[发明专利]一种高压直流电缆料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

   本发明涉及一种高压直流电缆料，本发明还涉及该高压直流电缆料的制备方法，以及在高压直流电缆中的应用，属于电气绝缘材料技术领域。

背景技术

高压直流输电技术有许多优点, 如线路成本纸、线路损耗小、没有无功功率、电力连接方便、容易控制和调节, 尤其是在长距离输电中直流电力系统已经广泛采用，成为目前电气工程领域研究的热点。高压直流塑料电缆是直流输电的关键设备之一，相对于油纸绝缘直流电缆，具有体积小、输送容量大、免维护等优势，因此研究和开发直流塑料绝缘电缆对直流输电至关重要。聚乙烯具有高介电强度和低介电损耗，被广泛应用于电力电缆的绝缘材料中，然而，用于高压领域的直流电缆在运行过程中，聚乙烯的低电导率特性使得内部积聚的空间电荷难以扩散，引起局部场强的严重畸变。研究表明，空间电荷效应造成的局部场强畸变，会达到稳态场强的5-7倍。当绝缘层表面局部场强达到一定值时，便会引发局部放电、树枝化等绝缘老化现象，大大降低电缆的使用寿命。

因此，研制高压直流聚乙烯电缆的关键就是如何抑制绝缘材料中的空间电荷积聚。现有技术表明，通过接枝或者共聚的方法，将极性单元引入到聚乙烯的侧链或主链中（如中国专利号CN1292147A，美国专利号US6670554B1），可以有效的抑制聚乙烯电缆材料内部阳离子的移动，进而抑制它们的积聚形成空间电荷包，但是，对分子半径较小的阴离子，此方法的抑制效果并不是很明显。进一步检索发现，向聚乙烯材料中均匀添加无机纳米颗粒，也可以有效地抑制材料内部空间电荷的积聚。但是由于具有极高的比表面积，纳米颗粒极容易团聚，造成在聚乙烯复合材料中分布不均；并且纳米颗粒自身较高的极性使其与低极性的聚乙烯基体相容性很差，导致界面缺陷增加。这些都反而使聚乙烯纳米复合材料内部的空间电荷分布比纯聚乙烯材料内部空间电荷分布更差，造成空间电荷积聚，局部场强畸变更严重。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高压直流电缆料，该电缆料内部的局域电场分布，原料选择新颖，产品性能优良。

本发明的另一目的是提供上述高压直流电缆料的制备方法，该方法选用接枝改性的聚乙烯，该聚乙烯通过熔融接枝在聚乙烯链上引入极性的侧链，并选用了表面进行硅烷改性核-壳型双组份无机纳米颗粒，可使纳米颗粒均匀分散在聚乙烯基体中，且与基体相容性良好，存在共价键相互作用，达到抑制电缆材料内部空间电荷积聚，改善其内部场强的目的。

本发明的还一目的是提供该高压直流电缆料应用于高压直流电缆中的应用，该电缆料应用在电缆中能实现了对电缆内部空间电荷积聚现象的有效抑制，性能良好。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

以低密度聚乙烯55~85重量份，接枝改性的聚乙烯15~45重量份，硅烷偶联剂处理的无机纳米填料0.5~3重量份，抗氧剂0.05~0.5重量份，交联剂0.1~3重量份和抗铜剂0.05~0.5重量份为基本组成，在100~120 ^oC的密炼机中，先将低密度聚乙烯，接枝改性的聚乙烯，抗氧剂和抗铜剂放入混炼3~5分钟，待聚乙烯熔融后加入硅烷偶联剂处理的无机纳米填料，继续混炼5~10分钟，然后加入交联剂，再混炼10~15分钟，得到可以用于高压直流电缆的聚乙烯纳米复合材料。

本发明所选的低密度聚乙烯密度小于或等于0.926 g/cm³, 熔体流动指数为0.5~15 g/10min，结晶度小于10%。 

本发明所述的接枝改性的聚乙烯为马来酸酐接枝聚乙烯，甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯或丙烯酸接枝聚乙烯中的一种或几种，接枝率为0.38%~1.85%。其中聚乙烯为上述低密度聚乙烯，接枝改性采用熔融接枝，引发剂为过氧化物类引发剂，可以为过氧化二异丙苯，过氧化二叔丁基或双（特丁基过氧化异丙基）苯中的一种。

本发明所述的硅烷偶联剂处理的核-壳型双组份无机纳米填料为核-壳型双组份纳米氧化物颗粒，具体来说，可以是硅烷偶联剂处理的氧化镁@二氧化硅、二氧化钛@二氧化硅或三氧化二铝@二氧化硅中的一种，其中内核的粒径为20~50 nm，壳层厚度为3~10 nm。该核-壳型双组份纳米氧化物颗粒的制备，以硅烷偶联剂处理的氧化镁@二氧化硅为例，具体包括以下几个步骤：

(1). 称取步骤纳米氧化镁颗粒（南京海泰纳米材料有限公司，HTMg-01）3~5 g，加入100~200 mL异丙醇，超声，得到氧化镁的悬浮溶液A；