[发明专利]一种空间电荷快速消散的硅橡胶绝缘材料制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电器工程领域，具体的说，是涉及一种制备具有空间电荷快速消散作用的直流电缆附件硅橡胶增强绝缘材料的装置及方法。

背景技术

随着工业化的不断发展以及科学技术的不断进步，聚合物基固体介质材料在高电压工程、电力电子、微电子绝缘以及各类依赖电荷驻留和极化等行为的特种传感器中的应用越来越广泛。特别是近年来以聚合物为基础材料的聚合物纳米复合材料异军突起，成为电气绝缘以及相关专业领域的研究热点。

硅橡胶复合绝缘以其优异的介电性能、耐高低温性能、拉伸性能等而被用作电缆附件增强绝缘。而对于直流电缆附件来说，由于硅橡胶增强绝缘长期处于单极性电场的作用下，绝缘材料内部存在的各种界面、缺陷或者杂质会导致绝缘材料内部发生界面极化行为以及空间电荷的注入，从而在缺陷处形成空间电荷的积聚现象。空间电荷的产生和积聚会造成绝缘介质局部形成高场强，进而引发局部放电，导致聚合物分子键的断裂和自由基的形成，加速介质老化，进而影响电介质材料的介电强度；另一方面，随着电介质介电强度的下降，空间电荷诱发放电通道的形成，在固体绝缘材料内极易引发电树枝放电而导致绝缘材料的击穿，导致运行事故的发生。直流电缆附件已经成为直流电缆输电系统中的关键部位和薄弱环节，而空间电荷的注入和积聚正是造成这一问题的根本原因，成为了直流电缆附件发展中所亟待解决的关键问题。

目前，固体绝缘介质的空间电荷抑制方法理论上主要分为两类：一是固体绝缘介质本体改性，目前最常用的就是无机纳米颗粒复合电介质。但是由于工业中直流电缆附件内的硅橡胶增强绝缘需要填充大量的气相白炭黑、结构化控制剂、抗撕裂剂与硫化剂等添加剂以提高其电气和机械等性能，因此硅橡胶绝缘内部被引入大量的化学杂质成分，因而已有实验证明无机纳米颗粒填充的方法对于添加了一定配合体系的硅橡胶增强绝缘并不适用。二是固体绝缘介质表面改性，在其表面增加电荷屏蔽层，从而达到抑制空间电荷注入的作用。目前常用的方法是在聚合物表面粘贴一层绝缘薄膜，但这种方法虽然可以抑制空间电荷的注入，但是同时也改变了绝缘结构和电场分布情况，直接影响了硅橡胶绝缘的介电、击穿和闪络性能等等，因此此类方法至今依然未见相关应用的报道。

因此，如何在不影响硅橡胶绝缘基体介电性能的情况下在其表面引入一个空间电荷屏蔽层目前仍是一个难题，直流电缆附件内部硅橡胶增强绝缘空间电荷问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中直流电缆附件硅橡胶增强绝缘易产生电荷积聚的不足，提供一种空间电荷快速消散的硅橡胶绝缘材料制备装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空间电荷快速消散的硅橡胶绝缘材料制备装置，包括电子天秤、干燥箱、硫化机和用于硅橡胶基体与填料共混的混炼机，所述混炼机包括辊筒、加热装置、转速调节装置和定时装置。

一种空间电荷快速消散的硅橡胶绝缘材料制备装置的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过电子天秤称取硅橡胶基体和填料；所述填料包括纳米二氧化硅、六甲基二硅氮烷、多乙烯基硅油、微米碳化硅和双二五硫化剂；

(2)将上述硅橡胶基体和填料置于60℃的干燥箱中备用；

(3)对混炼机辊筒加热并使辊筒温度保持在30-50℃，调节辊筒转速为20-40r/min；将硅橡胶基体投入辊筒混炼2-4min；

(4)将纳米二氧化硅和六甲基二硅氮烷同时加入到辊筒中与硅橡胶基体混合，继续混炼8-12min；

(5)将多乙烯基硅油加入辊筒，继续混炼8-12min；

(6)将微米碳化硅加入辊筒，继续混炼12-18min；

(7)将双二五硫化剂加入辊筒，继续混炼10-15min后得到未硫化胶料；

(8)将硫化机预热至160℃并保持温度恒定，取出未硫化胶料并放置于硫化机中，在10MPa的条件下热压15min后得到空间电荷快速消散的硅橡胶增强绝缘材料。

所述硅橡胶基体、纳米二氧化硅、六甲基二硅氮烷、多乙烯基硅油、微米碳化硅和双二五硫化剂的配比为：100:20:5:1.3:30:1。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明的优点和有益效果：

(1)显著提高硅橡胶绝缘材料中空间电荷的消散过程；

(2)不影响电缆附件硅橡胶增强绝缘自身的机械性能；

(3)生产工艺及流程简便，且反应过程稳定可控。

附图说明