[发明专利]一种抗水树型交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆绝缘材料技术，尤其是一种新型抗水树型交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)是利用化学方法或物理方法，使聚乙烯分子由线型分子结构变为三维网状结构，热塑性材料变为热固性材料，工作温度从70℃提高到90℃，显著提高了材料性能。自五十年代问世以来，因其性能卓越、制造工艺简单、维修容易等优点，在输配电系统、工业装置或其他需要大容量用电领域得到广泛应用。

早在上世纪60年代人们就发现塑料电缆绝缘在电场和水的作用下其内部会产生树枝状放电通道，称为“水树”。“水树”会随着时间的发展继续生长，最终导致电缆绝缘层被击穿，成为电缆早期损坏的重要原因。

XLPE电缆的水树枝老化现象主要可归纳为以下几点：(1)同时存在水和电场时才会发生水树枝，即使在较低的电场下也会发生水树枝；(2)水树枝是直径在0.1到几个μm的充满水的气隙集合；(3)绝缘中存在的杂质、气孔以及绝缘表面内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点；(4)在交流电场下比在直流电场下容易产生水树枝，交流电频率越高，发展速度越快；(5)温度高时容易发生水树枝。

随着对水树研究广泛深入的持续进行，许多提高电缆长期寿命特性的方法被采用，包括采用抗水树作用的绝缘材料、挤包半导电屏蔽、设计防水的电缆结构，以及改进绝缘制造的工艺条件。

人们提出了许多改进材料抗水树性能的方法，这些方法可以归纳为两类：第一种方法是将与基体材料分子链有亲和作用的添加剂与聚合物材料混合以获得抗水树特性。这种方法以美国陶氏化学公司为代表。第二种方法是改变聚合物材料本身的性质，即改变聚合物分子结构、聚合物结构形态，或者采用不同聚合物材料共混，或者采用聚合物合金。这种方法以欧洲最主要的电缆用聚烯烃供应商北欧化工为代表采用共聚物。这些共聚物含有过氧化物交联剂，在高温采用化学方法进行交联反应从而得到交联聚乙烯绝缘材料。

目前人们已经采用多种措施来解决绝缘料中的水树问题，包括较成熟的使用添加剂聚乙二醇(PEG)的方法以及离聚物等来改进绝缘料的抗水树性能。然而目前各种技术虽然在抗水树方面具有一定效果，但是对绝缘料的加工性能(析出问题)以及绝缘材料的介电损耗、介电强度等电性能却带来负面影响。生产时为了获得电力电缆所需要的各种性能从而在绝缘料中加入不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂。此外，目前最常见的交联聚乙烯绝缘材料都采用化学交联的方法制备，这样不仅需要高温条件消耗能源，而且过氧化物分解产物同样存在，这样不但影响到电缆绝缘材料的纯净度，同时很大程度上改变了原有基材的聚集态结构，从而影响了产品的性能，很难在各种性能之间达到一种合适的平衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种抗水树型交联聚乙烯电缆绝缘材料及其制备方法。通过熔融共混和物理辐照交联等方法将含有不饱和度的水树抑制添加剂以化学键的方式嫁接到基体树脂的大分子链上，从而解决了抗水树添加剂与聚乙烯之间的相容性和析出等问题。该电缆绝缘材料具有较强的抗水树性能，较好的介电性能和适用性，前期可以在较高温度加工，大大提高生产效率，后续成型采用高能射线辐照加工，清洁、高效，无需高温等苛刻条件，能耗低，最大优势是不用担心电缆运行过程中添加剂的析出等问题。

本发明的技术方案：一种抗水树型交联聚乙烯电缆绝缘材料，包括以下重量份的预混料：

所述的主抗氧剂是抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂264、抗氧剂2246中的一种或几种复配。

所述的辅助抗氧剂是亚磷酸酯类抗氧剂168、抗氧剂PEP-36、有机硫化物DLTP和DSTP中的一种或几种复配。

所述的不饱和聚醚的分子量为400～5000。

所述的辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯(TMPDA)中的一种或或几种复配。

一种抗水树型交联聚乙烯电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：先将重量份的聚乙烯100份，主抗氧剂0.1～0.6份，辅助抗氧剂0.05～0.2份，不饱和聚醚0.5～5份，辐照敏化剂1～3份原料预混合均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，工艺温度在120～230℃之间，即得到抗水树电缆料；再在抗水树电缆料成型后在真空或惰性气氛条件下采用高能射线进行辐照加工处理制得交联聚乙烯电缆，辐照剂量在50～200kGy。