[发明专利]检测超高压电缆用可交联乙烯系聚合物链结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及检测超高压电缆用可交联乙烯系聚合物链结构的方法。

背景技术

按耐电压等级，电力电缆可分为低压(1kV以下)、中压(1-10kV)、高压(10-35kV)及超高压(110kV以上)电缆。当前，国外高压输电线路已普遍使用110-330kV交联聚乙烯绝缘电缆，部分500-800kV级电缆的高压交流线路也开始运行，随着经济的发展，工业的进步，我国的电力电缆也在向高压、超高压方向发展。但与此相对应的超高压电缆用超纯净交联聚乙烯电缆料国内目前无法生产，全部都需从国外进口，主要供应商为北欧化工及美国陶氏化学。因此开发高等级绝缘电缆料对我国电缆料质量的提高及电缆行业的发展具有重大的意义。

要开发高等级绝缘电缆料，主要需要解决三个方面的技术难题，第一是超纯净技术的研究，包括基料的纯净度和生产过程中纯净度的控制，纯净度不达标会影响高压电缆的质量稳定性，专利文献1、2主要是提供超净技术的解决方案的。第二是生产工艺和配方的设计，同样有专利文献3、4对这一问题提供解决方案。第三、也是最重要的是构成绝缘电缆料基础树脂结构的研究，基础树脂的结构参数对配方的设计和工艺设计有指导作用，不同的链结构会对应不同的配方和工艺，从而使电缆在实际应用中表现出优异的性能。然而目前，国内对这种能用于超高压电缆的基础树脂结构的研究几乎处于空白状态。造成这一现象的原因，一方面是由于国外的技术封锁，我们不能购买到国外超高压绝缘电缆料料的基础树脂，连相应的牌号和技术指标参数都难以知晓，另一方面是对基础树脂结构的研究相对较难，而且短期内看不到明显的经济效益，所以少有机构对这一领域有深入研究。

我们知道通常用于超高压电缆的聚乙烯是自由基聚合的高压低密度聚乙烯(HP-LDPE)。相比低压聚合的方式(会使用金属催化剂)，高压的自由基聚合的方式中聚乙烯本体中相对遗留的催化剂较少，特别不含金属离子，这对于保持聚乙烯优异的绝缘性能有着非常重要的意义。一般而言，高压低密度聚乙烯具有如下示意性结构所示的典型的支化结构。其中，它的分子结构中含有很多长支链和短支链，其中1000个主链碳原子中含有约15～35个短支链。分子链中同时包含长短支链是高压低密度聚乙烯链结构最显著的特点，使其区别于高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)的链结构，通常后两种聚乙烯的链中只含有短支链。此外，长短支链结合的特点也使得高压低密度聚乙烯链结构的分析更为复杂。

一般而言，短支链和长支链对材料宏观性能的影响是不同的。其中短支链主要影响材料的结晶性能，短支链的含量越高，相应材料的结晶度越低；而长支链主要影响材料的流变性能，简单的讲就是会影响高分子熔体的粘度，影响的方式相对复杂，主要取决于长支链本身的长度和分布。因此，要了解超高压基础树脂的结构参数，必须对短支链和长支链分别进行全面的表征。目前少有企业和机构能针对这一问题提出一套详细的解决方案，大部分的研究都集中在交联聚乙烯电缆绝缘料的结晶性能(即主要针对短支链)。比如专利文献5提出一种检验交联聚乙烯绝缘料结构的方法，还有朱爱荣等采用示差扫描量热法(朱爱荣、曹晓珑等，《电线电缆》，2005(4)，26～29)和X射线衍射方法(朱爱荣、曹晓珑等，《绝缘材料》，2005，38(2)，39～41)对110kV交联聚乙烯电缆绝缘层结晶结构的研究。他们的局限性在于一是侧重于研究材料的结晶性能，即短支链的影响，而忽略了对长支链的研究；二是研究的对象是已交联的聚乙烯，而不是相对应的基础树脂，因此他们的研究对高性能基础树脂的开发意义不大。

专利文献1：中国专利CN101456985A

专利文献2：中国专利CN102276901A

专利文献3：中国专利CN101182377A

专利文献4：中国专利CN102532638A

专利文献5：中国专利CN102183539A

发明内容

本发明是针对高压低密度聚乙烯链结构的特点，提出了一种系统的检验超高压电缆用可交联乙烯系聚合物链结构的方法。由于短支链和长支链分别影响的是材料的结晶行为和流变行为，所以我们用不同的测试手段分别考察乙烯系聚合物的结晶行为和流变行为，从而实现对短支链和长支链的全面表征。

根据本发明提供的检测超高压电缆用可交联乙烯系聚合物链结构的方法，其包括短支链结构的表征和长支链结构的表征，所述短支链结构的表征包括：

(1)标准差示扫描量热分析