CN106633317A - 一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法 - Google Patents

一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，该电缆绝缘材料是一种复合材料，将1wt％～3wt％含液态修复剂的微胶囊与低密度聚乙烯基料共混，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化剂，通过挤出机挤出并冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料；所述含液态修复剂的微胶囊为脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊。通过修复剂与埋藏在基体内的催化剂之间的化学反应修复早期电树枝缺陷，保证电缆材料的绝缘强度无明显下降。该材料还具有制备简单、修复效率高、可长期保持等特点，可广泛应用于电缆的电气绝缘层，能够有效地延长电缆绝缘材料的使用寿命和使用稳定性。

Description

一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法
技术领域
本发明属于电气设备技术领域，涉及一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法。
背景技术
聚乙烯电缆在输电工程中应用日益广泛，在使用过程中多种因素的协同作用下，其内部不可避免的会产生以电树枝等缺陷，这些微缺陷进一步发展将导致材料绝缘老化和破坏，引起电缆绝缘失效和设备故障，使得供电可靠性降低。因此,如果能够使高分子材料具有自修复的功能，即可在电树枝发展的初期解决上述问题，显著延长电缆绝缘材料的使用寿命，提高产品的可靠性和安全性。
在以往应用中，电缆绝缘中由水树枝引发的电树枝，可以水树枝状态时对其进行一定程度的修复，主要采用干燥N2、憎水性化合物和硅氧烷三种材料作为修复介质对绝缘强度下降的电缆进行人为修复以延长电缆的使用寿命。这些传统方法需要大量的人工干预、资源消耗大、效果不佳，且无法修复电树枝引发的绝缘缺陷。而在电缆绝缘中添加其他材料抑制电树枝发展的技术也因无法根本上修复电树枝缺陷并未得到广泛应用。
目前，微胶囊自修复技术正在不断地完善，并在机械、建筑等领域得到一定程度的应用。并且大量采用地下电力电缆线路取代架空输电线路的输配电方式已经成为国内外城市输配电网今后发展的趋势。我们研制的这种能够降低修复成本，延长电缆绝缘材料使用寿命的自修复电缆绝缘材料，可以在电树枝发展的初期对其缺陷进行及时修复，从而节约经济成本，因此其制备方法具有十分重要的意义和应用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法。利用微胶囊工艺，制备含有液态修复剂的微胶囊，该修复剂在电树枝缺陷导致胶囊破裂后能够进入电树枝通道并在基体中的催化剂的作用下发生聚合反应，修复电树枝通道，从而实现自修复的目的。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，将1wt％～3wt％含液态修复剂的微胶囊与低密度聚乙烯基料共混，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化剂，通过挤出机挤出并冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料；所述含液态修复剂的微胶囊为脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊。
进一步，所述含液态修复剂的微胶囊的制备步骤为：
步骤1)：将尿素和质量分数为36.5％～37.5％的甲醛溶液按照质量比为1:1.5～1:2.5混合，械搅拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺调节pH到8～9，于65～75℃下反应1～1.5h，之后再加入重量为7～8份的水，形成稳定透明的脲醛预聚体。
步骤2)：将重量为0.2～0.4份的乳化剂与重量为2～3份的熔融双环戊二烯混合，在45～55℃条件下，机械搅拌20～30min使其充分乳化，并滴加重量为7～8份的水，乳化过程中滴加适量消泡剂正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液。
步骤3)：在300～500r/min转速的机械搅拌下，将步骤1)得到的溶液滴加至步骤2)得到的溶液中，并用酸调节pH至3.3～3.6，待微胶囊成型后，在60～65℃条件下固化2～3小时。之后再将产物进行抽滤、洗涤，在25～30℃干燥箱中干燥8～12小时，得到固体粉末状微胶囊。
进一步，将步骤3)得到的微胶囊按1wt％～3wt％与低密度聚乙烯基料混合均匀后倒入双螺杆挤出机中进行机械共混，在循环模式下充分混合20～25min，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化剂，通过双螺杆挤出机挤出并经纯净水冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料。
进一步，步骤2)所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯醇中的一种。
进一步，步骤3)所述酸为盐酸或柠檬酸。
进一步，所述步骤1)为：将尿素和质量分数为37％的甲醛溶液按照质量比为1:2混合，械搅拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺调节pH到8～9，于65～75℃下反应1～1.5h，之后再加入重量为7～8份的水，形成稳定透明的脲醛预聚体。
本发明的有益效果在于：本发明提出的一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料以低密度聚乙烯与含液态修复剂的微胶囊为基础，通过修复剂与埋藏在基体内的催化剂之间的化学反应修复早期电树枝缺陷，保证电缆材料的绝缘强度无明显下降，其效果为：
1)本发明的适用于电缆绝缘材料的电树枝发展初期的修复，从微胶囊中流出的修复剂在树枝通道中断裂面上的催化剂接触后发生聚合反应，大大增加了修复材料的修复能力，有助于获得较高的修复效率。
2)本发明中的自修复电缆绝缘材料的制备工艺简单，修复液在微胶囊中阻止了微放电对修复液体的破坏，保证了胶囊在破裂后，修复液即在催化剂作用下发生反应完成自修复。
3)本发明的自修复电缆绝缘材料中微胶囊基体材料之间相容良好，能够保证微胶囊的引入不会向基体中引入新的结构缺陷。
4)本发明的自修复电缆绝缘材料中的修复剂的电导率低于聚乙烯的电导率，因此在微胶囊附近发生电树枝缺陷后，微胶囊将具有靶向引导作用吸引电树枝向胶囊处发展，最终破坏胶囊壁释放修复剂实现电树枝放电通道的修复。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备工艺流程。
图2为早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的扫描电镜图。
图3为修复过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
如图1所示为早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备工艺流程，具体为：
1)称取重量为5g的尿素，质量分数为37％的甲醛溶液10g在容器中混合，并以400r/min的转速机械搅拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺调节pH到8，于70℃下反应1h，之后再加入重量为40g的蒸馏水，形成稳定透明的脲醛预聚体待用。
2)称取重量为1g的乳化剂十二烷基苯磺酸钠与重量为10g的熔融双环戊二烯混合，在50℃条件下，机械搅拌20min使其充分乳化，并滴加重量为40g的蒸馏水，乳化过程中滴加适量消泡剂正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液。
3)在400r/min的转速机械搅拌将步骤1)得到的溶液滴加至步骤2)得到的溶液中，并用盐酸调节pH至3.5左右，待微胶囊成型后，在65℃条件下固化两小时。之后再将产物进行抽滤、洗涤，在30℃干燥箱中干燥12小时，得到固体粉末状微胶囊。
4)将步骤3)得到微胶囊取1g与100g低密度聚乙烯基料混合均匀后倒入双螺杆挤出机中进行机械共混，在循环模式下充分混合20min，再将1g的催化剂加入复合介质，通过双螺杆挤出机挤出并经纯净水冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料。
实施例2
1)称取重量为5g的尿素，质量分数为37％的甲醛溶液10g在容器中混合，并以400r/min的转速机械搅拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺调节pH到9，于70℃下反应1h，之后再加入重量为45g的蒸馏水，形成稳定透明的脲醛预聚体待用。
2)称取重量为1g的乳化剂十二烷基苯磺酸钠与重量为10g的熔融双环戊二烯混合，在50℃条件下，机械搅拌20min使其充分乳化，并滴加重量为34g的蒸馏水，乳化过程中滴加适量消泡剂正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液。
3)在450r/min的转速机械搅拌将步骤1)得到的溶液滴加至步骤2)得到的溶液中，并用盐酸调节pH至3.5左右，待微胶囊成型后，在65℃条件下固化两小时。之后再将产物进行抽滤、洗涤，在30℃干燥箱中干燥12小时，得到固体粉末状微胶囊。
4)将步骤3)得到微胶囊取1g与100g低密度聚乙烯基料混合均匀后倒入双螺杆挤出机中进行机械共混，在循环模式下充分混合20min，再将1g的催化剂加入复合介质，通过双螺杆挤出机挤出并经纯净水冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料。
图2为早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的扫描电镜图，从图中可以看出，微胶囊表面均匀光滑，基本没有残留杂质，脲醛树脂与基体之间的相容性良好，没有进一步引入物理放电缺陷，本样品的微观结构基本满足要求。
图3为修复过程示意图，从图中可以看出，电树枝发展初期运动的载流子对基体进行冲击破坏，使得电树枝不断向基体内部发展，随着电树枝进一步发展致，埋藏在基体中的微胶囊的壁材也受到破坏导致修复剂流入树枝通道，在邻近的催化剂作用下发生开环移位聚合反应生成固体的网状的聚双环戊二烯，填充部分树枝通道，抑制电树枝的进一步发展，从而实现早期电树枝缺陷的自修复功能。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于：将1wt％～3wt％含液态修复剂的微胶囊与低密度聚乙烯基料共混，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化剂，通过挤出机挤出并冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料；所述含液态修复剂的微胶囊为脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊。
2.根据权利要求1所述一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述含液态修复剂的微胶囊的制备方法为：
步骤1)：将尿素和质量分数为36.5％～37.5％的甲醛溶液按照质量比为1:1.5～1:2.5混合，械搅拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺调节pH到8～9，于65～75℃下反应1～1.5h，之后再加入重量为7～8份的水，形成稳定透明的脲醛预聚体；
步骤2)：将重量为0.2～0.4份的乳化剂与重量为2～3份的熔融双环戊二烯混合，在45～55℃条件下，机械搅拌20～30min使其充分乳化，并滴加重量为7～8份的水，乳化过程中滴加消泡剂正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液；
步骤3)：在300～500r/min转速的机械搅拌下，将步骤1)得到的溶液滴加至步骤2)得到的溶液中，并用酸调节pH至3.3～3.6，待微胶囊成型后，在60～65℃条件下固化2～3小时。之后再将产物进行抽滤、洗涤，在25～30℃干燥箱中干燥8～12小时，得到固体粉末状微胶囊。
3.根据权利要求2所述一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，将步骤3)得到的微胶囊按1wt％～3wt％与低密度聚乙烯基料混合均匀后倒入双螺杆挤出机中进行机械共混，在循环模式下充分混合20～25min，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化剂，通过双螺杆挤出机挤出并经低温水冷却，干燥后得到自修复电缆绝缘材料。
4.根据权利要求2所述一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤2)所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯醇中的一种。
5.根据权利要求2所述一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤3)所述酸为盐酸或柠檬酸中的一种。
6.根据权利要求2所述一种早期电树枝缺陷自修复的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)为：将尿素和质量分数为37％的甲醛溶液按照质量比为1:2混合，械搅拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺调节pH到8～9，于65～75℃下反应1～1.5h，之后再加入重量为7～8份的水，形成稳定透明的脲醛预聚体。
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