偶联剂对纳米氢氧化铝粒子改性并溶于环己烷中，蒸发干燥得到的。所述纳米氢氧化铝粒子与硅烷偶联剂的质量比为5：100。所述的纳米氢氧化铝平均粒径为30±5nm，比表面积为180±30m2/g。所述低密度聚乙烯熔融指数为0.8-12g/10min，密度为0.90-0.925g/cm3。
步骤2、将步骤1称取的低密度聚乙烯、抗氧剂和纳米氢氧化铝同时加入到双螺杆混炼机中，在温度为120～200℃下混炼均匀，得母料。
步骤3、母料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过过滤器进行过滤，过滤后的母料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经偏心水雾切粒机进一步切粒后，经蒸馏水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后预热到70～90℃，再进入双螺杆混炼机并保温在70～90℃，将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料。
步骤4、混有交联剂的粒料进入成品料仓，在温度为70～90℃的条件下均匀化15～20h，然后冷却至室温，即得到所述绝缘材料。
实施例2
所述直流电缆绝缘材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、按照质量称取100份的低密度聚乙烯、0.5份的4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、2.5份的过氧化二异丙苯和1.5份纳米氢氧化铝。所述的纳米氢氧化铝为改性处理的纳米氢氧化铝粒子，是由硅烷偶联剂对纳米氢氧化铝粒子改性并溶于环己烷中，蒸发干燥得到的。所述纳米氢氧化铝粒子与硅烷偶联剂的质量比为5：100。所述的纳米氢氧化铝平均粒径为30±5nm，比表面积为180±30m2/g。所述低密度聚乙烯熔融指数为0.8-12g/10min，密度为0.90-0.925g/cm3。
步骤2、将步骤1称取的低密度聚乙烯、抗氧剂和纳米氢氧化铝同时加入到双螺杆混炼机中，在温度为180℃下混炼均匀，得母料。
步骤3、母料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过过滤器进行过滤，过滤后的母料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经偏心水雾切粒机进一步切粒后，经蒸馏水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后预热到90℃，再进入双螺杆混炼机并保温在90℃，将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料。
步骤4、混有交联剂的粒料进入成品料仓，在温度为90℃的条件下均匀化18h，然后冷却至室温，即得到所述绝缘材料。
实施例3
所述直流电缆绝缘材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、按照质量称取100份的低密度聚乙烯、0.5份的4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、2份的过氧化二甲酞和2份纳米氢氧化铝。所述的纳米氢氧化铝为改性处理的纳米氢氧化铝粒子，是由硅烷偶联剂对纳米氢氧化铝粒子改性并溶于环己烷中，蒸发干燥得到的。所述纳米氢氧化铝粒子与硅烷偶联剂的质量比为5：100。所述的纳米氢氧化铝平均粒径为30±5nm，比表面积为180±30m2/g。所述低密度聚乙烯熔融指数为0.8-12g/10min，密度为0.90-0.925g/cm3。
步骤2、将步骤1称取的低密度聚乙烯、抗氧剂和纳米氢氧化铝同时加入到双螺杆混炼机中，在温度为120℃下混炼均匀，得母料。
步骤3、母料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过过滤器进行过滤，过滤后的母料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经偏心水雾切粒机进一步切粒后，经蒸馏水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后预热到80℃，再进入双螺杆混炼机并保温在80℃，将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料。
步骤4、混有交联剂的粒料进入成品料仓，在温度为80℃的条件下均匀化15h，然后冷却至室温，即得到所述绝缘材料。
实施例4
所用原料为100份的低密度聚乙烯、0.2份的硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、1.5份的双苯和1.5份纳米氢氧化铝。其余步骤同实施例1。
附图1为采用实施实例1添加纳米氢氧化铝的交联聚乙烯和未添加的交联聚乙烯的不同温度下的电导率，从附图1中可见没有添加纳米填料的交联聚乙烯，其电导率在温度超过40℃后，呈指数形式迅速增加，而添加了纳米填料的交联聚乙烯其电导率随着温度的升高变化不大。
附图2为采用实施实例1添加纳米氢氧化铝的交联聚乙烯和未添加的交联聚乙烯在20℃～70℃下的空间电荷分布图，左图为未添加填料的交联聚乙烯，右图为添加了纳米氢氧化铝的交联聚乙烯，从图中可以看出在20℃、30℃，40℃时添加了纳米氢氧化铝的交联聚乙烯绝缘中积聚的空间电荷量比未添加的区别不大，但随着温度的进一步升高，未添加的交联聚乙烯在50℃-70℃时内部积聚了大量的空间电荷，而添加了纳米氢氧化铝的积聚的空间电荷量明显少于未添加的。因此本发明可以明显的改善交联聚乙烯温度对电导率的影响和空间电荷的积聚。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (3)
1.一种直流电缆绝缘材料，其特征在于所述绝缘材料是由按质量份计的下述成分制备的：低密度聚乙烯100份、改性处理的纳米氢氧化铝0.5-5份、交联剂1-2.5份和抗氧剂0.1-0.5份；
所述的改性处理的纳米氢氧化铝粒子是由硅烷偶联剂对纳米氢氧化铝粒子改性并溶于环己烷中，蒸发干燥得到的；
所述的交联剂为过氧化二异丙苯；
所述纳米氢氧化铝粒子与硅烷偶联剂的质量比为3-10:100；
所述的纳米氢氧化铝平均粒径为30±5nm，比表面积为180±30m2/g。
2.如权利要求1 所述的直流电缆绝缘材料，其特征在于所述低密度聚乙烯熔融指数为0.8-12g/10min，密度为0.90-0.925g/cm3。
3.如权利要求1 所述的直流电缆绝缘材料， 其特征在于所述的抗氧剂为4,4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）或硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]。
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