CN114656703A - 一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法，所述材料包括按质量百分计的以下成分：聚乙烯97.5％～99.5％、交联剂0.3％～2％和抗氧剂0.2％～0.5％。本发明提供的绝缘料解决了绝缘材料电缆在500KV高压直流中被直流击穿的问题，该制备方法简单可行，工业化可实施性强。

Description

一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘材料领域，具体涉及一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法。

背景技术

随着电力建设的快速发展，绝缘材料电缆因具有体积小，重量轻，工作温度高，维护成本低以及环保的优点，在生产运输，安装回收等方面被广泛应用。但是由于绝缘材料电导率随温度、场强非线性变化效应过大，现有的聚乙烯电缆绝缘材料只能在低压配电系统中用于直流电能的传输，却无法直接应用在高压直流系统中。

目前，局部电场强度远高于电缆的运行强度，会导致电缆材料直接击穿，同时绝缘材料中的添加剂和交联副产物在直流电场下电离和极化均会加剧聚乙烯绝缘电缆中的电导率非线性变化现象，因此为使绝缘材料电缆适用于更高等级的电力传输，绝缘材料电缆的电阻率、直流击穿问题亟待改善。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法，该材料可解决绝缘材料电缆在高压直流电缆中的直流击穿问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料,其改进之处在于，所述材料包括按质量百分计的以下成分：

聚乙烯97.5％～99.5％、交联剂0.3％～2％和抗氧剂0.2％～0.5％。

优选的，所述聚乙烯为灰分含量≤10ppm的聚乙烯。

优选的，所述聚乙烯为表面残留物含量≤1000ppm的聚乙烯。

优选的，所述聚乙烯为水分含量≤200ppm的聚乙烯。

优选的，所述聚乙烯的分子量分布为4.5～5.8。

优选的，所述聚乙烯在70℃的温度、50kV/mm的施压环境下的体积电导率与在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的体积电导率比值≤500。

优选的，所述聚乙烯在70℃环境温度、0.2mm厚度下的直流击穿场强≥140kV/mm。

优选的，所述聚乙烯在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的空间电荷畸变率≤15.0％。

优选的，所述聚乙烯的熔体质量流动速率偏差≤0.300g/10min。

基于同一发明构思本发明提供了一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，其改进之处在于，所述方法包括：

1)熔融共混：于120℃～160℃下，用双螺杆挤出机将质量组分97.5％～99.5％的聚乙烯与质量组分0.2％～0.5％的抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于60℃～70℃下将步骤(1)得到的产物与质量组分0.3％～2％的交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

(1)本发明提供的技术方案，通过对传统绝缘材料进行改进，解决了绝缘材料电缆在500KV高压直流中的直流击穿问题；

(2)本发明提供的技术方案，完成配方复配批量化生产后水分含量不大于200ppm(卡尔费休法)，减少因含水对电导率影响；

(3)本发明提供的技术方案包括：熔融共混、交联混合和烘干，方法简单可行，工业化可实施性强。

附图说明

图1是本发明提供的一种高压直流电缆用可交联聚乙烯绝缘材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料,所述材料包括按质量百分计的以下成分：

聚乙烯99.5％、交联剂0.3％和抗氧剂0.2％。

在本实施例中，所述聚乙烯为灰分含量≤10ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为表面残留物含量≤1000ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为水分含量≤200ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯的分子量分布为4.5。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃的温度、50kV/mm的施压环境下的体积电导率与在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的体积电导率比值≤500。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃环境温度、0.2mm厚度下的直流击穿场强≥140kV/mm。

在本实施例中，所述聚乙烯在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的空间电荷畸变率≤15.0％。

在本实施例中，所述聚乙烯的熔体质量流动速率偏差≤0.300g/10min。

上述高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，如图1所示，包括：

1)熔融共混：于120℃下，用双螺杆挤出机将所述聚乙烯与抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于70℃下将步骤(1)得到的产物与交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

1)熔融共混：于120℃下，用双螺杆挤出机将质量组分99.5％的聚乙烯与质量组分0.2％的抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于60℃下将步骤(1)得到的产物与质量组分0.3％的交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

实施例2

本发明提供了一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料,所述材料包括按质量百分计的以下成分：

聚乙烯97.5％、交联剂2％和抗氧剂0.5％。

在本实施例中，所述聚乙烯为灰分含量≤9ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为表面残留物含量≤970ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为水分含量≤190ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯的分子量分布为5。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃的温度、50kV/mm的施压环境下的体积电导率与在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的体积电导率比值≤495。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃环境温度、0.2mm厚度下的直流击穿场强≥145kV/mm。

在本实施例中，所述聚乙烯在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的空间电荷畸变率≤14.0％。

在本实施例中，所述聚乙烯的熔体质量流动速率偏差≤0.299g/10min。

上述高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，包括：

1)熔融共混：于130℃下，用双螺杆挤出机将质量组分97.5％的聚乙烯与质量组分0.5％的抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于70℃下将步骤(1)得到的产物与质量组分2％的交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

实施例3

本发明提供了一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料,所述材料包括按质量百分计的以下成分：

聚乙烯99.0％、交联剂0.5％和抗氧剂0.5％。

在本实施例中，所述聚乙烯为灰分含量≤5ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为表面残留物含量≤940ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为水分含量≤180ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯的分子量分布为5.5。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃的温度、50kV/mm的施压环境下的体积电导率与在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的体积电导率比值≤296。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃环境温度、0.2mm厚度下的直流击穿场强≥162kV/mm。

在本实施例中，所述聚乙烯在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的空间电荷畸变率13.1％。

在本实施例中，所述聚乙烯的熔体质量流动速率偏差≤0.225g/10min。

上述高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，包括：

1)熔融共混：于145℃下，用双螺杆挤出机将质量组分99.5％的聚乙烯与质量组分0.5％的抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于60℃下将步骤(1)得到的产物与质量组分0.5％的交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

实施例4

本发明提供了一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料,所述材料包括按质量百分计的以下成分：

聚乙烯98.2％、交联剂1.5％和抗氧剂0.3％。

在本实施例中，所述聚乙烯为灰分含量≤6ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为表面残留物含量≤900ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯为水分含量≤175ppm的聚乙烯。

在本实施例中，所述聚乙烯的分子量分布为5.8。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃的温度、50kV/mm的施压环境下的体积电导率与在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的体积电导率比值≤290。

在本实施例中，所述聚乙烯在70℃环境温度、0.2mm厚度下的直流击穿场强≥160kV/mm。

在本实施例中，所述聚乙烯在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的空间电荷畸变率13.0％。

在本实施例中，所述聚乙烯的熔体质量流动速率偏差≤0.220g/10min。

上述高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，包括：

1)熔融共混：于160℃下，用双螺杆挤出机将质量组分98.2％的聚乙烯与质量组分0.3％的抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于70℃下将步骤(1)得到的产物与质量组分1.5％的交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

对上述4个实施例获得的高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料，进行如下测试：

将所述材料在120℃下保温5min并用热硫机5～10MPa将可交联聚乙烯绝缘材料熔化预压制为薄膜状样品，而后升温至180℃进行交联反应同时到温后在5～10MPa保压10min。当交联反应完成后，将样品逐渐冷却至室温，在70℃高温环境内进行除气，尽量去除交联副产物，然后进行绝缘材料试片直流击穿测试，测试方法按照GB/T31489.1进行型式实验,如表1所示：

表1.本发明实各施例验证情况

通过表1可知，本发明的高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料均通过了在500KV高压直流中的直流击穿测试，说明本发明提供的技术方案有效的解决了绝缘材料电缆在500KV高压直流中的直流击穿问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料,其特征在于，所述材料包括按质量百分计的以下成分：

聚乙烯97.5％～99.5％、交联剂0.3％～2％和抗氧剂0.2％～0.5％。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯为灰分含量≤10ppm的聚乙烯。

3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯为表面残留物含量≤1000ppm的聚乙烯。

4.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯为水分含量≤200ppm的聚乙烯。

5.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯的分子量分布为4.5～5.8。

6.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯在70℃的温度、50kV/mm的施压环境下的体积电导率与在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的体积电导率比值≤500。

7.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯在70℃环境温度、0.2mm厚度下的直流击穿场强≥140kV/mm。

8.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯在30℃的温度、10kV/mm的施压环境下的空间电荷畸变率≤15.0％。

9.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乙烯的熔体质量流动速率偏差≤0.300g/10min。

10.一种高压直流电缆用的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

1)熔融共混：于120℃～160℃下，用双螺杆挤出机将质量组分97.5％～99.5％的聚乙烯与质量组分0.2％～0.5％的抗氧剂熔融共混和造粒；

2)交联混合：于60℃～70℃下将步骤(1)得到的产物与质量组分0.3％～2％的交联剂混合；

3)烘干：将步骤(2)得到的混合料烘干，然后冷却至室温得到交联聚乙烯绝缘材料。

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