本發明屬于材料領域，具體涉及一種應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料及其制備方法。
背景技術：
在高壓、超高壓乃至特高壓交直流輸變電系統（簡稱為高壓輸變電系統）中，系統電壓等級越高，絕緣問題的重要性和困難度均越加顯著。高壓輸變電系統中的絕緣設備或部件，其自身所承受的電場分布往往極不均勻，例如電纜終端的絕緣部分、各種絕緣子的高壓端部分等，所承受的電場強度遠遠超出整體電場強度的平均值，甚至達到平均值的數倍，由此帶來了一系列設計、制造方面的不利影響。因此，合理改善絕緣設備或部件整體電場分布的均勻程度，緩和局部的高電場強度，可以降低高壓（特別是特高壓）設備設計、制造的技術難度，降低電力設備造價，并提高設備長期運行的安全可靠性。
改善電場分布的傳統方法主要包括：通過改變電極形狀、在絕緣介質內嵌入金屬起到內屏蔽作用、在絕緣介質內部加多層平行電容極板、在絕緣介質表面或外圍布置均壓環作為中間電極、安裝并聯均壓電容等改善絕緣設備或部件整體電場分布均勻程度。這些法主要從電極的幾何結構與分布的優化這一方面入手改善電場分布，但其對設備前期設計以及生產制造的要求很高，增加了物料與生產過程中的成本，并且均勻場強的實際效果也十分有限。但如果能夠從絕緣材料自身的介電特性入手使其具備均勻場強的功能，則能夠克服上述問題并且達到更理想的均勻場強的效果。
作者謝竟成等人在《超導yba2cu3o7+δ/硅橡膠復合材料的壓敏與介電特性》一文中，采用yba2cu3o7+δ(簡稱ybco)多晶陶瓷超導粉末與硅橡膠按不同質量比進行配料，經過特殊的制備工藝，合成不同含量的超導ybco/硅橡膠高分子復合材料。結果表明，該復合材料在不同應力作用下，電阻值的變化范圍在1-4個數量級，但是無法改善電場分布不均的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種改善電場分布不均的應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料及其制備方法。
為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：
一種應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料，其特征在于，首先以鉍、錳、鈷、鈮摻雜氧化鋅得到非線性介電特性的氧化鋅粉體顆粒；再在其表面原位聚合聚酰亞胺，賦予氧化鋅粉體顆粒非線性電導特性；最后以丙烯腈接枝三元乙丙橡膠，和氧化鋅-聚酰亞胺顆粒一起填充增韌聚丙烯，熔融共混擠出造粒，制得一種應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料。
所述的應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料，其特征在于，其由如下重量份的原料制備而成：氧化鋅20-25份、氧化鉍0.5-1份、二氧化錳2-3份、四氧化三鈷0.6-0.8份、五氧化二鈮0.5-0.7份、二氧化硅3-4份、氧化鋁10-12份、n-甲基吡咯烷酮180-200份、二甲基二苯甲烷二胺20-25份、2-(3-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑30-35份、1,4,5,8-萘四甲酸二酐25-30份、三元乙丙橡膠50-60份、丙烯腈15-20份、甲苯180-200份、三正丁酯5-6份、偶氮二異丁腈3-4份、鋁酸酯偶聯劑f-12-3份、聚丙烯300-400份、聚乙烯蠟20-25份、二丁基二硫代氨基甲酸鋅3-4份。
所述的應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料，其特征在于，其由如下步驟制備而成：
（1）將氧化鋅、氧化鉍、二氧化錳、四氧化三鈷、五氧化二鈮、二氧化硅和氧化鋁濕法球磨混合均勻，將混合好的溶漿通過噴霧造粒機噴霧成型，并對所得粉料過120-150目篩；將過篩后的粉料置于管式爐中煅燒，以20-30℃/min的速率升溫至1300-1400℃，并恒溫煅燒5-6h，并冷卻至室溫；將煅燒后的粉料碾碎，球磨，過220-250目篩，得到非線性介電特性的氧化鋅粉體顆粒；
（2）反應容器置于冰水浴中，將步驟（1）的產物置于反應容器中，加入n-甲基吡咯烷酮，超聲震蕩50-60min，形成穩定的懸浮液，通氮氣保護，加入二甲基二苯甲烷二胺和2-(3-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑，劇烈攪拌2-3h，加入1,4,5,8-萘四甲酸二酐，加完后升高溫度至130-140℃，恒溫磁力攪拌5-6h；
（3）將三元乙丙橡膠、丙烯腈和甲苯加入反應器中，充分混合攪拌均勻后，加入三正丁酯和偶氮二異丁腈，混合攪拌均勻后升高溫度至80-90℃，恒溫磁力攪拌4-5h，旋轉蒸發去除甲苯，得到丙烯腈接枝的三元乙丙橡膠；
（4）將高速混合機預熱到機體溫度達到70-80℃，加入步驟（2）的產物，以600-800rpm的轉速，混合攪拌15-20min，加入鋁酸酯偶聯劑f-1，繼續混合攪拌10-15min，加入聚丙烯、步驟（3）的產物、聚乙烯蠟和二丁基二硫代氨基甲酸鋅，以1500-2000rpm的攪拌速率使其充分混合；將混好的物料投入到螺桿擠出機的料斗中，熔融擠出，冷卻后，送入切料機造粒，得到應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料。
所述的應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料的制備方法，其特征在于，所述的1,4,5,8-萘四甲酸二酐的的加入方式為分3-4次加入，每次加入間隔0.5h。
采用上述的技術方案，本發明的有益效果為：
本發明以鉍、錳、鈷、鈮摻雜氧化鋅得到非線性介電特性的氧化鋅粉體顆粒，鉍、錳、鈷、鈮摻雜氧化鋅使得氧化鋅晶粒之間形成了具有非線性壓敏電導和介電特性的晶界，使得氧化鋅粉體顆粒整體具備良好的非線性介電性能。本發明再在氧化鋅粉體顆粒表面，原位聚合非線性導電聚合物聚酰亞胺，得到同時擁有非線性電導和非線性介電特性的氧化鋅-聚酰亞胺顆粒；氧化鋅表面的聚酰亞胺也使得氧化鋅粉體顆粒與聚丙烯和三元乙丙橡膠的相容性增加。本發明以聚丙烯為復合材料的基底材料，以同時具有非線性電導和非線性介電特性的氧化鋅-聚酰亞胺顆粒填充，制得復合材料，有助于解決電纜終端所承受的超高壓電場強度而導致設備長期運行安全下降問題；對于交流系統中，由外加電壓導致的不均勻電場，能以非線性介電特性為主導因素改善電場分布，同時復合材料具有的非線性電導特性也能消散積累的空間電荷，避免因其導致的局部電場集中。對于直流系統，在正常工況下由復合材料的非線性電導特性主導改善外部電壓以及空間電荷導致的不均勻電場，在各種暫態電場作用下則可以發揮非線性介電特性的作用。本發明以丙烯腈接枝三元乙丙橡膠，不但保留了三元乙丙橡膠良好的耐腐蝕性，并且獲得了優良的耐油性，同時，接枝后的三元乙丙橡膠耐候性優異，彈性好，電性能良好；以丙烯腈接枝三元乙丙橡膠增韌改性聚丙烯，不僅解決了聚丙烯發脆，韌性差的缺點，而且使其物理性能和電氣絕緣性均能夠符合超高壓電纜使用的要求。
具體實施方式
本實施例的應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料，其由如下重量份的原料制備而成：氧化鋅25份、氧化鉍1份、二氧化錳3份、四氧化三鈷0.8份、五氧化二鈮0.7份、二氧化硅4份、氧化鋁12份、n-甲基吡咯烷酮200份、二甲基二苯甲烷二胺25份、2-(3-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑35份、1,4,5,8-萘四甲酸二酐30份、三元乙丙橡膠60份、丙烯腈20份、甲苯200份、三正丁酯6份、偶氮二異丁腈4份、鋁酸酯偶聯劑f-13份、聚丙烯400份、聚乙烯蠟25份、二丁基二硫代氨基甲酸鋅4份。
3、根據權利要求書1所述的應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料，其特征在于，其由如下步驟制備而成：
（1）將氧化鋅、氧化鉍、二氧化錳、四氧化三鈷、五氧化二鈮、二氧化硅和氧化鋁濕法球磨混合均勻，將混合好的溶漿通過噴霧造粒機噴霧成型，并對所得粉料過150目篩；將過篩后的粉料置于管式爐中煅燒，以30℃/min的速率升溫至1400℃，并恒溫煅燒6h，并冷卻至室溫；將煅燒后的粉料碾碎，球磨，過250目篩，得到非線性介電特性的氧化鋅粉體顆粒；
（2）反應容器置于冰水浴中，將步驟（1）的產物置于反應容器中，加入n-甲基吡咯烷酮，超聲震蕩60min，形成穩定的懸浮液，通氮氣保護，加入二甲基二苯甲烷二胺和2-(3-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑，劇烈攪拌3h，加入1,4,5,8-萘四甲酸二酐，加完后升高溫度至140℃，恒溫磁力攪拌6h；
（3）將三元乙丙橡膠、丙烯腈和甲苯加入反應器中，充分混合攪拌均勻后，加入三正丁酯和偶氮二異丁腈，混合攪拌均勻后升高溫度至90℃，恒溫磁力攪拌5h，旋轉蒸發去除甲苯，得到丙烯腈接枝的三元乙丙橡膠；
（4）將高速混合機預熱到機體溫度達到80℃，加入步驟（2）的產物，以800rpm的轉速，混合攪拌20min，加入鋁酸酯偶聯劑f-1，繼續混合攪拌15min，加入聚丙烯、步驟（3）的產物、聚乙烯蠟和二丁基二硫代氨基甲酸鋅，以2000rpm的攪拌速率使其充分混合；將混好的物料投入到螺桿擠出機的料斗中，熔融擠出，冷卻后，送入切料機造粒，得到應用于電纜終端結構的聚丙烯-三元乙丙橡膠護套管復合材料。
本實施例的1,4,5,8-萘四甲酸二酐的的加入方式為分3次加入，每次加入間隔0.5h。