[发明专利]一种高直流击穿场强的交联聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高直流击穿场强的交联聚乙烯复合材料及其制备方法，本发明所述的交联聚乙烯复合材料包括：（a）100重量份的低密度聚乙烯；（b）2重量份交联剂；（c）0.005～0.04重量份硅烷偶联剂；（d）0.5～4重量份复配纳米粒子，所述复配纳米粒子为氮化硼纳米片和氧化铝纳米纤维；所述硅烷偶联剂与所述纳米粒子的用量比均固定为1:100。本发明所述高直流击穿场强的交联聚乙烯复合材料是以氮化硼纳米片和氧化铝纳米纤维为添加剂，有效提高交联聚乙烯复合材料耐电击穿能力；当复配纳米粒子的添加量为2.0 phr时，击穿强度最大，达到了502.5 kV/mm，与纯交联聚乙烯材料的369.7 kV/mm，相比提升了35.9%。

技术领域

本发明属于材料化学领域，涉及一种电气绝缘材料，具体为一种耐超高压交联聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

与高压交流电(HVAC)电力传输相比，高压直流(HVDC)电力传输变得越来越有竞争力,特别是对于长距离的大容量电力传输，高压直流电缆在电力传输方面显示出很大的优势，例如：与高压交流电缆相比，高压直流电缆可确保更长的电力传输距离和传输容量；高压直流电缆具有较低的资本成本以及较低的传输能量损耗；高压直流电缆具有较好的电力传输稳定性，并且能够限制高压交流传输系统中的短路电流；高压直流电缆的长度不受充电电流的限制，高压交流电输出功率有一定的极限，而直流输出电输出功率不受限制；高压直流电缆的接头要简单得多，并且方便不同电网之间的连接。交联聚乙烯具有优异的绝缘性能、机械性能、耐热性和重量轻等优点而被广泛用于高压直流输电，但在高压电场的作用，交联聚乙烯中易形成空间电荷而导致绝缘材料的击穿，使得它的使用价值有所降低。通过掺入无机纳米粒子的方式所制备的复合材料更能有效提高交联聚乙烯的多方面性能。

近年来，大量研究学者发现纳米电介质对聚合物电性能提高起到重要的作用。Si-Jiao Wang等人(Preparation,microstructure and properties of polyethylene/alumina nanocomposites for HVDC insulation[J].IEEE Transactions onDielectrics&Electrical Insulation,2016,22(6):3350-3356)中通过在LDPE中添加改性Al₂O₃和未改性Al₂O₃纳米颗粒，结果表明改性的纳米粒子可有效提高复合材料的击穿强度。专利CN108129725A表明在交联聚乙烯中添加不同形貌氧化镁均能有效提高交联聚乙烯材料的直流击穿场强，并且纤维状氧化镁对复合材料的击穿强度提高的更加明显。专利CN108610535A表明在交联聚乙烯中添加纤维状氧化镁-铝酸镁有效提高交联聚乙烯材料的耐超高压直流击穿能力。专利CN106633303A表明在交联聚乙烯中添加纳米氮化硼粒子能有效提高交联聚乙烯材料的直流击穿场强。Qi Li在Solution-processed ferroelectricterpolymernanocomposites with high breakdown strength and energy densityutilizing boron nitride nanosheets，Energy&Environmental Science,2015,8(3):922-931 中报道了氮化硼纳米片添加在P(VDF-TrFE-CFE)中可以有效提高复合材料击穿场强，与原始P(VDF-TrFE-CFE)的击穿强度相比，复合材料最高击穿场强提高了 70％。氮化硼纳米片和氧化铝均能有效提高复合材料的击穿场强，但尚未见到氮化硼纳米片和氧化铝纤维与交联聚乙烯复合后材料的直流击穿场强的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高直流击穿场强的交联聚乙烯复合材料及其制备方法，本发明通过使用液氮对氮化硼进行剥离，得到较薄的氮化硼纳米片，将氮化硼纳米片与交联聚乙烯复合，从而有效提高交联聚乙烯的直流击穿场强。

本发明是通过以下技术方案实现的：