CN111286082A - 一种高压电缆稳定剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压电缆稳定剂及其制备方法，采用乙烯基芳香酮化合物和无机纳米粒子通过偶联反应，制备出由包覆的硅烷偶联剂和接枝的电压稳定剂乙烯基芳香酮化合物修饰改性的无机纳米粒子，将电压稳定剂作为表面改性剂与改性后的纳米颗粒通过范德华力或化学键相互作用，既增进了纳米颗粒的分散，又抑制了电压稳定剂的迁移和析出，得到电压稳定剂和纳米颗粒的协同效应，改善聚合物绝缘材料的击穿特性、电导特性、空间电荷特性并增强其抑制电树枝和水树枝的能力。

Description

一种高压电缆稳定剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及高压电缆稳定剂技术领域，特别是指一种高压电缆稳定剂及其制备方法。
背景技术
电力电缆作为电能传输的关键组成部分，在诸多场合有着不可替代的地位。目前，我国已经投运的交联聚乙烯绝缘高压交流电力电缆的最高电压等级已达到500k V，绝缘高压直流电力电缆虽然研发起步相对较晚，也完成了电压等级的三级跳并达到了±320k V。虽然该电压等级已经达到世界先进水平，仍无法满足我国经济发展的需要，为提高电能的传输效率，需要进一步提高电力电缆的工作电压等级。
通常，为了提高电力电缆的工作电压等级，主要是通过提高电力电缆材料的绝缘厚度，或者不断减少绝缘材料中的缺陷尺寸和数量，进而提高电力电缆的耐电树枝性能和击穿强度。受限于制造材料的固有特性，电缆绝缘材料的耐电能力是有极限的，尤其在高电场下，绝缘材料材料中会产生电树枝和击穿两种典型不可恢复的电致破坏现象，严重威胁了电缆的稳定运行，并限制了电力电缆电压等级的提高。因此，现有的单纯通过提高电力电缆材料的绝缘厚度，或者不断减少绝缘材料中的缺陷尺寸和数量的方法，已无法满足电缆耐高压的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高压电缆稳定剂及其制备方法，用于对提高聚合物绝缘材料的耐电性能。
基于上述目的本发明提供的一种高压电缆稳定剂的制备方法，包括如下步骤：
将无机纳米粒子分散在偶联剂溶液中，超声处理10～30min，然后加入乙烯基芳香酮化合物，继续超声处理5～20min，将混合物进行减压蒸馏，将蒸馏后的固体进行真空干燥，得高压电缆稳定剂。
可选的，所述无机纳米粒子为SiO2、ZnO或氧化石墨烯中的一种。
可选的，所述偶联剂溶液的浓度为0.01～0.06mol/L。
可选的，所述偶联剂为硅氧烷偶联剂。
可选的，所述硅氧烷偶联剂为γ-巯丙基三乙氧基硅烷。
可选的，所述乙烯基芳香酮化合物为ALRB、RQCT或RBBT。
可选的，所述超声处理的功率为100～200w，频率为80～150Hz。
可选的，所述真空干燥的温度为140～170℃，时长15～20h。
一种高压电缆稳定剂，采用所述的制备方法制备而成，且包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子15～35％，偶联剂0.2～0.75％，乙烯基芳香酮化合物余量。
可选的，包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子28.5％，偶联剂0.5％，乙烯基芳香酮化合物71％。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种高压电缆稳定剂及其制备方法，采用乙烯基芳香酮化合物和无机纳米粒子通过偶联反应，制备出由包覆的硅烷偶联剂和接枝的电压稳定剂乙烯基芳香酮化合物修饰改性的无机纳米粒子，纳米粒子的引入可以作为成核剂，加入高压电缆聚合物材料的结晶，使聚合物材料中产生更多不完善的结晶，带来聚合物性质的改变，同时将电压稳定剂作为表面改性剂与改性后的纳米颗粒通过范德华力或化学键相互作用，既增进了纳米颗粒的分散，又抑制了电压稳定剂的迁移和析出，得到电压稳定剂和纳米颗粒的协同效应，改善聚合物绝缘材料的击穿特性、电导特性、空间电荷特性并增强其抑制电树枝和水树枝的能力。
具体实施方式
为下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
现有的技术中，单纯通过提高电力电缆材料的绝缘厚度，或者不断减少绝缘材料中的缺陷尺寸和数量的方法，已无法满足电缆耐高压的需求。同时研究表面电压稳定剂与无机纳米粒子以简单的物理共混形式复配并未呈现出改善聚合物绝缘性能的协同效应，反而出现明显的对抗效应。
为了解决上述问题，本发明提供一种高压电缆稳定剂的制备方法，包括如下步骤：
将无机纳米粒子分散在偶联剂溶液中，超声处理10～30min，然后加入乙烯基芳香酮化合物，继续超声处理5～20min，将混合物进行减压蒸馏，将蒸馏后的固体进行真空干燥，得高压电缆稳定剂。
同时，提供一种高压电缆稳定剂，采用所述的制备方法制备而成，且包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子15～35％，偶联剂0.2～0.75％，乙烯基芳香酮化合物余量。
采用乙烯基芳香酮化合物和无机纳米粒子通过偶联反应，制备出由包覆的硅烷偶联剂和接枝的电压稳定剂乙烯基芳香酮化合物修饰改性的无机纳米粒子，纳米粒子的引入可以作为成核剂，加入高压电缆聚合物材料的结晶，使聚合物材料中产生更多不完善的结晶，带来聚合物性质的改变，同时将电压稳定剂作为表面改性剂与改性后的纳米颗粒通过范德华力或化学键相互作用，既增进了纳米颗粒的分散，又抑制了电压稳定剂的迁移和析出，得到电压稳定剂和纳米颗粒的协同效应，改善聚合物绝缘材料的击穿特性、电导特性、空间电荷特性并增强其抑制电树枝和水树枝的能力。
具体的，本发明实施例中的无机纳米粒子为SiO2、ZnO或氧化石墨烯中的至少一种。
具体的，本发明实施例中无机纳米粒子为SiO2、ZnO或氧化石墨烯中的至少一种。
具体的，本发明实施例中偶联剂溶液的浓度为0.01～0.06mol/L。
具体的，发明实施例中偶联剂为硅氧烷偶联剂。
具体的，本发明实施例中硅氧烷偶联剂为γ-巯丙基三乙氧基硅烷。
具体的，本发明实施例中乙烯基芳香酮化合物为ALRB、RQCT或RBBT。
具体的，本发明实施例中超声处理的功率为100～200w，频率为80～150Hz。
具体的，本发明实施例中真空干燥的温度为140～170℃，时长15～20h。
举例来说，本发明实施例1提供的一种高压电缆稳定剂包含如下质量百分比的成分，无机纳米粒子28.5％，偶联剂0.5％，乙烯基芳香酮化合物71％。并采用如下方法制备而成，首先称取0.5gγ-巯丙基三乙氧基硅烷溶于42mL的甲醇中，搅拌混合，制备成浓度为0.05mol/L的偶联剂溶液，然后称取28.5g的SiO2无机纳米粒子加入到配置好的偶联剂溶液中，先进行轻微的搅拌，然后将混合物至于超声发射仪中，在功率为100～200w，频率为80～150Hz的超声下超声处理10～30min，然后称取71g的乙烯基芳香酮化合物ALRB，加入到上述超声物中，在相同的超声条件下继续超声处理5～20min，最后将得到的混合物进行减压蒸馏，去除其中的甲醇，同时增加乙烯基芳香酮化合物与无机纳米粒子的结合强度，将蒸馏后的固体放入进行真空箱内，在温度为140～170℃，干燥时长15～20h，得高压电缆稳定剂。
举例来说，本发明实施例2提供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是而成，乙烯基芳香酮化合物为RQCT。
举例来说，本发明实施例3提供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是而成，乙烯基芳香酮化合物为RBBT。
举例来说，本发明实施例4提供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子15％，偶联剂0.2％，乙烯基芳香酮化合物84.8％。
举例来说，本发明实施例5供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子35％，偶联剂0.75％，乙烯基芳香酮化合物64.25％。
举例来说，本发明实施例6供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是无机纳米粒子为ZnO。
举例来说，本发明实施例7供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是无机纳米粒子为氧化石墨烯。
举例来说，本发明实施例8供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是不添加纳米粒子。
举例来说，本发明实施例9供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是不添加乙烯基芳香酮化合物。
举例来说，本发明实施例10供的一种高压电缆稳定剂同实施例1，不同的是无减压蒸馏步骤，直接进行干燥。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将无机纳米粒子分散在偶联剂溶液中，超声处理10～30min，然后加入乙烯基芳香酮化合物，继续超声处理5～20min，将混合物进行减压蒸馏，将蒸馏后的固体进行真空干燥，得高压电缆稳定剂。
2.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，所述无机纳米粒子为SiO2、ZnO或氧化石墨烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，所述偶联剂溶液的浓度为0.01～0.06mol/L。
4.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅氧烷偶联剂。
5.根据权利要求4所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷偶联剂为γ-巯丙基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，乙烯基芳香酮化合物为ALRB、RQCT或RBBT。
7.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，所述超声处理的功率为100～200w，频率为80～150Hz。
8.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为140～170℃，时长15～20h。
9.一种高压电缆稳定剂，其特征在于，采用权利要求1～8任一所述的制备方法制备而成，且包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子15～35％，偶联剂0.2～0.75％，乙烯基芳香酮化合物余量。
10.根据权利要求1所述的高压电缆稳定剂，其特征在于，包括如下质量百分比成分：无机纳米粒子28.5％，偶联剂0.5％，乙烯基芳香酮化合物71％。
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