[發(fā)明專利]一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410251465.4
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN103980600A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黨智敏;巫運(yùn)輝;張翀;查俊偉;王思蛟;林祥;于凡
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué);國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K3/22;C08K3/34;C08K3/36;H01B3/30
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法。屬于電纜絕緣材料加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近十年來，納米改性聚烯烴用于制備高壓絕緣材料被世界各大電氣公司及研究機(jī)構(gòu)所重視。2000年至今，J.K.Nelson等人的研究表明，納米改性聚烯烴復(fù)合材料在樹枝老化、空間電荷、局部放電、介電強(qiáng)度、介質(zhì)損耗、電導(dǎo)等多方面都具有優(yōu)異的性能，已成為高性能絕緣材料的發(fā)展方向。目前，塑料絕緣高壓和超高壓直流電纜的應(yīng)用越來越受到國家相關(guān)部門的重視，市場需求幾乎是指數(shù)式增長。國際上有瑞典ABB和日本J-Power?Systems?Corporation等公司能夠提供超高壓塑料絕緣直流電纜；日本采用納米MgO復(fù)合XLPE的技術(shù)成功研制出500kV高壓直流塑料電纜，還在試驗中，尚未推向市場。

制備超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料已經(jīng)成為世界各國爭相突破的技術(shù)難題。其中的難題之一：如何使納米粒子均勻分散在聚烯烴中，而不引入任何雜質(zhì)，從而制備性能優(yōu)良的超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。

納米粒子由于具有表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)，宏觀量子效應(yīng)等特性，極易發(fā)生團(tuán)聚，以致納米粒子很難均勻分散在聚烯烴中。此外，如果采用加工助劑使納米粒子均勻分散在聚烯烴中又會引入雜質(zhì)。最終，導(dǎo)致制備的納米改性聚烯烴高壓直流電纜料性能遠(yuǎn)不及預(yù)期理論值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的難題，提供一種制備超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的方法。該方法具有如下特點：設(shè)備要求低，工藝簡單，易推廣，實用性強(qiáng)，不引入雜質(zhì)的情況下使納米粒子較均勻地分散在聚烯烴基體中。

本發(fā)明的發(fā)明人在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，直接將納米粒子與聚烯烴顆粒共混，因納米粒子粒徑小，在混料/加料的過程中直接從聚烯烴顆粒之間的縫隙沉入底部，導(dǎo)致納米粒子在聚烯烴中局部積聚。其次，業(yè)界普遍采用加工助劑(如液體石蠟等)，通過高速攪拌使納米粒子粘附在聚烯烴顆粒表面，擠出、造粒，制備納米改性聚烯烴電纜料，但引入了雜質(zhì)液體石蠟，這樣會大大降低電纜料的電氣性能。基于上述遇到的難題，本發(fā)明的構(gòu)思方案是通過一種易揮發(fā)性的載體，將納米粒子通過本身具有較高表面能粘附在聚烯烴顆粒表面，將載體通過升溫?fù)]發(fā)而不引入雜質(zhì)，再通過熔融擠出造粒，最后得到超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。

超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法，是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

1)將一定質(zhì)量的納米粒子與低沸點載體混合，形成懸浮液。納米粒子所用載體為低沸點無水乙醇、無水甲醇、無水丙酮等具有較好揮發(fā)性液體，與聚烯烴無副作用，且不能溶解納米粒子；納米粒子為三氧化二鋁Al₂O₃、氧化鎂MgO、碳化硅SiC、二氧化硅SiO₂等。

2)將1)得到的懸浮液超聲分散一定時間，使納米粒子解團(tuán)聚，均勻分散在載體中。

3)將2)制備的納米粒子懸浮液與聚烯烴顆粒在低于載體沸點下復(fù)合，攪拌，混合均勻。然后烘干，除去載體。

4)將3)中制備的納米粒子/聚烯烴混合物，采用雙螺桿擠出、造粒，最后制備出超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。

本發(fā)明的關(guān)鍵在于選擇一種不改變納米粒子化學(xué)成份及結(jié)構(gòu)的液態(tài)載體，載體必須是易揮發(fā)，不含水分。通過載體揮發(fā)使納米粒子通過本身具有較高的表面能均勻粘附在聚烯烴顆粒表面，最后擠出造粒，制備出超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。

本發(fā)明具有以下效果：

1)本發(fā)明所制備的超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料具有優(yōu)良的電氣性能，包括：優(yōu)異的抑制空間電荷特性，較大地提高電纜料的直流擊穿性能。

2)本發(fā)明所提供的制備超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的方法具有設(shè)備成本低，工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，不引入雜質(zhì)，納米改性后的電氣性能提高顯著。

附圖說明

圖1、純凈的聚乙烯顆粒形貌。

圖2、用低沸點揮發(fā)性液體作為載體將4.5wt％無機(jī)納米粒子粘附在聚乙烯顆粒表面。

圖3、使用本發(fā)明方法制備的4.5wt％無機(jī)納米粒子均勻分散在聚乙烯基體中的斷面電鏡圖。

圖4、直接將1wt％無機(jī)納米粒子與聚烯烴共混制備的無機(jī)納米粒子/LDPE絕緣電纜料在30kV/mm下的空間電荷分布。

圖5、使用本法明方法制備的1％wt無機(jī)納米粒子與聚烯烴制備的超凈無機(jī)納米粒子/LDPE絕緣電纜料在30kV/mm下的空間電荷分布。