[发明专利]一种硅橡胶基直流电缆附件材料及其制备方法

说明书

本发明属于直流电缆附件材料领域，具体涉及一种硅橡胶基直流电缆附件材料及其制备方法。本发明首先通过静电纺丝、马弗炉煅烧工艺制备一定尺寸的钛酸铜钙纳米纤维，通过原位聚合法将钛酸铜钙纳米纤维均匀分散在液体硅橡胶中，然后经热压硫化成型制得硅橡胶基直流电缆附件材料。本发明所制备的电缆材料具有较为稳定的击穿电场强度、较低的阈值电场强度及较高的非线性系数，解决了直流高压电缆附件内由于材料的电导率性能差异和界面上的空间电荷积累而引起的电场畸变的技术难题。本发明制备方法工艺及所需设备简单，成本低廉，容易实施。

技术领域

本发明属于直流电缆附件材料领域，具体涉及一种硅橡胶基直流电缆附件材料及其制备方法。

背景技术

科技的快速进步，促使输电电压等级不断提高，对直流高压电缆输电线路而言，电缆附件是其最薄弱的环节。由于附件内各组成材料电导性能的差异、温度梯度及界面空间电荷积累等使电缆附件内电场分布畸变严重，致使电缆附件的绝缘性能下降，甚至发生击穿，造成重大电力事故。

硅橡胶是一种具有稳定化学结构的高聚物，具有良好的电绝缘性、抗老化性、温度特性和机械性能，被广泛的应用于制作直流电缆附件。在硅橡胶中添加电导率具有场强依赖性的无机填充相可以制得非线性绝缘材料，其突出优点是在不均匀直流电场下能自行均化电场分布，因此又被称为智能绝缘材料。

目前，在制备非线性电缆附件材料时，往往在提高了电缆附件材料电导非线性性能的同时降低了电缆附件材料的防击穿性能，影响了电缆附件材料的整体性能。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种硅橡胶基直流电缆附件材料及其制备方法。

一种硅橡胶基直流电缆附件材料的制备方法步骤如下：

一、按一定摩尔比分别称取单水醋酸铜和四水硝酸钙以及量取钛酸正四丁酯；再根据钛酸正四丁酯的体积按一定体积比分别量取无水乙醇和乙酸，将无水乙醇、乙酸依次倒入烧杯并搅拌均匀，将单水醋酸铜加入上述混合溶液并使其完全溶解，再向混合溶液中加入四水硝酸钙，使四水硝酸钙完全溶解得到澄清的混合溶液；将钛酸正四丁酯加入所述澄清的混合溶液，持续搅拌使钛酸正四丁酯均匀分散于混合溶液中；最后将聚乙烯吡咯烷酮分批多次加入到上述混合溶液中，经搅拌使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，制得的胶状液体即为钛酸铜钙纳米纤维纺丝前驱液；

二、用注射器抽取步骤一所制钛酸铜钙纳米纤维纺丝前驱液进行静电纺丝，制得非晶态钛酸铜钙纳米纤维；将所述非晶态钛酸铜钙纳米纤维放入马弗炉中煅烧制得晶化的钛酸铜钙纳米纤维；

三、分别量取同等体积的A、B双组份液体硅橡胶倒入不同烧杯中，准确称取两份同等质量的步骤二所制晶化的钛酸铜钙纳米纤维并分别加入到A、B双组份液体硅橡胶中，室温下分别持续搅拌使钛酸铜钙纳米纤维均匀分散于液体硅橡胶中，再将A、B双组份液体硅橡胶混合在一起并继续搅拌一定时间，制得钛酸铜钙纳米纤维的体积比含量为1-3vol.％的混合均匀的液体掺杂硅橡胶；

四、将步骤三所制液体掺杂硅橡胶置于真空条件下室温搅拌一定时间，再将其倒入模具中并放置在真空烘箱内于室温下进行抽真空处理；

五、从真空烘箱中取出经抽真空处理的装有液体掺杂硅橡胶的模具，将模具上下两面用钢板固定并放入平板硫化仪中进行高温硫化成型处理，制得硫化成型的硅橡胶基直流电缆附件材料；将所述硫化成型的硅橡胶基直流电缆附件材料从模具中取出并放入恒温烘箱中进行二次硫化处理，制得钛酸铜钙纳米纤维体积比含量为1-3vol.％的硅橡胶基直流电缆附件材料成品。

进一步的，步骤一所述摩尔比为：单水醋酸铜:四水硝酸钙:钛酸正四丁酯＝1:3:4，所述体积比为：钛酸正四丁酯:无水乙醇:乙酸＝3:50:1；所述持续搅拌是以100-300r/min的搅拌转速搅拌40min；所述聚乙烯比咯烷酮分子量为1300000，混合溶液的体积与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为14.1-14.5ml：1g，所述使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解是以100-300r/min的搅拌转速搅拌24h。