[发明专利]抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆(以下简称交联电缆)在电场和水的作用下会产生树枝状放电通道，这种现象称为水树。水树会随着时间的发展继续生长，最终导致绝缘击穿，成为电力电缆早期损坏的重要原因；普通的交联电缆的生产及应用已有近三十年的历史，其在干燥环境下具有优良的电气和机械性能，但在实际应用中电缆敷设的环境通常比较恶劣，电缆经常需要短期或长期浸泡在水中，或者处在潮气湿度很大的环境下，而普通交联电缆完全不具有抗水树能力，在长期使用下绝缘会逐渐吸收环境中的水分，再由于电缆绝缘中存在大量的微小空隙，因此在微孑L中会充满水分，而充水微孑L可在很低的电压下产生水树。在电场的长期作用下，电缆绝缘层中会引发大量的水树枝，水树老化使绝缘分子开裂；当微孔中水树达到饱和状态时，绝缘电气和机械性能将急剧下降，导电的水树枝(电树枝)会损耗大量的电能，并最终引起电缆绝缘层的击穿，从而大大减少电缆寿命。

针对XLPE电缆绝缘水树枝老化的问题，目前已见的化学改性方法主要是通过在聚乙烯结构中引入极性基团以增加其抗水树性能，如使用EAA、SEBS等与聚乙烯共混。而物理改性方法则主要通过将无机纳米粒子分散到聚乙烯基体中以增加其抗水树性能。但无机纳米粒子较易团聚，且不易与树脂基体相容，很难树脂基体中均匀分散，因此较难发挥作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种节约成本但又具有有优异的抗水树性能，同时其耐热性能、冲击强度和介电性能也显著优于普通聚乙烯绝缘料的抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料，其包括的成分及重量份是：

优选地，硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

优选地，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或两种的混合。

优选地，所述抗氧剂为抗氧剂300、抗氧剂1010、抗氧剂1024或抗氧剂697一种或几种的混合一种或几种的混合。

一种电缆，该电缆包括以上所述的抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料。

一种抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照以下重量分数准备原料：

(2)利用硅烷偶联剂将纳米SiO₂粒子进行表面处理；

(3)将已表面处理的纳米SiO₂粒子、交联剂、抗氧剂按配比加入至聚乙烯树脂中，经机械共混、双螺杆挤出造粒，最终得到均一的抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料。

本发明的有益效果是：本发明采用硅烷偶联剂将纳米SiO₂粒子进行表面处理，降低其表面能，使其不易团聚，其次也使得该纳米粒子与聚乙烯树脂基体具有良好的相容性，较易在树脂基体中均匀分散，以达到纳米级尺寸分散的目的，使其具有优异的抗水树性能。同时其耐热性能、冲击强度和介电性能也显著优于普通聚乙烯绝缘料，性能完全符合JB/T10437-2004《电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料》的标准要求，并且其水树长度与以往抗水树电缆料相比降低了20％左右，其抗水树的老化方法采用IEC/TS61956标准中所推荐的杯状试验装置进行水树的老化试验，试验结果显示本发明的聚乙烯组合物具备优异的抗水树性能。

具体实施方式

本发明所述一种抗水树聚乙烯绝缘纳米复合材料，相比于现有技术中采用物理方法改性使无机纳米粒子分散到聚乙烯树脂中，本发明中采用硅烷偶联剂将纳米SiO₂粒子进行表面处理，降低其表面能，使其不易团聚，其次也使得该纳米粒子与聚乙烯树脂基体具有良好的相容性，较易在树脂基体中均匀分散，以达到纳米级尺寸分散的目的，使其具有优异的抗水树性能。同时其耐热性能、冲击强度和介电性能也显著优于普通聚乙烯绝缘料。