[发明专利]一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法。将乙炔炭黑、泡沫铝混合后在真空状态下通入氩气，利用微波制得泡沫铝掺杂的富勒烯，与聚氯乙烯粉末混合后进行高压电晕处理，将得到的核‑壳结构的复合填料与热塑性聚氨酯弹性体、碳酸钙、阻燃剂、增塑剂、防老剂混合，挤出、切粒、干燥后即得高压直流电缆料。该方法通过利用泡沫铝掺杂后的富勒烯与聚氯乙烯粉末形成核‑壳结构，极大提升了富勒烯粉末在聚氯乙烯中的分散性和导电性，显著提高了电缆料机械性能、直流体积电阻率和直流击穿强度，空间电荷抑制效果极佳，使用寿命长，同时制备过程简单，成本较低，便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及电缆料制备的技术领域，具体涉及含富勒烯的电缆料的制备，特别是涉及一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法。

背景技术

高压直流输电技术在电力系统近年来获得快速发展，其主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的直流输电等方面。直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。与交流输电相比，具有输送容量大、线路损耗小、没有无功功率、电力连接方便、容易控制和调节的特点。输送功率的大小和方向可以快速控制和调节、不会增加原有电力系统的短路电流容量，也不受系统稳定极限的限制、直流电缆线路没有交流电缆线路中电容电流的困扰，没有磁感应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，绝缘电压相对较低、可靠性高、能够通过换流站的无功功率控制调节系统的交流电压等优点及特点。鉴于直流联网具有许多交流联网所没有的优点，而高压直流电缆作为直流输电中重要的传输介质，已逐步成为科研的热点。

高压直流电缆具有绝缘的工作电场强度高，绝缘厚度薄，电缆外径小，重量轻，柔软性好和制造安装容易，介质损耗和导体损耗低，载流量大，没有交流磁场等优点，同时具有环保方面的优势。然而高压直流电缆的研究仍存在难点，其中一个重要的难题就是空间电荷问题。只有克服了空间电荷问题，才能成功地设计出高压直流电缆。因此，可以认为减少和消除绝缘材料中的空间电荷是研制直流塑料电缆的关键。

对于交流电缆，电缆绝缘层中的电场分布与介电常数成反比分配，并且介电常数受温度的影响较小，工频电场变化如此快，材料中的正负电荷的迁移无法跟上电场的变化，因而绝缘中也不会产生空间电荷；然而对于直流电缆，电场分布与材料的电阻率成正比分配，并且绝缘电阻率一般随温度呈指数变化，将形成空间电荷影响电场分布，聚合物绝缘有大量的局部态，空间电荷效应特别严重；聚合物因空间电荷效应而使其局部电场强度增加数倍；改变极性输电时的极性叠加会使直流电缆上的电压高达2.5倍输送电压，极易击穿电缆。故应用适当的材料和高质量的电缆制造技术提高绝缘材料的空间电荷抑制能力，目前主要采用通过偶极子定向极化的无机填料抑制空间电荷，或导电无机填料吸附载流子，降低空间电荷，其中富勒烯粉末可有效抑制空间电荷积累，是电缆改性方面效果较好的无机填料。

中国发明专利申请号201310605948.5公开了一种高压直流电缆料、其制备方法及应用，其技术特征为：高压直流电缆料由低密度聚乙烯、接枝改性的聚乙烯、硅烷偶联剂处理的核-壳型双组份无机纳米填料、抗氧剂、交联剂和抗铜剂组成，制备方法为：先将低密度聚乙烯，接枝改性的聚乙烯，抗氧剂和抗铜剂混炼，待聚乙烯熔融后加入硅烷偶联剂处理的无机纳米填料，然后加入交联剂，得到聚乙烯纳米复合材料。

中国发明专利申请号201610342012.1公开了一种具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，制备步骤为：将等规聚丙烯、富勒烯、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂下混炼制得高压直流电缆料；该等规聚丙烯原料为：富勒烯、抗氧剂为、阻燃剂为、加工助剂。

中国发明专利申请号201610787520.0公开了一种添加偶联改性富勒烯氢氧化铝的复合电缆料，原料组成为：热塑性聚氨酯弹性体、聚氯乙烯、硬脂酸、苯甲酸钙、硫醇甲基锡热稳定剂、钛酸酯偶联剂131、环氧大豆油、硅油、氢氧化铝、富勒烯粉末、硅烷偶联剂KH550、无水乙醇。此发明复合热塑性聚氨酯弹性体与聚氯乙烯复合电缆料，韧性好，抗老化性能佳，而且添加少量填料就能够满足热氧稳定性与阻燃性需求，降低了对电缆料力学性能和加工性能的不良影响。