CN109384998B - 耐电树老化聚烯烃绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

耐电树老化聚烯烃绝缘材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

耐电树老化聚烯烃绝缘材料及其制备方法，本发明涉及一种聚烯烃绝缘材料及其制备方法，它为了解决现有聚烯烃绝缘材料的耐电树老化性能较低的问题。本发明耐电树老化聚烯烃绝缘材料按重量份数由100份的聚烯烃、1～20份SEBS衍生物、0.1～0.5份抗氧剂和0～20份增容剂共混制成。制备方法：将聚烯烃、SEBS衍生物、抗氧剂和增容剂在转矩流变仪中进行共混，在100～180℃下共混10～15分钟，得到耐电树老化聚烯烃绝缘材料。本发明通过对SEBS进行改性，在SEBS大分子上修饰出芳香酮结构的侧链，制备大分子电压稳定剂，提高了聚烯烃绝缘材料耐电树老化性能，起树电压提高34.06％，直流击穿场强提高20％。

Description

耐电树老化聚烯烃绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃绝缘材料及其制备方法。
背景技术
聚烯烃绝缘材料具有电气性能好、物理化学性质稳定、安装和维护方便等优点，被广泛应用于交、直流电力电缆。但在电力电缆的实际运行中，由于电缆中杂质或缺陷等局部电场强度集中区域的存在都会降低绝缘材料的介电强度并引发电树枝的生长。电树枝是聚烯烃绝缘材料中常见的电老化现象，是一种发生在聚合物绝缘中的电致裂纹老化现象，由于其局部预击穿通道呈现类似树枝状而得名，电树枝通常起始于高电场集中区域，在电场的作用下沿着绝缘弱区不断向前发展，直至绝缘结构最终击穿失效，电树枝的产生严重影响了以聚合物为主绝缘的电缆的可靠性与使用寿命。
目前提高聚烯烃绝缘材料抑制电树枝产生的方法十分有限，主要以改进加工工艺、采用超净料等方式减小绝缘结构中电场应力的集中，但是很难在加工的过程中把缺陷和空隙从材料中完全消除，微空隙很容易在材料的成型阶段产生，没有缺陷和空隙的材料不可能获得，因此现有的方法很难进一步提高聚烯烃绝缘材料的耐电树枝性能。能否通过在聚烯烃绝缘材料基体中引入适当的组分，制备聚烯烃绝缘复合材料，成为进一步提高聚烯烃绝缘材料耐电树枝性能的突破口。
芳香酮类有机电压稳定剂如苯乙酮可大幅提高聚乙烯的击穿场强和电树枝起始电压，其主要作用是通过捕获高能电子抑制聚乙烯的电老化。但由于其与PE相容性较差，容易迁移，影响电缆使用的长期可靠性。为了克服芳香族衍生物迁移，Markus Jarvid、HaraldWutzel等在苯偶酰、噻吨酮中引入长烷基侧链，增加电压稳定剂与XLPE的相容性，但是这依然不能从根本上解决电压稳定剂的迁移问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有聚烯烃绝缘材料的耐电树老化性能较低的问题，而提供一种耐电树老化聚烯烃绝缘材料及其制备方法。
本发明耐电树老化聚烯烃绝缘材料按重量份数由100份的聚烯烃、1～20份SEBS衍生物、0.1～0.5份抗氧剂和0～20份增容剂共混制成；
其中SEBS衍生物的结构单元通式(Ⅰ)如下：
Figure BDA0001845325060000021
本发明耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法按下列步骤实现：
按重量份数将100份的聚烯烃、1～20份的SEBS衍生物、0.1～0.5份的抗氧剂和0～20份增容剂在转矩流变仪中进行共混，在100～180℃下共混10～15分钟，得到耐电树老化聚烯烃绝缘材料；
其中SEBS衍生物的结构单元通式如下：
Figure BDA0001845325060000022
本发明通过对SEBS进行改性，在SEBS大分子上修饰出芳香酮结构的侧链，制备大分子电压稳定剂。通过大分子电压稳定剂改性聚烯烃绝缘材料，既能提高聚烯烃绝缘材料的耐电树老化性能，又能解决电压稳定剂析出难题。
本发明所述的耐电树老化聚烯烃绝缘材料包括以下有益效果：
本发明通过大分子电压稳定剂改性聚烯烃材料，电压稳定剂与聚烯烃材料相容性好，且电压稳定剂能够稳定存在于聚烯烃材料中，提高聚烯烃绝缘材料耐电树老化性能，起树电压提高34.06％，直流击穿场强提高20％，又可避免电压稳定剂析出，获得性能稳定的绝缘材料。
附图说明
图1为实施例一制备得到的Ac-SEBS的红外光谱图；
图2为实施例一制备得到的Ac-SEBS的核磁谱图，其中1代表乙酰化取代率为35.35％，2代表乙酰化取代率为18.86％，3代表乙酰化取代率为10.2％，4代表乙酰化取代率为9.3％，5代表乙酰化取代率为1.2％，6代表乙酰化取代率为0％；
图3为PE和不同含量Ac-SEBS/PE直流威布尔击穿场强图，其中●代表PE，■代表1％Ac-SEBS/PE，
Figure BDA0001845325060000024
代表2％Ac-SEBS/PE，▲代表3％Ac-SEBS/PE，
Figure BDA0001845325060000023
代表4％Ac-SEBS/PE；
图4为PE、SEBS/PE和Ac-SEBS/PE起树电压图，其中●代表PE，■代表SEBS/PE，◆代表Ac-SEBS/PE。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式耐电树老化聚烯烃绝缘材料按重量份数由100份的聚烯烃、1～20份SEBS衍生物、0.1～0.5份抗氧剂和0～20份增容剂共混制成；
其中SEBS衍生物的结构单元通式(Ⅰ)如下：
Figure BDA0001845325060000031
本实施方式SEBS衍生物中聚苯乙烯质量含量为12％～68％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的增容剂为聚乙烯蜡或液体石蜡。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述的抗氧剂为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]。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述SEBS衍生物的分子量为50000～250000。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是SEBS衍生物的结构单元通式中的取代基R为1～50个碳原子烃基或芳香环。
具体实施方式七：本实施方式耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法按下列步骤实施：
按重量份数将100份的聚烯烃、1～20份的SEBS衍生物、0.1～0.5份的抗氧剂和0～20份增容剂在转矩流变仪中进行共混，在100～180℃下共混10～15分钟，得到耐电树老化聚烯烃绝缘材料；
其中SEBS衍生物的结构单元通式如下：
Figure BDA0001845325060000032
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是所述的SEBS衍生物为乙酰化SEBS，乙酰化SEBS的制备过程如下：将SEBS与1,2-二氯甲烷放入三口瓶中，加热回流至SEBS完全溶解，冷却至室温，向三口瓶中加入乙酰氯，搅拌均匀，加入无水三氯化铝，室温搅拌反应2～4h，反应物用甲醇沉淀，用甲醇反复冲洗，获得乙酰化SEBS。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是所述的SEBS衍生物中乙酰化取代率为8％～12％。
本实施方式通过控制调节乙酰氯和无水三氧化二铝的反应比例，使SEBS衍生物中乙酰化取代率为8％～12％，乙酰化取代率在此范围下得到的聚烯烃绝缘材料的耐电树老化性能更优异。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七不同的是在120～150℃下共混10～15分钟。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七不同的是按重量份数将100份的聚烯烃、2～6份的SEBS衍生物、0.1～0.5份的抗氧剂和0.1～0.5份增容剂在转矩流变仪中进行共混。
实施例一：本实施例耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法按下列步骤实施：
按重量份数将100份的聚乙烯、Ac-SEBS、0.2份的抗氧剂4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和0.2份增容剂聚乙烯蜡置于转矩流变仪中进行共混，在130℃下共混反应10分钟，得到耐电树老化聚烯烃绝缘材料。
其中Ac-SEBS(乙酰化SEBS)的制备过程如下：
将10gSEBS与100ml1,2-二氯甲烷放入三口瓶中，加热回流至SEBS完全溶解，冷却至室温，向三口瓶中加入5ml乙酰氯，搅拌均匀，加入0.5g无水三氯化铝，室温搅拌反应3h，反应物用甲醇沉淀，用甲醇反复冲洗，获得Ac-SEBS。
本实施例SEBS衍生物中乙酰化的取代率为10.2％。
图3为不同含量Ac-SEBS/PE直流威布尔击穿场强图，根据图3可知PE直流击穿场强为307.8Kv/mm，1％Ac-SEBS/PE直流击穿场强为303.3Kv/mm，2％Ac-SEBS/PE直流击穿场强为369.0Kv/mm，3％Ac-SEBS/PE直流击穿场强为361.6Kv/mm，4％Ac-SEBS/PE直流击穿场强为349.4Kv/mm。其中1％Ac-SEBS/PE是指耐电树老化聚烯烃绝缘材料中Ac-SEBS的质量百分含量为1％。
图4为起树电压图，根据图4可知PE起树电压为4.62kV,SEBS/PE起树电压为5.59kV，Ac-SEBS/PE起树电压为6.42kV。

Claims (7)

1.耐电树老化聚烯烃绝缘材料，其特征在于该耐电树老化聚烯烃绝缘材料按重量份数由100份的聚烯烃、1～6份SEBS衍生物、0.1～0.5份抗氧剂和0～20份聚乙烯蜡或液体石蜡共混制成；
其中SEBS衍生物为乙酰化SEBS，所述的SEBS衍生物中乙酰化取代率为8％～12％。
2.根据权利要求1所述的耐电树老化聚烯烃绝缘材料，其特征在于所述的聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的耐电树老化聚烯烃绝缘材料，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]。
4.耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法，其特征在于该方法是按下列步骤实现：
按重量份数将100份的聚烯烃、1～6份的SEBS衍生物、0.1～0.5份的抗氧剂和0～20份聚乙烯蜡或液体石蜡在转矩流变仪中进行共混，在100～180℃下共混10～15分钟，得到耐电树老化聚烯烃绝缘材料；
其中SEBS衍生物为乙酰化SEBS，所述的SEBS衍生物中乙酰化取代率为8％～12％。
5.根据权利要求4所述的耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法，其特征在于所述的SEBS衍生物为乙酰化SEBS，乙酰化SEBS的制备过程如下：将SEBS与1,2-二氯甲烷放入三口瓶中，加热回流至SEBS完全溶解，冷却至室温，向三口瓶中加入乙酰氯，搅拌均匀，加入无水三氯化铝，室温搅拌反应2～4h，反应物用甲醇沉淀，用甲醇反复冲洗，获得乙酰化SEBS。
6.根据权利要求4所述的耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法，其特征在于在120～150℃下共混10～15分钟。
7.根据权利要求4所述的耐电树老化聚烯烃绝缘材料的制备方法，其特征在于按重量份数将100份的聚烯烃、2～6份的SEBS衍生物、0.1～0.5份的抗氧剂和0.1～0.5份聚乙烯蜡或液体石蜡在转矩流变仪中进行共混。
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