[发明专利]可交联聚乙烯组合物及其制备方法与应用、交联聚乙烯及其应用

说明书

本发明涉及聚烯烃领域，公开了一种可交联聚乙烯组合物及其制备方法与应用、一种交联聚乙烯及其应用。组合物包括聚乙烯、交联剂、至少一种含磷助剂和至少一种含氮助剂；相对于100重量份的聚乙烯，所述交联剂的用量为1‑2.5重量份，所述含磷助剂的用量为0.1‑3重量份，所述含氮助剂的用量为0.1‑2重量份。可交联聚烯烃组合物具有优异的直流击穿强度，并能够抑制空间电荷注入与积聚，将其用于高压绝缘电缆或超高压绝缘电缆时，能够显著改善电缆的长期运行稳定性，延长电缆使用寿命。

技术领域

本发明涉及聚烯烃领域，具体涉及一种可交联聚乙烯组合物及其制备方法与应用、一种交联聚乙烯及其应用。

背景技术

高压电力系统输电方式分为高压交流和高压直流。与交流输电系统相比，高压直流输电系统具有线路成本低、线路有功损耗小，调节速度快，运行稳定可靠等优点，近年来逐渐成为高压和特高压输电的发展重点。高压直流电缆按照绝缘类型主要可分为3种，包括充油式(oil-filled，OF)电缆、黏性浸渍纸式(mass-impregnated，MI)电缆和挤包绝缘(extruded insulation)电缆。交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆因其重量轻、工作温度高、输送功率大等优点近年来在高压直流(HVDC)输电工程中得到了大量应用及发展。直流电缆电压等级和输送功率的提高主要依赖于XLPE材料的绝缘性能。直流电缆绝缘料的绝缘性能一般用材料的直流特性击穿强度来表征。XLPE绝缘料在直流电缆中应用的最大问题是空间电荷的注入与积聚问题。空间电荷积聚易引起局部电场畸变，加速绝缘介质的老化与破坏过程。

CN107698711A提供了一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层及其制备方法。该专利以热塑性聚乙烯材料为基体，按提供的原料配比制备出含有可接枝极性基团的聚乙烯组合物，该组合物在挤出机中熔融挤出后，经过交联管道进行化学交联，在聚乙烯材料交联的同时，在其分子链上接枝具有极性基团的小分子(即氯乙酸丙烯酯(CAAE))，得到一种可明显抑制空间电荷的接枝交联聚乙烯绝缘层。将本发明提供的接枝极性基团的交联聚乙烯绝缘层应用于高压直流电缆，能够抑制直流电场作用下输电电缆材料内部空间电荷积聚的问题。通过所述制备方法制备的接枝交联聚乙烯绝缘层不仅抑制空间电荷性能优良，而且具有较高的直流击穿强度和较低的电导率。然而，上述交联接枝反应较难控制，易出现反应残留物，从而引入杂质，影响材料的均一性和材料的电气性能。

CN103396601A提供了一种高介电性能聚乙烯复合材料。该复合材料包含：低密度聚乙烯和聚乙烯咔唑；抗氧剂的质量百分数为0.5％；其中聚乙烯咔唑的质量百分数为0.5％-3％；所述的抗氧剂是四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。该高介电性能聚乙烯复合材料在聚乙烯中添加一定量的聚乙烯咔唑，其空间电荷的密度明显小于纯的低密度聚乙烯，聚乙烯中添加聚乙烯咔唑能明显改善聚乙烯内部空间电荷的分布；同时聚乙烯卡唑的加入也使得材料具有更高的击穿强度。然而，聚乙烯咔唑对材料的电气性能改善有限，且聚乙烯咔唑的加工温度很高(250℃左右)很难与低密度聚乙烯混合均匀制得性能一致性较好的材料。

CN108395601A公开一种苯偶酰衍生物抑制高压直流电缆空间电荷的方法，该方法主要步骤包括：按照质量比为100：0.1：2：0.5，将低密度聚乙烯与抗氧剂、交联剂和4,4'-双二甲氨基苯偶酰置于密炼机中在温度110℃充分混合后得到密炼混合物；预热充分融化；充分交联；维持压力不变使交联聚乙烯试样自然冷却至室温后，取出试样压制；置于真空箱内干燥。本发明显著抑制XLPE内空间电荷的注入和积聚，加速了XLPE内空间电荷的消散。然而，该组合物中加入苯偶酰衍生物可在一定程度上改善XLPE材料的空间电荷性能，但并未提及其对XLPE材料的直流及穿强度有任何改善。