[发明专利]一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层及其制备方法

说明书

本发明属于输电设备绝缘层领域，具体涉及一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层及其制备方法。本发明以热塑性聚乙烯材料为基体，按本发明提供的原料配比制备出含有可接枝极性基团的聚乙烯组合物，该组合物在挤出机中熔融挤出后，经过交联管道进行化学交联，在聚乙烯材料交联的同时，在其分子链上接枝具有极性基团的小分子，得到一种可明显抑制空间电荷的接枝交联聚乙烯绝缘层。将本发明提供的接枝极性基团的交联聚乙烯绝缘层应用于高压直流电缆，能够抑制直流电场作用下输电电缆材料内部空间电荷积聚的问题。通过本发明制备方法制备的接枝交联聚乙烯绝缘层不仅抑制空间电荷性能优良，而且具有较高的直流击穿强度和较低的电导率。

技术领域

本发明属于输电设备绝缘层领域，具体涉及一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层及其制备方法。

背景技术

电缆作为电力输送的关键部件，在电力能源应用过程中发挥着不可替代的作用。我国在国际上率先倡导的“全球能源互联网”已经上升为国家战略。在能源互联网架构中的一些特定的环节，例如长距离、大容量输电，跨海输电，分布式、间歇型新能源电力并网等，都需要依赖高压直流电缆来高效率地构建。但是，高压直流电缆的发展极大地受到了电气绝缘层的制约，其中主要原因是传统的交联聚乙烯(XLPE)绝缘层在直流高压电场条件下所面临的新问题：在直流高压电场的持续作用下，交联聚乙烯绝缘层中会积聚大量的空间电荷，这些空间电荷会使绝缘层中的电场分布产生畸变，对电缆绝缘层产生显著的老化和劣化作用。特别是当电缆工作极性翻转，以及存在较大温度梯度时，可能会导致电缆绝缘层的直接损坏，从而严重影响电缆的服役特性。因此，如何抑制绝缘层中积聚的空间电荷，避免其引起的局部电场畸变以及其导致的加速破坏作用，延长电缆的使用寿命，是发展新型高压直流聚合物电缆绝缘层必须解决的世界性难题。

目前最常用的绝缘层抑制空间电荷的方法是在绝缘介质中加入无机纳米颗粒，利用其纳米效应抑制空间电荷的积聚。纳米材料体系研究在二十一世纪开始的十年处于活跃期，目前处于平静期。主要原因是，虽然纳米复合材料具有优良的空间电荷抑制性能，但是在电缆生产过程中，处于熔融状态的聚乙烯树脂，填充其中的纳米颗粒趋向于附着在电缆挤出机上用于过滤杂质颗粒的金属过滤网上，很快将滤网堵塞，严重影响电缆规模化生产。目前还没有相关工作结果表明能够克服这一缺陷，因此纳米复合技术是否能成为直流电缆绝缘层的解决方案，现在仍然是个变数。

聚合物型高压直流电缆绝缘层的发展在材料学方面，面临着4个亟待全面解决的共性问题：(1)能够有效抑制空间电荷集聚；(2)具有较低的电导；(3)具有较高的击穿强度；(4)能够与目前的工业化电缆制造工艺相适应。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层及其制备方法。

一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层由如下重量份的原料经熔融共混、挤出和交联接枝制成：

进一步的，所述热塑性聚乙烯为低密度聚乙烯或其与高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种组成的聚乙烯混合物。

进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂300中的一种或几种。

一种用于高压直流电缆的接枝交联聚乙烯绝缘层的制备方法步骤如下：

一、将热塑性聚乙烯、氯乙酸丙烯酯、过氧化二异丙苯和抗氧剂以如下重量份数均匀混合：

二、将步骤一所得混合物加入密炼机，在一定温度、转速下进行熔融共混，得到含有可接枝极性基团的聚乙烯组合物；

三、将步骤二所得聚乙烯组合物放入三层共挤电缆挤出机中，以所述聚乙烯组合物作为绝缘层材料，将其与屏蔽层材料同时在一定温度下进行三层共挤，得到由外屏蔽层-聚乙烯组合物绝缘层-内屏蔽层组成的三层电缆材料；