[发明专利]一种耐高电压绝缘材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高压绝缘材料及其制备方法，属于聚乙烯树脂技术领域。解决了现有技术中聚乙烯绝缘材料击穿强度低，且耐电压单体易迁移析出，击穿强度难以保持长效的问题。本发明的耐高压绝缘材料，由99wt％‑99.8wt％的预辐照聚乙烯树脂和0.2wt％‑1.0wt％的耐电压单体组成，其中，耐电压单体的结构式如式(Ⅰ)所示。本发明的耐高压绝缘材料将耐电压单体键合到聚乙烯树脂分子链上，从而限制了耐电压单体的迁移析出，使耐高击穿强度性能能够长效保持，经高压直流击穿实验，该耐高压绝缘材料的直流击穿强度为405.2‑481.2kV/mm。

技术领域

本发明属于聚乙烯树脂技术领域，具体涉及一种耐高电压绝缘材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于新能源的迅猛发展，长距离输电以及区域互联网等因素使得高压直流输电技术越来越受到产业界的青睐。高压直流输电电缆用绝缘材料是高压输电系统的重要组成部分，目前绝缘材料低击穿强度是限制高压直流输电系统发展的关键因素。科学家们努力提高绝缘材料的击穿强度，一方面可以降低绝缘层的厚度，有利于电缆中热量及时向外界传递，减小绝缘材料热击穿的概率，同时也降低了绝缘电缆的成本；另一方面，可以保证更高的输电电压，极大提高了输电效率，经计算表明，若将输电电压提高至原来的两倍，可以使输电线上的电能损耗降低至原来的四分之一。因此，在高压直流输电系统建设使用和发展中，急需解决绝缘材料低击穿强度的问题。

针对绝缘材料自身固有的击穿强度低的问题，很多提高绝缘材料电性能的方法被提出和发展，其中共聚合、共混改性、无机纳米粒子填充改性以及接枝改性是最主要的改性方法。其中接枝改性技术从设计聚合物的大分子链结构角度出发，仅需要接枝高效功能单体，便可以显著提高聚合物基质击穿强度，是一种高效的聚合物绝缘材料改性方法，具有生产工艺简单、成本低的优点。

耐电压单体是一类有机小分子化合物，能显著提升聚合物的击穿强度，被广泛用于改善聚合物绝缘材料的耐电压击穿性能。如中国专利一种电缆绝缘材料及其制备方法(CN114621512A)公开了采用4-异丙氧基苯甲酸、2，5-二甲氧基苯硼酸和邻甲氧基苯硼酸作为电压稳定剂来提升聚合物的击穿强度。但是，该耐电压单体同非极性的聚合物相容差，容易从聚合物内部迁移析出到聚合物表面，使得改性后的聚合物的击穿强度难以保持长效。

发明内容

鉴于此，为解决现有技术中聚乙烯绝缘材料固有的低击穿强度，且耐电压单体易迁移析出，击穿强度难以保持长效的问题，本发明提供一种耐高电压绝缘材料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明提供一种耐高电压绝缘材料，由99wt％-99.8wt％的预辐照聚乙烯树脂和0.2wt％-1.0wt％的耐电压单体组成，所述耐电压单体的结构式如式(Ⅰ)所示。

优选的是，所述耐高电压绝缘材料由99.2wt％-99.6wt％的预辐照聚乙烯树脂和0.4wt％-0.8wt％的耐电压单体组成。

更优选的是，所述耐高电压绝缘材料由99.4wt％的预辐照聚乙烯树脂和0.6wt％的耐电压单体组成。

优选的是，所述预辐照聚乙烯树脂采用如下方法制备：采用电子加速器作为辐照源，在空气气氛下，用β-射线对聚乙烯树脂进行预辐照，预辐照剂量范围为15-30kGy。

优选的是，所述聚乙烯树脂为线性低密度聚乙烯；

更优选的是，所述聚乙烯树脂为吉化的DFDA 7042。

优选的是，所述式(Ⅰ)结构的耐电压单体的制备方法为：

将3,6-二叔丁基咔唑、3,5-二溴苯乙烯、二甲基甲酰胺、碳酸钾、1,10-菲咯啉和碘化铜混合均匀，惰性气氛保护下，在110-130℃下反应20-24h，加入冰水猝灭，过滤，得到的灰绿色粗产物用水洗涤，干燥，纯化，得到耐电压单体。