[发明专利]高介电性能聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及电介质、复合材料技术领域，尤其是指一种高介电性能聚乙烯复合材料。

背景技术：

由于聚乙烯具有优良的电气绝缘性能，成为一种重要的工业材料，在电力系统特别是电线电缆中有越来越广泛的应用。21世纪以来，世界经济飞速发展，人们对电力的需求亦在日益增大，高压直流输电相比传统的高压交流架空输电，由于在线路造价低、输电容量大、无电能损耗、送电距离长、不易老化、寿命长等方面的特出优点，正用于高压电能的传输。但在高压直流传输过程中聚乙烯绝缘电缆中会因空间电荷的大量积累使内部的电场分布严重畸变，局部电场甚至比平均电场高 5-11倍，进而加速塑料电缆的老化和击穿，影响其使用。向聚乙烯中掺杂纳米粒子（比如纳米MgO）制备的纳米复合材料，能在聚乙烯具有优良电气特性外，还具有良好的机械性能，同时能有效抑制聚乙烯中的空间电荷积累，实现高压直流输电。

国外有关纳米MgO/PE复合材料介电性能的研究较早，比较系统，YUJI HAYASE [YUJI HAYASE, HIROYUKI AOYAMA, YASUHIRO TANAKA, et al. Space Charge Formation in MgO/LDPE Nano-composite Thin Film under Ultra-high DC Electric Stress. Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 2006, 126(11): 1084-1089]、TAIMA [TAIMA J, INAOKA K, MAEZAWA T, et al. Observation of Space Charge Formation in LDPE/MgO Nano-composite under DC Stress at High Temperature. Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, China, 2006: 302-305]、YKANEGAE [YKANEGAE E, OHKI Y. Space Charge Behavior in Multi-layered Dielectrics with LDPE and LDPE/MgO Nanocomposites. 2010 International Conference on Solid Dielectrics, Potsdam, Germany, 2010: 4-9]、ISHIMOTO [ISHIMOTO K, TANAKA T, OHKI Y, et al. Thermally Stimulated Current in Low-Density Polyethylene/MgO Nanocomposite, On the Mechanism of Its Superior Dielectric Properties. Electrical Engineering, 2011, 176(3): 1-7]等多位学者对其进行研究，证实加入少量的纳米MgO，可提高复合材料的体积电阻率，抑制复合材料内部空间电荷的积累，提高复合材料的击穿强度。

国内，我们采用共混法制备了MgO/LDPE纳米复合材料，研究发现100nm左右的MgO粒子均匀分散在介质中，并且MgO粒子的加入可以有效抑制复合材料中空间电荷的注入，对复合材料内部的空间电荷有明显的抑制作用；而当纳米MgO粒子的粒径过大或过小时，容易引起空间电荷的注入且空间电荷量分布复杂；同时研究了MgO/LDPE纳米复合材料的制备工艺，并系统研究了纳米MgO含量对复合材料内部空间电荷分布的影响，研究发现纳米MgO含量为0.5-2wt%时，能有效抑制复合材料内部空间电荷的积累，纳米MgO含量为2wt%时效果最理想。聚乙烯/无机纳米复合材料具有聚乙烯（PE）和纳米粒子在混合时，由于极性相差很大，二者相容性不好，纳米粒子在聚乙烯中容分散性不好，易团聚，制备出的聚乙烯/无机纳米复合材料分散性难以控制，制备难度大，性能不稳定。

因此，研究具有高介电性能的聚合物基复合材料具有十分重要的学术意义和实用价值。高介电性能的聚合物基电介质材料无论是在电力工程，具有十分重要的作用，尤其在超高压直流传输电缆中具有重要的应用价值。

发明内容：