CN110372942A - 一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电缆料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，由如下重量份的各组分组成：聚乙烯70‑100份、改性石墨烯10‑20份、抗氧剂0.1‑1份、过氧化二异丙苯0.1‑1份。本发明在聚乙烯中添加改性石墨烯，石墨烯作为电导率优良的二位碳材料，分散于聚乙烯中制备电缆料可以形成微电容的模式，提高电缆料的抗直流击穿能力；在石墨烯外面包覆四氧化三铁，并在挤出机外侧施加磁场，可以使四氧化三铁包覆的石墨烯均匀定向排列，有利于优化石墨烯界面，形成微电容，进一步提高抗直流击穿能力，有效降低空间电荷，提高直流耐电性能；采用KH570改性四氧化三铁包覆的石墨烯，引入双键，可以与聚乙烯发生聚合，使石墨烯与聚乙烯之间形成化牢固的化学键合。

Description

一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料
技术领域
本发明属于电缆料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料。
背景技术
随着大功率电力电子技术的不断成熟，高压直流输电系统在大容量、远距离输送方面的经济性、稳定性和灵活性等优势日益突出。具体体现在：线路造价低，节省电缆费用；运行电能损耗小，传输节能效果显著；线路走廊窄，征地费省；传输功率的可控性强，控制速度快；能够非同步(同频不同相位，或不同频)连接两个交流电网，且不增加短路容量。介于直流输电的这些优点，我国正逐步加大对直流输电的推广力度。
电缆绝缘是承受电场强度的重要环节，目前电力系统多为交流系统，因此目前所开发的电缆绝缘料也主要用于交流系统。而随着我国高压直流输电的发展，供电系统对高压直流电缆的需求激增，但是如果直接将传统的交流绝缘材料用于高压直流输电会存在许多问题，典型的问题如空间电荷积累会造成绝缘击穿。因此，有必要针对直流系统专门设计抗直流击穿的电缆料。
发明内容
为了解决直流输电对于电缆料的直流击穿电压要求高的问题，本发明公开了一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，通过添加改性石墨烯显著提高了电缆料的直流击穿电压。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，由如下重量份的各组分组成：聚乙烯70-100份、改性石墨烯10-20份、抗氧剂0.1-1份、过氧化二异丙苯0.1-1份。
作为优选，上述改性石墨烯为四氧化三铁包覆石墨烯。
作为优选，上述四氧化三铁包覆石墨烯的制备方法为：将石墨烯分散于水中，加入占石墨烯用量2-5wt％的氯化亚铁和氯化铁，加入氨水调pH至9-10，在80-85℃条件下，800rad/min搅拌3-5h，离心、洗涤、干燥，得到四氧化三铁包覆石墨烯粉末。
作为优选，上述氯化亚铁和氯化铁的摩尔比为1:2。
作为优选，上述改性石墨烯为硅烷偶联剂KH570改性的四氧化三铁包覆石墨烯。
作为优选，上述硅烷偶联剂KH570改性四氧化三铁包覆石墨烯的方法为：将四氧化三铁包覆石墨烯粉末分散于50％的乙醇水溶液中，加入占石墨烯粉末重量1-1.5wt％的硅烷偶联剂KH570，在60℃条件下，40-50rad/min搅拌3-5h，离心、干燥即可。
作为优选，上述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
作为优选，上述石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，由如下方法制备而成：按比例称取各组分，加入外侧施加磁场的挤出机，在120-150℃下共混挤出，得到直流耐高压绝缘电缆料。
本发明具有如下的有益效果：(1)本发明在聚乙烯中添加改性石墨烯，石墨烯是一种电导率优良的二位碳材料，将石墨烯分散于聚乙烯中制备电缆料可以形成微电容的模式，提高电缆料的抗直流击穿能力；
(2)在石墨烯外面包覆四氧化三铁，并在挤出机外侧施加磁场，可以使四氧化三铁包覆的石墨烯均匀定向排列，有利于优化石墨烯界面，形成微电容，进一步提高抗直流击穿的能力，有效降低直流绝缘中的空间电荷，提高其直流耐电性能；
(3)采用硅烷偶联剂KH570改性四氧化三铁包覆的石墨烯，在石墨烯上引入双键，可以与聚乙烯发生聚合反应，使四氧化三铁包覆的石墨烯与聚乙烯之间形成化牢固的化学键合，避免因石墨烯的加入而大幅降低聚乙烯电缆料的抗拉强度。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
四氧化三铁包覆石墨烯的制备方法为：将石墨烯分散于水中，加入占石墨烯用量2-5wt％的氯化亚铁和氯化铁，加入氨水调pH至9-10，在80-85℃条件下，800rad/min搅拌3-5h，离心、洗涤、干燥，得到四氧化三铁包覆石墨烯粉末；其中，氯化亚铁和氯化铁的摩尔比为1:2。
硅烷偶联剂KH570改性四氧化三铁包覆石墨烯的方法为：将四氧化三铁包覆石墨烯粉末分散于50％的乙醇水溶液中，加入占石墨烯粉末重量1-1.5wt％的硅烷偶联剂KH570，在60℃条件下，40-50rad/min搅拌3-5h，离心、干燥即可。
石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，由如下方法制备而成：按比例称取各组分，加入外侧施加磁场的挤出机，在120-150℃下共混挤出，得到直流耐高压绝缘电缆料。
实施例1-6和对比例1-3的各组分及其重量份数详见表1。
表1
实施例1-6和对比例1-3所制备电缆料的各项性能见表2。
表2
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：由如下重量份的各组分组成：聚乙烯70-100份、改性石墨烯10-20份、抗氧剂0.1-1份、过氧化二异丙苯0.1-1份。
2.如权利要求1所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：所述改性石墨烯为四氧化三铁包覆石墨烯。
3.如权利要求2所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：所述四氧化三铁包覆石墨烯的制备方法为：将石墨烯分散于水中，加入占石墨烯用量2-5wt%的氯化亚铁和氯化铁，加入氨水调pH至9-10左右，在80-85℃条件下，800rad/min搅拌3-5h，离心、洗涤、干燥，得到四氧化三铁包覆石墨烯粉末。
4.如权利要求3所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：所述氯化亚铁和氯化铁的摩尔比为1:2。
5.如权利要求3所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：所述改性石墨烯为硅烷偶联剂KH570改性的四氧化三铁包覆石墨烯。
6.如权利要求5所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：所述硅烷偶联剂KH570改性四氧化三铁包覆石墨烯的方法为：将四氧化三铁包覆石墨烯粉末分散于50%的乙醇水溶液中，加入占石墨烯粉末重量1-1.5 wt%的硅烷偶联剂KH570，在60℃条件下，40-50rad/min搅拌3-5h，离心、干燥即可。
7.如权利要求1所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
8.如权利要求1-7任一项所述的石墨烯改性的直流耐高压绝缘电缆料，其特征在于：由如下方法制备而成：按比例称取各组分，加入外侧施加磁场的挤出机，在120-150℃下共混挤出，得到直流耐高压绝缘电缆料。
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