抑制內部空間電荷的交聯聚乙烯復合材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種抑制內部空間電荷的交聯聚乙烯復合材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]直流輸電技術由于其在穩定性與經濟性等方面的優點，成為目前電氣工程領域研宄的熱點。電纜聚乙烯由于具有高介電強度和低介電損耗而成為直流輸電的主要絕緣材料，然而低電導率特性使得其內部積聚的空間電荷難以擴散，引發局部放電、樹枝化等絕緣老化現象，大大降低電纜的使用壽命。相對于交流電纜而言，直流高壓電力電纜的發展相對滯后，其研制的主要困難是消除或抑制聚乙烯中的空間電荷。
[0003]自1994年T.J.Lewis提出納米電介質的概念以來，納米電介質引起了各國學者的廣泛關注，聚乙烯復合介質已經從最初的LDPE復合介質發展到現今的XLPE復合介質。現有的研宄普遍認為，納米復合介質內部的納米粒子與聚合物母體之間存在一種獨特的界面，由于該界面的存在，使納米復合介質具有更好的電氣和機械性能。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種抑制內部空間電荷的交聯聚乙烯復合材料，所述交聯聚乙烯復合材料能夠抑制材料內部空間電荷，減弱電場畸變；本發明還提供了上述聚乙烯復合材料的制備方法及應用。
[0005]本發明采取的技術方案如下:
[0006]1、抑制內部空間電荷的交聯聚乙烯復合材料，由低密度聚乙烯和SiC納米粒子在交聯劑的輔助下復合而成；所述SiC納米粒子含量為I?5wt%;所述聚合物基體為低密度聚乙烯，密度分布為0.910?0.925mg/cm3，融化指數為2.1?2.2g/10min，熔點為105°C?112。。。
[0007]優選的，所述SiC納米粒子粒徑為30nm?40nm。
[0008]優選的，所述SiC納米粒子含量范圍3wt%。
[0009]優選的，所述交聯劑為過氧化二異丙苯。
[0010]優選的，所述交聯劑含量為2wt%。
[0011]2、上述交聯聚乙烯復合材料的制備方法，首先將配比量的SiC納米粒子進行干燥，然后將干燥后的SiC納米粒子與低密度聚乙烯基料混合均勻并于116°C條件下進行機械共混，再加入交聯劑，共混后切割成顆粒狀，并將顆粒狀材料壓制成薄膜，真空干燥條件下脫氣處理lh。
[0012]優選的，將顆粒狀材料壓制成薄膜時平板硫化機溫度為180°C，壓力為lOMPa，壓制時間為15min，薄膜厚度約為190 μπι。
[0013]優選的，脫氣處理時真空干燥溫度為80°C。
[0014]3、上述交聯聚乙烯復合材料在制備絕緣材料中的應用。
[0015]本發明的有益效果在于:本發明制備的XLPE/SiC復合介質，其內部的空間電荷密度小于未添加納米粒子的交聯聚乙稀，說明SiC納米粒子能夠有效的改善交聯聚乙稀內部的空間電荷分布，削弱電場的畸變。
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖:
[0017]圖1交聯聚乙烯復合材料內部空間電荷分布圖；
[0018]圖2納米粒子濃度為Iwt %的XLPE/SiC復合介質內部空間電荷分布圖；
[0019]圖3納米粒子濃度為3被％的XLPE/SiC復合介質內部空間電荷分布圖；
[0020]圖4納米粒子濃度為5被％的XLPE/SiC復合介質內部空間電荷分布圖。
【具體實施方式】
[0021]下面對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0022]實施例1納米粒子含量為Iwt %的XLPE/SiC復合介質制備
[0023]稱取配比量的納米粒徑為40nm的SiC納米粒子置于190°C的真空干燥箱中干燥24小時，將干燥后的SiC納米粒子與低密度聚乙烯基料混合均勻后倒入雙螺桿擠出機中進行機械共混，在循環模式下充分混合20min，將2wt%的交聯劑加入LDPE/SiC復合介質，控制溫度為116°C，隨后將共混后所得的物料置于平板硫化機上壓制成薄膜狀，平板硫化機溫度為180°C，時間為15min，壓力為lOMPa，壓制成的薄膜厚度約為0.19ym?將所制得的樣品放入80°C真空干燥箱中進行Ih的脫氣處理。
[0024]制得的復合介質內部空間電荷分布圖見圖2，從圖中可以看出，材料正電極處有較少的同極性電荷累積，負電極附近幾乎沒有電荷累積，材料內部空間電荷累積量極少，表明lwt%濃度的納米SiC對材料內部空間電荷累積具有較強的抑制作用。
[0025]實施例2納米粒子含量為3被％的XLPE/SiC復合介質制備
[0026]稱取配比量的納米粒徑為40nm的SiC納米粒子置于190°C的真空干燥箱中干燥24小時，將干燥后的SiC納米粒子與低密度聚乙烯基料混合均勻后倒入雙螺桿擠出機中進行機械共混，在循環模式下充分混合20min，將2wt%的交聯劑加入LDPE/SiC復合介質，控制溫度為116°C，隨后將共混后所得的物料置于平板硫化機上壓制成薄膜狀，平板硫化機溫度為180°C，時間為15min，壓力為lOMPa，壓制成的薄膜厚度約為0.19ym?將所制得的樣品放入80°C真空干燥箱中進行Ih的脫氣處理。
[0027]制得的復合介質內部空間電荷分布圖見圖3，從圖中可以看出，材料的正負電極處均出現了同極性電荷累積的現象，并且正電極處的同極性電荷累積量較多，較lwt%濃度的材料存在更多的空間電荷累積量。
[0028]實施例3納米粒子含量為5被％的XLPE/SiC復合介質制備
[0029]稱取配比量的納米粒徑為40nm的SiC納米粒子置于190°C的真空干燥箱中干燥24小時，將干燥后的SiC納米粒子與低密度聚乙烯基料混合均勻后倒入雙螺桿擠出機中進行機械共混，在循環模式下充分混合20min，將2wt%的交聯劑加入LDPE/SiC復合介質，控制溫度為116°C，隨后將共混后所得的物料置于平板硫化機上壓制成薄膜狀，平板硫化機溫度為180°C，時間為15min，壓力為lOMPa，壓制成的薄膜厚度約為0.19ym?將所制得的樣品放入80°C真空干燥箱中進行Ih的脫氣處理。
[0030]制得的復合介質內部空間電荷分布圖見圖4，從圖中可以看出，材料正負電極處均出現了異極性電荷的累積，并且隨著極化時間的增加，空間電荷累積量先增大后減小，負電極處的異極性電荷最終轉變為同極性電荷累積，該濃度的材料較濃度的材料具有更多的空間電荷累積。
[0031]通過將圖2-4與圖1進行比較可知，lwt%、3wt5^P 5界1:%濃度的納米LDPE/SiC復合材料均表現出對空間電荷的抑制作用，濃度為lwt%的復合材料對空間電荷的抑制作用最好，隨著濃度的增加，納米SiC對材料內空間電荷累積的抑制作用逐漸降低。3wt %濃度的復合材料正電極處出現了同極性電荷累積的現象，然而當納米濃度增加到5#%時，復合材料正負電極處卻出現了異極性電荷的累積。
[0032]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1.抑制內部空間電荷的交聯聚乙烯復合材料，其特征在于，由低密度聚乙烯和SiC納米粒子在交聯劑的輔助下復合而成；所述SiC納米粒子含量為I?5wt%;所述聚合物基體為低密度聚乙烯，密度分布為0.910?0.925mg/cm3，融化指數為2.1?2.2g/10min，熔點為 105 °C~ 112。。。2.如權利要求1所述的交聯聚乙烯復合材料，其特征在于，所述SiC納米粒子粒徑為30nm ?40nmo3.如權利要求1所述的交聯聚乙稀復合材料，其特征在于，所述SiC納米粒子含量范圍3wt % ο4.如權利要求1?3任一項所述的交聯聚乙烯復合材料，其特征在于，所述交聯劑為過氧化二異丙苯。5.如權利要求1?3任一項所述的交聯聚乙烯復合材料，其特征在于，所述交聯劑含量為 2wt %。6.權利要求1?5任一項所述的交聯聚乙烯復合材料的制備方法，其特征在于，首先將配比量的SiC納米粒子進行干燥，然后將干燥后的SiC納米粒子與低密度聚乙烯基料混合均勻并于116°C條件下進行機械共混，再加入交聯劑，共混后切割成顆粒狀，并將顆粒狀材料壓制成薄膜，真空干燥條件下脫氣處理lh。7.如權利要求6所述的交聯聚乙烯復合材料的制備方法，其特征在于，將顆粒狀材料壓制成薄膜時平板硫化機溫度為180°C，壓力為lOMPa，壓制時間為15min，薄膜厚度約為190 μ m08.如權利要求6所述的交聯聚乙烯復合材料的制備方法，其特征在于，脫氣處理時真空干燥溫度為80°C。9.權利要求1?5任一項所述的交聯聚乙烯復合材料在制備絕緣材料中的應用。
【專利摘要】本發明公開了一種抑制內部空間電荷的交聯聚乙烯復合材料及其制備方法和應用，所述復合材料由低密度聚乙烯和SiC納米粒子在交聯劑的輔助下復合而成；所述SiC納米粒子含量為1～5wt％；所述聚合物基體為低密度聚乙烯，密度分布為0.910～0.925mg/cm3，融化指數為2.1～2.2g/10min，熔點為105℃～112℃。本發明制備的XLPE/SiC復合介質，內部的空間電荷密度小于未添加納米粒子的交聯聚乙烯，說明SiC納米粒子能夠有效的改善交聯聚乙烯內部的空間電荷分布，削弱電場的畸變。
【IPC分類】C08K3/34, H01B3/44, C08K5/14, C08J3/24, B29C35/02, C08L23/06
【公開號】CN104927175
【申請號】CN201510434288
【發明人】王有元, 王燦, 陳偉根, 李劍, 杜林 , 周湶, 王飛鵬
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月22日