[发明专利]一种场致增强型非线性电导聚乙烯复合绝缘材料制备方法

说明书

本发明公开了一种场致增强型非线性电导聚乙烯复合绝缘材料制备方法。属于高电压绝缘技术领域，要解决的问题是：提供一种可以有效抑制绝缘结构中电场畸变，均化电场分布的方法。本发明的工作原理是：在聚乙烯绝缘中少量添加具有羟基和醚键官能团的有机助剂即烯丙基聚氧乙烯醚，可有效提高复合材料的场致增强型非线性电导及极化率，降低高场强区的电场强度。本发明所使用的有机助剂作为一种化学原材料，无毒、无刺激性，对环境友好，相对于其他非线性填料，简单易得，价格低廉，且因为同样是有机物，与聚乙烯基体有良好的相容性，具备优异的均化电场能力。

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种场致增强型非线性电导聚乙烯复合绝缘材料制备方法。

背景技术

近年来，电力设备向更高电压等级发展，电子器件向小型化、高密度化方向发展，这就导致绝缘结构设计工作场强不断提高，而工作场强的不断提高又容易使局部电场发生畸变，造成局部电场集中，长期如此将会降低设备与器件的长期运行可靠性。无论是电子设备还是电子器件，它们绝缘电场的不均匀性会随工作电压等级的提高而提高，这大大制约了电力设备和电子器件的进一步发展。如何均化电场强度分布，降低局部区域最大电场强度，提高绝缘利用系数，这一关键问题急需解决。

目前电场应力控制方法有几何应力控制、电应力层控制、阻抗应力控制和非线性应力控制。

几何应力控制是通过改善电极结构和附加导电层来实现电场应力控制,安装应力锥也属于几何应力控制。使用罗戈夫斯基形状的电极，可以使沿电极边缘的电场保持恒定。在电应力集中区域加入导电层可以降低整体电场强度，但相邻层之间的电场会增加，所以导电层的层数要受两导电层之间可达到的最小厚度和最大允许电场强度的限制。

电应力层控制是通过将高介电常数的绝缘材料附在高场强区域如电缆附件的屏蔽层断口，降低该处的电应力。要求选用的电应力层材料的介电常数一定要远远大于绝缘和环境的介电常数，该方法的工作原理是电容值与介质材料的介电常数成正比，在电应力集中的区域附加电应力层，可以增加绝缘层表面电容，降低该区域电位，均化电场。该技术的主要限制是材料的介电常数越高，介电损耗就越大，为防止局部过热，电缆附件必须要有足够的热传递。

阻抗应力控制是通过将导电粒子如炭黑添加到绝缘基体中，改变其体积电阻来实现电场应力控制。从电压分布与压控管导电性的关系研究中可以得出压控管的阻抗无论过高还是过低都会导致应力控制不足。压控管的导电性可由导电添加剂(如炭黑颗粒)的含量控制，也与添加剂的其他参数如粒径、颗粒表面处理、颗粒均匀分散性等有关。

非线性应力控制是通过非线性材料来实现电场应力控制。在绝缘基体中添加无机颗粒会使复合材料具有场致电导特性，强电场区域的绝缘材料电导率将会增加，降低该区域的电场强度。无机颗粒需相互接近，形成导电区域，当无机颗粒之间的电场强度足够高时，电子通过肖特基发射和隧道效应越过界面，复合介质表现出非线性。因此，无机颗粒的粒径、填充等级和在基体中分布是影响它性能的重要因素，目前还不能实现无机颗粒在基体中的均匀分布。

发明内容

针对上述问题的局限性，本发明提供一种场致增强型非线性电导聚乙烯复合绝缘材料制备方法，由于同样是有机物，烯丙基聚氧乙烯醚与聚乙烯基体有良好的相容性，将它与聚乙烯共混可以使复合材料的电导呈梯度分布，要解决的技术问题是提供一种使聚乙烯绝缘材料具有场致增强型非线性电导的制备方法。

本发明的技术要点之一是，所选用的有机助剂是具有羟基和醚键官能团的有机助剂即烯丙基聚氧乙烯醚，分子量为1000。

本发明的技术要点之二是，烯丙基聚氧乙烯醚被引入聚乙烯基体后，材料被赋予了场致增强型非线性电导特性，且随浓度增加，电导率和非线性系数也随之增加；根据电磁场的边界条件，直流电场下，电场强度与电导率呈反比例分布，随着电导率的提高，电场强度得到降低。