CN107573574A - ±525kV及以下直流电缆屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料及其制备方法，其中电缆屏蔽材料按照质量份数包括以下组份：聚烯烃类基础树脂70‑87份，超导炭黑9‑20份，交联剂1.0‑2.0份，润滑剂1‑5份，抗氧剂1‑10份；本发明提供的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料符合GB/T 22078.2标准中关于500kV交联聚乙烯绝缘电缆半导电屏蔽料的性能要求，而且对进口商用±525kV直流电缆绝缘料空间电荷的注入与积累具有较好的抑制作用。此外，由于超净超导炭黑的加入，较常规交流电缆屏蔽料的炭黑结构高，表观粒子尺寸小，添加比例低，断裂伸长率和热延伸数值较大，屏蔽材料中离子含量更低，减少离子迁移进入绝缘材料的几率，可靠性更高。

Description

±525kV及以下直流电缆屏蔽材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电缆屏蔽材料技术领域，特别涉及一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

目前，国内外对交流电缆的屏蔽料的研究比较多，而尚未有公开的直流电缆屏蔽料相关配方研究，申请的相关配方专利无直流电缆屏蔽料特征性能——与直流绝缘料配合的空间电荷抑制性能。现有技术主要通过在乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）和乙烯-丙烯酸丁酯（EBA）内，加入一定量的常规导电炭黑、交联剂、抗氧剂和润滑剂等，与常规制备方法主要是通过密炼机、连续密炼机或往复式单螺杆挤出机制备造粒而成，与常规交流电缆屏蔽料无明显差异。

在直流电场作用下，绝缘材料内部会注入和积累空间电荷，因此直流电缆屏蔽料有别于交流电缆屏蔽料，在满足交流电缆屏蔽料的机械和电性能要求外，还需要具备抑制直流电缆绝缘料空间电荷的注入和积累的特性，降低直流电缆运行风险，提高直流电缆运行可靠性。有理论认为，屏蔽材料与绝缘材料接触面的场强极大地影响空间电荷的注入。采用高纯度、高结构的超导炭黑，可以在相同或者更低电阻率的条件下，采用高结构超导炭黑，炭黑粒子表观尺寸更小，同时降低炭黑使用量，减少屏蔽材料中杂质含量，特别是离子含量，较交流屏蔽料可以较好地抑制直流绝缘材料在直流电场下空间电荷的注入和积累。

对于制备方法，由于添加的高纯度超导炭黑，堆积密度较小，添加相对体积比例较大，不易分散于聚烯烃类基础树脂中，而且分散过程中材料发热明显，温度不易控制。此外，由于该屏蔽料用于±525kV及以下，对洁净度要求非常高，需要在整个过程中控制杂质的引入。

因此我们提出一套可以解决上述问题的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料及其制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料及其制备方法，该屏蔽材料抑制了绝缘材料在直流电场下空间电荷的注入和积累。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于，按照质量份数包括以下组份：聚烯烃类基础树脂70-87份，超导炭黑9-20份，交联剂1.0-2.0份，润滑剂1-5份，抗氧剂 1-10份。

进一步的，所述聚烯烃类基础树脂为乙烯-丙烯酸丁酯EBA或乙烯-丙烯酸乙酯EEA，所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为5-10g/min。

进一步的，所述乙烯-丙烯酸丁酯EBA中丙烯酸丁酯BA的质量占乙烯-丙烯酸丁酯EBA总质量的10-20%，所述乙烯-丙烯酸乙酯EEA中丙烯酸乙酯EA的质量占乙烯-丙烯酸乙酯EEA总质量的12-18%。

进一步的，所述超导炭黑的DPB吸收值为160-550 ml/100g,原始粒径为20-40nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

进一步的，所述交联剂为过氧化二异丙苯或双丁基过氧基类交联剂，其纯度＞99%。

进一步的，所述润滑剂为固态烷烃蜡混合物，其碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

进一步的，所述抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂，其熔点为160-164℃，分子量为358，纯度＞99%。

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取：按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂；

S2、混炼、切粒：将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至挤出机中，在120-180℃的温度下混炼；然后将其切粒；

S3、干燥：将切粒后的材料置于干燥机内，干燥至水分含量≤200ppm；

S4、加入交联剂：将干燥后的材料在60-75℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收，得到电缆屏蔽材料；

S5、将制备好的电缆屏蔽材料输送至料仓。

进一步的，所述步骤S1中原料称取时在洁净度不低于千级环境内进行，并通过失重称精确计量，计量精度应不低于±0.1%。

进一步的，所述步骤S2中采用的挤出机为往复式单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，切粒时采用水下切粒机；所述步骤S5，整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送材料的空气的洁净度为百级。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料符合GB/T 22078.2标准中关于500kV交联聚乙烯绝缘电缆半导电屏蔽料的性能要求，由于炭黑粒子表观尺寸更小，炭黑粒子在聚烯烃基础树脂中间距更小，对进口商用±525kV直流电缆绝缘料空间电荷的注入与积累具有较好的抑制作用。此外，由于超导炭黑的加入，较常规交流电缆屏蔽料的炭黑添加比例更低，断裂伸长率和热延伸数值较大，屏蔽材料中离子含量更低，减少离子迁移进入绝缘材料的几率，可靠性更高。

附图说明

图1是本发明中电缆屏蔽材料-20kV/mm，温度40℃，60min的空间电荷分布图；

图2是本发明中电缆屏蔽材料的SEM照片；

图3是本发明实施例1中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图；

图4是本发明实施例2中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图；

图5是本发明实施例3中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图；

图6是本发明实施例4中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图；

图7是本发明实施例5中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图；

图8是本发明实施例6中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图；

图9是本发明对比例1中电缆屏蔽材料-20kV/mm，40℃下空间电荷图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，按照质量份数包括以下组份：乙烯-丙烯酸丁酯EBA 70份，超导炭黑20份，纯度＞99%的交联剂过氧化二异丙苯1.0份，纯度＞99%的抗氧剂硫代双酚类抗氧剂 10份，润滑剂固态烷烃蜡混合物5份。

所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为10g/min。

所述乙烯-丙烯酸丁酯EBA中丙烯酸丁酯BA的质量占乙烯-丙烯酸丁酯EBA总质量的20%。

所述超导炭黑的DPB吸收值为310ml/100g,原始粒径为40nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

所述抗氧剂硫代双酚类抗氧剂的熔点为160-164℃，分子量为358。

所述润滑剂固态烷烃蜡混合物，碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

上述电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

在洁净度不低于千级环境内，按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂，通过失重称精确计量后，计量精度应不低于±0.1%，将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至往复式单螺杆挤出机中，在120℃的温度下混炼，后经水下切粒机切粒，再置于干燥机内干燥至水分含量≤200ppm，后在60℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收后，输送至料仓；整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送空气的洁净度为百级。

实施例2

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，按照质量份数包括以下组份：乙烯-丙烯酸丁酯EBA 87份，超导炭黑9份，纯度＞99%的交联剂过氧化二异丙苯2.0份，纯度＞99%的抗氧剂硫代双酚类抗氧剂 1.0份，润滑剂固态烷烃蜡混合物1.0份。

所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为5g/min。

所述乙烯-丙烯酸丁酯EBA中丙烯酸丁酯BA的质量占乙烯-丙烯酸丁酯EBA总质量的10%。

所述超导炭黑的DPB吸收值为550ml/100g,原始粒径为20nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

所述抗氧剂硫代双酚类抗氧剂的熔点为160-164℃，分子量为358，纯度＞99%。

所述润滑剂固态烷烃蜡混合物，碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

上述电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

在洁净度不低于千级环境内，按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂，通过失重称精确计量后，计量精度应不低于±0.1%，将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至往复式单螺杆挤出机中，在150℃的温度下混炼，后经水下切粒机切粒，再置于干燥机内干燥至水分含量≤200ppm，后在70℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收后，输送至料仓；整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送空气的洁净度为百级。

实施例3

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，按照质量份数包括以下组份：乙烯-丙烯酸丁酯EBA 75份，超导炭黑15份，纯度＞99%的交联剂过氧化二异丙苯1.6份，纯度＞99%的抗氧剂硫代双酚类抗氧剂 5份，润滑剂固态烷烃蜡混合物2.5份。

所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为7g/min。

所述乙烯-丙烯酸丁酯EBA中丙烯酸丁酯BA的质量占乙烯-丙烯酸丁酯EBA总质量的15%。

所述超导炭黑的DPB吸收值为400ml/100g,原始粒径为32nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

所述抗氧剂硫代双酚类抗氧剂的熔点为160-164℃，分子量为358。

所述润滑剂固态烷烃蜡混合物，碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

上述电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

在洁净度不低于千级环境内，按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂，通过失重称精确计量后，计量精度应不低于±0.1%，将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至往复式单螺杆挤出机中，在180℃的温度下混炼，后经水下切粒机切粒，再置于干燥机内干燥至水分含量≤200ppm，后在75℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收后，输送至料仓；整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送空气的洁净度为百级。

实施例4

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，按照质量份数包括以下组份：乙烯-丙烯酸乙酯EEA 86份，超导炭黑10份，纯度＞99%的双丁基过氧基类交联剂1.5份，纯度＞99%的抗氧剂硫代双酚类抗氧剂3.0份，润滑剂固态烷烃蜡混合物2.0份。

所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为6g/min。

所述乙烯-丙烯酸乙酯EEA中丙烯酸乙酯EA的质量占乙烯-丙烯酸乙酯EEA总质量的12%。

所述超导炭黑的DPB吸收值为350ml/100g,原始粒径为39nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

所述抗氧剂硫代双酚类抗氧剂的熔点为160-164℃，分子量为358。

所述润滑剂固态烷烃蜡混合物，碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

上述电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

在洁净度不低于千级环境内，按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂，通过失重称精确计量后，计量精度应不低于±0.1%，将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至往双螺杆挤出机中，在150℃的温度下混炼，后经水下切粒机切粒，再置于干燥机内干燥至水分含量≤200ppm，后在65℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收后，输送至料仓；整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送空气的洁净度为百级。

实施例5

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，按照质量份数包括以下组份：乙烯-丙烯酸乙酯EEA 84份，超导炭黑12份，纯度＞99%的双丁基过氧基类交联剂1.2份，纯度＞99%的抗氧剂硫代双酚类抗氧剂1.3份，润滑剂固态烷烃蜡混合物2.0份。

所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为8g/min。

所述乙烯-丙烯酸乙酯EEA中丙烯酸乙酯EA的质量占乙烯-丙烯酸乙酯EEA总质量的18%。

所述超导炭黑的DPB吸收值为490ml/100g,原始粒径为34nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

所述抗氧剂硫代双酚类抗氧剂的熔点为160-164℃，分子量为358。

所述润滑剂固态烷烃蜡混合物，碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

上述电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

在洁净度不低于千级环境内，按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂，通过失重称精确计量后，计量精度应不低于±0.1%，将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至往双螺杆挤出机中，在150℃的温度下混炼，后经水下切粒机切粒，再置于干燥机内干燥至水分含量≤200ppm，后在65℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收后，输送至料仓；整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送空气的洁净度为百级。

实施例6

一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，按照质量份数包括以下组份：乙烯-丙烯酸乙酯EEA 74份，超导炭黑16份，纯度＞99%的双丁基过氧基类交联剂1.8份，纯度＞99%的抗氧剂硫代双酚类抗氧剂5.0份，润滑剂固态烷烃蜡混合物2.0份。

所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为7g/min。

所述乙烯-丙烯酸乙酯EEA中丙烯酸乙酯EA的质量占乙烯-丙烯酸乙酯EEA总质量的15%。

所述超导炭黑的DPB吸收值为160ml/100g,原始粒径为35nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

所述抗氧剂硫代双酚类抗氧剂的熔点为160-164℃，分子量为358。

所述润滑剂固态烷烃蜡混合物，碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

上述电缆屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

在洁净度不低于千级环境内，按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂，通过失重称精确计量后，计量精度应不低于±0.1%，将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至往双螺杆挤出机中，在150℃的温度下混炼，后经水下切粒机切粒，再置于干燥机内干燥至水分含量≤200ppm，后在65℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收后，输送至料仓；整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送空气的洁净度为百级。

对比例1

采用进口商业化500kV交流电缆屏蔽料LE 0500 EHV。

如图1所示，本发明提供的电缆屏蔽材料能够显著地抑制直流电缆绝缘材料中空间电荷的注入与积累。

如图2所示，显示超导炭黑在其中分散与分布比较均匀，高结构的超导炭黑在优选的制备工艺条件下，在基础树脂中分散与分布性较好。

对上述实施例1-6和对比例1中制备所得的电缆屏蔽材料的机械性能与电气性能进行测试，结果如表1和图3-9所示。

表1中：空间电荷测试采用压力波(PWP)法，在-20kV/mm ，40℃，60min条件下，配合进口±525kV直流电缆绝缘料进行测试。

从表1和图3-9可以看出，实施例1-6所得的±525kV及以下直流电缆屏蔽料符合GB/T 22078.2标准中关于500kV交联聚乙烯绝缘电缆半导电屏蔽料的性能要求，而且对进口商用±525kV直流电缆绝缘料空间电荷的注入与积累具有较好的抑制作用。而且由于超净超导炭黑的加入，较常规交流电缆屏蔽料的炭黑添加比例更低，断裂伸长率和热延伸数值较大，此外屏蔽料中离子含量更低，减少离子迁移进入绝缘材料的几率，可靠性更高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于，按照质量份数包括以下组份：聚烯烃类基础树脂70-87份，超导炭黑9-20份，交联剂1.0-2.0份，润滑剂1-5份，抗氧剂 1-10份。

2.根据权利要求1所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于：所述聚烯烃类基础树脂为乙烯-丙烯酸丁酯EBA或乙烯-丙烯酸乙酯EEA，所述聚烯烃类基础树脂的熔融指数为5-10g/min。

3.根据权利要求2所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯EBA中丙烯酸丁酯BA的质量占乙烯-丙烯酸丁酯EBA总质量的10-20%，所述乙烯-丙烯酸乙酯EEA中丙烯酸乙酯EA的质量占乙烯-丙烯酸乙酯EEA总质量的12-18%。

4.根据权利要求1所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于：所述超导炭黑的DPB吸收值为160-550 ml/100g,原始粒径为20-40nm，总离子含量＜60ppm，水分≤100ppm。

5.根据权利要求1所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于：所述交联剂为过氧化二异丙苯或双丁基过氧基类交联剂，其纯度＞99%。

6.根据权利要求1所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于：所述润滑剂为固态烷烃蜡混合物，其碳原子数为15-90，其中正链烷含量为60-70%，密度为0.90-0.93g/cm³。

7.根据权利要求1所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料，其特征在于：所述抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂，其熔点为160-164℃，分子量为358，纯度＞99%。

8.根据权利要求1-7任一所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、原料称取：按照配比称取聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂；

S2、混炼、切粒：将聚烯烃类基础树脂、超导炭黑、润滑剂和抗氧剂下料至挤出机中，在120-180℃的温度下混炼；然后将其切粒；

S3、干燥：将切粒后的材料置于干燥机内，干燥至水分含量≤200ppm；

S4、加入交联剂：将干燥后的材料在60-75℃的温度下，喷入液化的交联剂后保温，待交联剂完全被吸收，得到电缆屏蔽材料；

S5、将制备好的电缆屏蔽材料输送至料仓。

9.根据权利要求8所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中原料称取时在洁净度不低于千级环境内进行，并通过失重称精确计量，计量精度应不低于±0.1%。

10.根据权利要求8所述的±525 kV及以下直流电缆屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中采用的挤出机为往复式单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，切粒时采用水下切粒机；所述步骤S5，整个输送过程在密闭环境中进行，密封环境内输送材料的空气的洁净度为百级。