[发明专利]一种高压直流电缆用抑制电荷交联绝缘材料及制备方法

说明书

本发明属于改性电缆材料领域，提供了一种高压直流电缆用抑制电荷交联绝缘材料及制备方法。该方法将水合氯化锡与碳酸锂混合，加入氨水进行反应，然后真空抽滤、洗涤、干燥后高温处理，得到纳米导电陶瓷粉末，然后分散于低密度聚乙烯、抗氧剂及填料的预混料中，熔融挤出定型后进行电子束辐照，即可得改性交联乙烯电缆料。与传统方法相比，本发明制备的电缆材料具有优异的电导特性和抑制空间电荷能力，导电粉末与树脂的相容性好，是力学性能和电气性能极佳的高压直流电缆材料，同时在使用中损耗低、载流量大、质量轻、安装容易且环境适应性好，应用前景广阔，并且整个制备过程简单，能耗低，成本较低，可规模化推广生产。

技术领域

本发明属于改性电缆材料领域，提供了一种高压直流电缆用抑制电荷交联绝缘材料及制备方法。

背景技术

电气绝缘材料是制造电气及电子设备的关键基础材料，对电气及电子设备的使用寿命和运行可靠性具有决定性的作用。随着电力资源的日益紧缺，传统的交流输电方式由于高损耗、高成本等缺点而有被低损耗、低成本的塑料高压直流输电方式所取代的趋势，对绝缘材料的要求也越来越高。

现阶段，高压直流输电主要采用油纸绝缘高压直流电力电缆和直流塑料电缆，但是，油纸绝缘电缆的制造工艺复杂，运行维护成本高，在电缆温升较高的情况下，由于油的黏度降低会向低势位迁移，导致少油部分的绝缘强度降低以及多油部位的压力增大，以致电缆局部受压膨胀变形甚至损坏。挤压型聚合物直流电缆，也称为直流塑料电缆，其内部绝缘介质主要为聚乙烯，结构简单而坚固，适合大规模应用于海底或陆上的直流输电电缆线路。相对于油纸绝缘直流电缆，交联聚乙烯直流电缆柔软性好，制造安装容易；介质损耗和导体损耗低，载流量大；可以使电缆在较高的电场下运行，减薄绝缘厚度，电缆外径缩小，质量减轻；同时又具有环保方面的优势，具有更广阔的应用情景。因此，研究和开发塑料绝缘直流电缆对直流输电至关重要。

然而，高压直流电缆中存在空间电荷，空间电荷会导致聚乙烯电缆绝缘内局部电场畸变和电气性能下降，尤其是在实际运行中，温度梯度效应会加剧电缆外绝缘层电场的畸变，降低电缆的使用寿命。为此，研究如何抑制聚乙烯绝缘中空间电荷的产生对于直流电缆的研制具有实际应用意义。随着绝缘材料和纳米技术的发展，在绝缘介质中通过特定工艺添加功能纳米材料，可以在一定程度上抑制高压直流电缆中的空间电荷。其中，如何控制纳米粒子在聚乙烯中的空间分布成为关键。当聚合物材料中添加纳米粒子后，纳米粒子与聚合物、纳米粒子之间会形成界面效应，这些界面会间接影响载流子的迁移以及复合电介质内部载流子的浓度。研究表明，纳米粒子的引入可以使直流电场与温度梯度场下聚乙烯纳米复合材料内的空间电荷积聚和局部电场畸变得到削弱，直流击穿场强提高，同时使聚乙烯纳米复合材料的体积电阻率随着温度的升高呈现先升后降的趋势。

目前国内外在高压直流电缆的绝缘材料，尤其是聚乙烯绝缘材料方面已取得了一定成效。其中王诗航等人发明了一种高直流击穿场强的纳米复合交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法（中国发明专利申请号201611193787.3），成分包括：低密度聚乙烯、纳米氮化硼粒子、交联剂和抗氧化剂，此发明制得的绝缘材料能够用于直流电缆的绝缘材料，相比未添加纳米氮化硼粒子的交联聚乙烯其直流击穿场强有明显的增加。另外，张翀等人发明了一种高压直流电缆材料及其制备方法（中国发明专利申请号201510347222.5），包含以下成分：低密度聚乙烯、改性纳米氧化镁、液体石蜡、抗氧剂300和苯偶酰类化合物，此发明提供的方法采用滚筒球磨法制备改性纳米氧化镁，再将原料预混，最后造粒制得高压直流电缆料，具有优异的抑制空间电荷积聚特性，高击穿场强，可满足100kV高压直流电缆输电要求。