CN112961510A - 风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料及制备方法，该绝缘料由特种弹性体、纳米针状硅灰石粉、间接法氧化锌、红丹、防老剂、交联剂和偶联剂按一定比例配制而成。本发明采用特种弹性体为主胶，纳米针状硅灰石粉为改性填料，提高了绝缘料的拉伸强度与热稳定性能，绝缘料的拉伸强度在12.0N/mm²以上，热老化条件在150℃168hr，拉伸强度与断裂伸长率在老化前后的保留率在70％以上；改善了电绝缘性能，绝缘料的20℃体积电阻率在1.0*10¹⁴Ω.m以上；提高了绝缘料的介电强度，介电强度在38.0kV/mm以上，介质损耗因素在0.005以下，相对介电常数在2.2以下，适于风电66kV高压场合。

Description

风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料及制备方法

技术领域

本发明属于高压绝缘料技术领域，具体涉及一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料及制备方法。

背景技术

陆地风电主要位于我国西北部，对外输送有赖于特高压输电线路的建设，陆上风电2021年1月刚刚平价上网。

海上风电是目前风电行业的重点发展方向；海上风机因安装费用高、良好的风资源，逐步向大功率发展，对电缆要求也由低压转向高压；随着远海风电发展，6MW以上大机型风机将成为主流，例如：福建兴化湾14台大型风机，79.4MW、GE 6MW、金风6.7MW、海装5MW、太原重工5MW、明阳5.5MW、东方电气5MW、上海电气6MW等。海上风电有如下特点：

1、有效工作时间长，年工作时间超过3000h，满负荷工作时间占20％左右，平均风速更大，风向变化平稳，风向改变频次更低；

2、海上风速大，发电功率大，电缆大负荷运行时间长，电缆自身发热严重；

3、运行寿命长达25年；

4、运行条件苛刻，需要满足高湿度、高盐雾、高热，老化条件更苛刻；

5、持续工作时间长，维护难度大，可靠性要求高。

电缆从机舱到塔筒底部，贯穿整个海上风机，约100多米，是整个海上风机的主电缆，一旦出现质量事故，更换非常麻烦；海上风电安装作业环境恶劣，作业人员需要根据天气状况决定作业时间，可能导致问题得不到及时的解决，造成较大的损失。此外，电缆由安装船运输，安装船每天使用费非常高。

需要注意的是，国内还没有生产厂家可自主研发风电用高压66kV绝缘料，通常进口美国伊士曼公司(ECC)生产的EPR3728料代用，本发明专利的申请人作为国内风电电缆龙头企业，积极开发具自主知识产权的产品，弥补这一空白。

因此，开发高压66kV高强度高耐热HEPR绝缘料配方及与之相适应的加工工艺具有重要的现实意义。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料及制备方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，按重量份数计，包括以下组份：

进一步的，所述特种弹性体为Mitsui Elastomer X-75，于190℃、2.16kg负荷时的熔体流动速率为4.5g/10分，密度893.0kg/m³，特种弹性体中的第三单体种类为双环戊二烯DCPD，其含量占特种弹性体总量的4.0％。

进一步的，所述纳米针状硅灰石粉为链状偏硅酸盐矿物，D50粒径在1.50-2.50μm，其链状结构决定了其晶体构造为针状形态，有良好的解理，可形成高长径比的细粒，这一特性可以提高橡胶的拉伸强度；其热膨胀系数低，沿b轴方向，在高温800℃时，为6.5×10^-6～6.71×10^-6，且呈线性膨胀，这一特性可以改善橡胶的热稳定性；其硬度较高,可提高橡胶的硬度和耐磨性，降低收缩率，降低线芯变形率；其高电阻、低介电常数与低吸湿性，这一优良特性使得橡胶具有良好的电绝缘性；提高了胶料的拉伸强度、电绝缘性能与热稳定性能；降低了胶料的收缩率与变形率。

进一步的，所述防老剂为长效防老剂L，CAS：74-31-7。

进一步的，所述硅烷偶联剂型号为A-174。

进一步的，所述交联剂型号为过氧化二异丙苯DCP交联剂。

本发明还提供了一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、配料及混炼

风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，按重量份数计，包括以下组份：

先将100.0份特种弹性体加入密炼机，混炼时间1.5±0.5min，待胶料包辊后加入细料(5.0份间接法氧化锌、5.0份红丹、3.0份防老剂、1.0份硅烷偶联剂)及占总量一半重量的纳米针状硅灰石粉，混炼3±0.5min；随后，加入剩余纳米针状硅灰石粉；翻斗清扫、压上顶栓，混炼时间4±1min，待负荷稳定；于110-130℃温度时排胶；

步骤2)、滤胶

在滤胶机上过滤杂质；

步骤3)、一段造粒

在造粒机上混炼造粒；

步骤4)、加硫

把步骤3)所得一段粒料计量后，加入密炼机，再加入称量好的1.5～2.5份交联剂，混炼温度95℃～115℃，混炼时间2.0±0.5min，排胶；

步骤5)、二段造粒

将步骤4)所得物料加入至造粒机进行混炼造粒，得所需风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料及制备方法，该绝缘料由特种弹性体、纳米针状硅灰石粉、间接法氧化锌、红丹、防老剂、交联剂和偶联剂按一定比例配制而成。本发明创新采用特种弹性体Mitsui Elastomer X-75为主胶，纳米针状硅灰石粉为改性填料，纳米针状硅灰石粉为链状偏硅酸盐矿物，其链状结构决定了其晶体构造为针状形态，有良好的解理，可形成高长径比的细粒，提高了绝缘料的拉伸强度与热稳定性能，绝缘料的拉伸强度在12.0N/mm²以上，绝缘料的热老化条件在150℃168hr，拉伸强度与断裂伸长率在老化前后的保留率在70％以上；改善了绝缘料的电绝缘性能，绝缘料的20℃体积电阻率在1.0*10¹⁴Ω.m以上；提高了介电强度，绝缘料的介电强度在38.0kV/mm以上；降低了介质损耗因素tgδ(50Hz,20℃)与相对介电常数(50Hz,20℃)，绝缘料的介质损耗因素tgδ(50Hz,20℃)在0.005以下，相对介电常数(50Hz,20℃)在2.2以下，更适于风电用66kV高压场合，弥补风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料市场的空白，适合工业化推广使用。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，按重量份数计，包括以下组份：

纳米针状硅灰石粉为链状偏硅酸盐矿物，D50粒径在1.50-2.50μm，其链状结构决定了其晶体构造为针状形态，有良好的解理，可形成高长径比的细粒，这一特性可以提高绝缘料的拉伸强度；其热膨胀系数低，沿b轴方向，在高温800℃时，为6.5×10^-6～6.71×10^-6，且呈线性膨胀，这一特性可以改善绝缘料的热稳定性；其硬度较高，可提高绝缘料的硬度和耐磨性，降低收缩率，降低线芯变形率；其高电阻、低介电常数与低吸湿性，这一优良特性使得绝缘料具有良好的电绝缘性；提高了绝缘料的拉伸强度、电绝缘性能与热稳定性能；降低了绝缘料的收缩率与变形率。

实施例1

一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，按重量份数计，包括以下组份：

特种弹性体为Mitsui Elastomer X-75，于190℃、2.16kg负荷时的熔体流动速率为4.5g/10分，密度893.0kg/m³，特种弹性体中的第三单体种类为双环戊二烯DCPD，其含量占特种弹性体总量的4.0％。

纳米针状硅灰石粉型号为GY-6000，热膨胀系数低，在高温800℃时，热膨胀系数为6.5×10^-6～6.71×10^-6，D50粒径在1.50-2.50μm，为江西广源化工公司新开发的粉体品种。

防老剂为长效防老剂L，CAS：74-31-7。

硅烷偶联剂型号为A-174。

交联剂型号为DCP交联剂。

一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、配料及混炼

按配方准确计量、称重各种材料；

混炼：按重量份数计，先将100.0份特种弹性体加入密炼机，混炼时间1.5min，待胶料包辊后加入5.0份间接法氧化锌、5.0份红丹、3.0份防老剂、1.0份硅烷偶联剂和20.0份纳米针状硅灰石粉，混炼3min；加入剩余的20.0份纳米针状硅灰石粉；翻斗清扫、压上顶栓，混炼时间4min，待负荷稳定；温度110-130℃时排胶；

步骤2)、滤胶

在滤胶机上过滤杂质；

步骤3)、一段造粒

在造粒机上混炼造粒；

步骤4)、加硫

把步骤3)所得一段粒料计量后，加入密炼机，再加入称量好的1.5份交联剂，混炼温度105℃，混炼时间2.0min，排胶；

步骤5)、二段造粒

将步骤4)所得物料加入至造粒机进行混炼造粒，得所需风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料。

实施例2

一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，按重量份数计，包括以下组份：

本实施例2与实施例1的区别在于，本实施例2的纳米针状硅灰石粉按重量份数计为45.0份，交联剂2.0份，余同实施例1。

实施例3

本实施例2与实施例1的区别在于，本实施例2的纳米针状硅灰石粉按重量份数计为50.0份，交联剂2.5份，余同实施例1。

将实施例1-3所得风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1

其中：M(1+4)100℃为门尼粘度；

ML为硫变仪上170℃*15min的最低转矩；

MH为硫变仪上170℃*15min的最高转矩；

t10为硫变仪上170℃*15min的工艺焦烧时间；

t90为硫变仪上170℃*15min的工艺正硫化时间。

由表1可知，实施例1-3所得绝缘料的拉伸强度与热稳定性能高，拉伸强度在12.0N/mm²以上，热老化条件在150℃168hr，拉伸强度与断裂伸长率在老化前后的保留率在70％以上，电绝缘性能良好，20℃体积电阻率在1.0*10¹⁴Ω.m以上，介电强度高达38.0kV/mm以上，介质损耗因素tgδ(50Hz,20℃)在0.005以下，相对介电常数(50Hz,20℃)在2.2以下，完全可以取代美国伊士曼公司(ECC)生产的EPR3728料。

本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组份：

2.根据权利要求1所述的一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，其特征在于，所述特种弹性体为Mitsui Elastomer X-75，于190℃、2.16kg负荷时的熔体流动速率为4.5g/10分，密度893.0kg/m³，特种弹性体中的第三单体种类为双环戊二烯，其含量占特种弹性体总量的4.0％。

3.根据权利要求1所述的一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，其特征在于，所述纳米针状硅灰石粉在800℃时的热膨胀系数为6.5×10^-6～6.71×10^-6，D50粒径在1.50-2.50μm。

4.根据权利要求1所述的一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，其特征在于，所述防老剂为长效防老剂L。

5.根据权利要求1所述的一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，其特征在于，所述硅烷偶联剂型号为A-174。

6.根据权利要求1所述的一种风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料，其特征在于，所述交联剂为DCP交联剂。

7.一种根据权利要求1-6任一所述的风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、配料及混炼

按重量份数计，先将100.0份特种弹性体加入密炼机，混炼时间1.5±0.5min，待胶料包辊后加入5.0份间接法氧化锌、5.0份红丹、3.0份防老剂、1.0份硅烷偶联剂及占总量的1/2重量的纳米针状硅灰石粉，混炼3±0.5min；随后，加入余量的纳米针状硅灰石粉，混炼时间4±1min，待负荷稳定后，于110～130℃温度时排胶；

步骤2)、滤胶

步骤3)、一段造粒

步骤4)、加硫

将步骤3)所得一段粒料计量后加入密炼机，再加入1.5～2.5份交联剂，混炼温度95℃～115℃，混炼时间2.0±0.5min，排胶；

步骤5)、二段造粒

将步骤4)所得物料加入至造粒机进行混炼造粒，得所需风电用66kV高强度高耐热HEPR绝缘料。