[发明专利]一种交联聚乙烯复合材料及制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种交联聚乙烯复合材料及制备方法、应用，所述交联聚乙烯复合材料以交联聚乙烯为基体，以氮化硼微球与氮化硼纳米片的混合填料为导热颗粒，构成三维导热网络通道。发明基于密堆积原理，利用微米尺度的球形氮化硼与纳米尺度的薄层氮化硼片之间的协同作用，在复合材料中构筑导热通道，实现复合材料热导率的大幅度提升，同时得益于氮化硼的宽能级间隙，复合材料保持了很好的绝缘特性。本发明中制备复合材料的方法操作简单、成本低、质量高，适用于工业化大规模生产，所获得的具有高导热、高绝缘特性的交联聚乙烯复合材料可用作电缆的主绝缘材料，大幅度提高电缆运行的寿命和稳定性。

技术领域

本发明涉及绝缘复合材料技术领域，具体涉及一种交联聚乙烯复合材料及制备方法、应用。

背景技术

交联聚乙烯材料良好的绝缘特性和易加工特性，使其在电力电缆中被广泛用作主绝缘材料，近年来，广泛应用于配电网中。然而交联聚乙烯的热导率较低(0.5W·m^-1·K^-1)，很难满足快速散热的需求：随着运行负荷的增加，谐波、三相不平衡等因素的存在，交联聚乙烯电缆在长期运行过程中发热现象越发突出，长时间的热量集中会破坏材料的结构，导致交联聚乙烯性能的退化，甚至引起电缆绝缘击穿进而发生电力传输故障。因此，散热和绝缘击穿问题日益突出，严重影响着绝缘材料的效率和寿命。

向交联聚乙烯基体中加入高导热的填料颗粒如氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、石墨等，可以显著提高交联聚乙烯的导热能力。然而，这种方法需要较高的填料含量才能实现复合材料热导率的有效提升，高浓度的填料会严重降低复合材料的力学性能、电学性能和加工特性。

近些年，科研工作者尝试通过在聚合物基体中引入高长径比、高热导率的纳米粒子(如石墨烯，碳纳米管等)，以期利用较少的填料浓度，制备出具有良好导热性能的复合材料。石墨烯和碳纳米管易在复合电介质中形成导热网络通道，进而提高其热导率，但它们的高电导特性会导致复合电介质绝缘强度的大幅度降低。

发明内容

本发明所得目的在于提供一种交联聚乙烯复合材料，以解决现有交联聚乙烯电缆绝缘材料导热率低的问题，所述交联聚乙烯复合材料同时兼具高导热、高绝缘特性。

此外，本发明还提供上述一种交联聚乙烯复合材料的制备方法、应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种交联聚乙烯复合材料，以交联聚乙烯为基体，以氮化硼微球与氮化硼纳米片的混合填料为导热颗粒，构成三维导热网络通道。

本发明所述氮化硼纳米片(BNNS)不仅拥有和石墨烯类似结构，同时氮化硼纳米片具有超高的热导率(～2000W·m^-1K^-1)、宽能级间隙(～5.9eV)、高热稳定性、高长径比以及低密度，是制备高导热绝缘材料的理想填料。

所述氮化硼微球(BNMS)填充到交联聚乙烯中，除了提高其热导率以外，还可以改变材料的电性能，如增大电阻率、提高绝缘特性，增加耐电树枝老化和局部放电能力、抑制空间电荷积累等。

由于氮化硼纳米片和氮化硼微球的为不同尺度的颗粒，而不同尺度的颗粒之间的协同作用，更有利于复合材料中形成导热网络通道，从而显著提高复合材料的热导率。

本发明以交联聚乙烯为复合材料的基体，以氮化硼微球与氮化硼纳米片的混合填料为导热颗粒制备复合材料，基于密堆积原理，利用氮化硼微球与氮化硼纳米片之间的协同作用，在交联聚乙烯中构筑导热网络通道，实现复合材料热导率的大幅度提升。并且，氮化硼微球的添加能够提高电阻率、提高绝缘特性，同时氮化硼微球与氮化硼纳米的宽能级间隙更有利于保持复合材料的绝缘特性。

进一步地，混合填料中氮化硼微球与氮化硼纳米片的质量比为0.5～2.0：1。