[发明专利]改进空间电荷快速消散的硅橡胶的制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电器工程领域，具体的说，是涉及一种改进制备具有空间电荷快速消散作用的直流电缆附件硅橡胶增强绝缘材料的制备装置及方法。

背景技术

随着高电压输电技术的发展，大规模互联电网越发注重其输电的效率和安全性。目前高压直流输电技术以其占地面积少、线路损耗低、线路结构较为简单等优势而被广泛应用。在实际运行中，直流电缆系统绝缘长期处在单极性高压环境中，容易造成绝缘老化、击穿等问题，尤其是具有复杂结构的直流电缆附件，其空间电荷积累和局部电场畸变现象尤为严重。因此，空间电荷正成为近来直流电缆附件绝缘的重点之一。

最近的一些研究表明，纳米填料聚合物复合材料在很多方面具有独特性能，这种材料通常在维持材料介电特性的同时，能够提供更优越的热机械性能。例如，研究表明在环氧树脂中添加纳米级的二氧化钛颗粒，对其空间电荷累积具有明显的抑制效果。这些聚合物纳米复合材料电气性能的提升通常是由以下原造成的(i)纳米颗粒较大的表面积使其和聚合物基体形成了较大的交互作用区；(ii)纳米颗粒改变了复合材料的微观结构；(iii)纳米颗粒较小的尺寸减小了复合材料的内电场；(iv)纳米颗粒改变了复合材料中空间电荷的分布。

此外，很多研究也指出，将具有电导率随电场变化特性的无机物陶瓷颗粒作为填充物与聚合物基体混合，所得到的复合材料同样具有非线性变化的电导特性。此类复合材料在直流电缆附件等电气绝缘关键位置已被作为场梯度材料加以使用。例如，有研究指出，环氧树脂/氧化锌复合材料具有非线性电气特性，这种非线性使得材料体电导率、表面电荷、电树和电痕等特性得到了显著的改善，同时在工况电压下的其绝缘性能并未出现明显减弱；此外，ABB公司也已经针对非线性颗粒填充的聚合物材料展开研究，并且研制了一种可实用的具有场梯度效应的直流电缆附件材料。

基于目前已取得的关于纳米材料和非线性颗粒填料的研究成果，如何将两者结合，从而实现对具有空间电荷快速消散能力的硅橡胶绝缘的改进成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种将纳米材料以及无机填料的非线性结合起来改进制备具有空间电荷快速消散作用的直流电缆附件硅橡胶增强绝缘材料的装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

改进空间电荷快速消散的硅橡胶的制备装置，包括电子天秤、干燥箱、硫化机和用于硅橡胶基体与填料共混的混炼机，所述混炼机包括辊筒、加热装置、转速调节装置和定时装置。

改进空间电荷快速消散的硅橡胶的制备装置的方法，包括以下步骤：

(1)通过电子天秤称取硅橡胶基体和填料；所述填料包括纳米二氧化硅、六甲基二硅氮烷、多乙烯基硅油、微米碳化硅、纳米碳化硅和双二五硫化剂；

(2)将上述硅橡胶基体和填料置于60℃的烘箱中备用；

(3)对混炼机辊筒加热并使辊筒温度保持在30-50℃，调节辊筒转速为20-40r/min；将硅橡胶基体投入辊筒混炼2-4min；

(4)将纳米二氧化硅和六甲基二硅氮烷同时加入到辊筒中与硅橡胶基体混合，继续混炼8-12min；

(5)将多乙烯基硅油加入辊筒，继续混炼8-12min；

(6)将微米碳化硅加入辊筒，继续混炼12-18min；

(7)将纳米碳化硅加入辊筒，继续混炼12-18min；

(8)将双二五硫化剂加入辊筒，继续混炼10-15min后得到未硫化胶料；

(9)将硫化机预热至160℃并保持温度恒定，取出未硫化胶料并放置于硫化机中，在10MPa的条件下热压15min后得到具有空间电荷快速消散作用的硅橡胶绝缘材料。

所述硅橡胶基体、纳米二氧化硅、六甲基二硅氮烷、多乙烯基硅油、微米碳化硅、纳米碳化硅和双二五硫化剂的配比为：100:20:5:1.3:15:15:1。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)进一步提高硅橡胶绝缘材料中空间电荷的消散过程；

(2)不影响电缆附件硅橡胶增强绝缘自身的电气强度；

(3)生产工艺及流程简便，且反应过程稳定可控。

附图说明

图1是通过本发明方法得到的硅橡胶增强绝缘材料中微小导电通道的模型图。

图2-1和图2-2分别是改进本发明方法前、后得到的硅橡胶绝缘材料的断面形貌对比示意图。