[发明专利]抑制内部空间电荷的交联聚乙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种抑制内部空间电荷的交联聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

直流输电技术由于其在稳定性与经济性等方面的优点，成为目前电气工程领域研究的热点。电缆聚乙烯由于具有高介电强度和低介电损耗而成为直流输电的主要绝缘材料，然而低电导率特性使得其内部积聚的空间电荷难以扩散，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。相对于交流电缆而言，直流高压电力电缆的发展相对滞后，其研制的主要困难是消除或抑制聚乙烯中的空间电荷。

自1994年T.J.Lewis提出纳米电介质的概念以来，纳米电介质引起了各国学者的广泛关注，聚乙烯复合介质已经从最初的LDPE复合介质发展到现今的XLPE复合介质。现有的研究普遍认为，纳米复合介质内部的纳米粒子与聚合物母体之间存在一种独特的界面，由于该界面的存在，使纳米复合介质具有更好的电气和机械性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抑制内部空间电荷的交联聚乙烯复合材料，所述交联聚乙烯复合材料能够抑制材料内部空间电荷，减弱电场畸变；本发明还提供了上述聚乙烯复合材料的制备方法及应用。

本发明采取的技术方案如下：

1、抑制内部空间电荷的交联聚乙烯复合材料，由低密度聚乙烯和SiC纳米粒子在交联剂的辅助下复合而成；所述SiC纳米粒子含量为1～5wt％；所述聚合物基体为低密度聚乙烯，密度分布为0.910～0.925mg/cm³，融化指数为2.1～2.2g/10min，熔点为105℃～112℃。

优选的，所述SiC纳米粒子粒径为30nm～40nm。

优选的，所述SiC纳米粒子含量范围3wt％。

优选的，所述交联剂为过氧化二异丙苯。

优选的，所述交联剂含量为2wt％。

2、上述交联聚乙烯复合材料的制备方法，首先将配比量的SiC纳米粒子进行干燥，然后将干燥后的SiC纳米粒子与低密度聚乙烯基料混合均匀并于116℃条件下进行机械共混，再加入交联剂，共混后切割成颗粒状，并将颗粒状材料压制成薄膜，真空干燥条件下脱气处理1h。

优选的，将颗粒状材料压制成薄膜时平板硫化机温度为180℃，压力为10MPa，压制时间为15min，薄膜厚度约为190μm。

优选的，脱气处理时真空干燥温度为80℃。

3、上述交联聚乙烯复合材料在制备绝缘材料中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明制备的XLPE/SiC复合介质，其内部的空间电荷密度小于未添加纳米粒子的交联聚乙烯，说明SiC纳米粒子能够有效的改善交联聚乙烯内部的空间电荷分布，削弱电场的畸变。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1交联聚乙烯复合材料内部空间电荷分布图；

图2纳米粒子浓度为1wt％的XLPE/SiC复合介质内部空间电荷分布图；

图3纳米粒子浓度为3wt％的XLPE/SiC复合介质内部空间电荷分布图；

图4纳米粒子浓度为5wt％的XLPE/SiC复合介质内部空间电荷分布图。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1 纳米粒子含量为1wt％的XLPE/SiC复合介质制备

称取配比量的纳米粒径为40nm的SiC纳米粒子置于190℃的真空干燥箱中干燥24小时，将干燥后的SiC纳米粒子与低密度聚乙烯基料混合均匀后倒入双螺杆挤出机中进行机械共混，在循环模式下充分混合20min，将2wt％的交联剂加入LDPE/SiC复合介质，控制温度为116℃，随后将共混后所得的物料置于平板硫化机上压制成薄膜状，平板硫化机温度为180℃，时间为15min，压力为10MPa，压制成的薄膜厚度约为0.19μm。将所制得的样品放入80℃真空干燥箱中进行1h的脱气处理。

制得的复合介质内部空间电荷分布图见图2，从图中可以看出，材料正电极处有较少的同极性电荷累积，负电极附近几乎没有电荷累积，材料内部空间电荷累积量极少，表明1wt％浓度的纳米SiC对材料内部空间电荷累积具有较强的抑制作用。

实施例2 纳米粒子含量为3wt％的XLPE/SiC复合介质制备