[發明專利]一種抗龜裂納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610223341.4
• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN105778222A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 沈必亮
• 申請（專利權）人: 安徽春輝儀表線纜集團有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L5/08;C08L9/06;C08L1/02;C08L27/18;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/22;H01B3/44
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 方崢

技術領域

本發明涉及電纜料技術領域，尤其涉及一種抗龜裂納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復合材料及其制備方法。

背景技術

納米摻雜已被廣泛用來提高材料的導熱性能、力學性能、電性能等。近幾十年來，由最初的微米顆粒、微納顆粒復合到納米顆粒摻雜使材料性能得到進一步提升，開發了許多新型的特種功能材料。在絕緣材料領域，納米摻雜提高材料的電性能也被逐漸重視。當前，節約能源已成為社會發展的重要環節，傳統的交流輸電由于電能輸送過程中損耗大、附件復雜、成本高等缺點，而直流輸電卻可以彌補這些缺點。直流輸電有三種方式：充油電纜輸電；油浸紙電纜輸電；塑料直流電纜輸電。其中塑料直流電纜具有強大的潛力，主要應用于跨海輸電、城市地下電網建設等。但塑料電纜在直流輸電時，會發生導體向絕緣層注入電子和空穴，而絕緣層由于是不均勻介質，極易容易發生電子或空穴積聚，形成空間電荷包，引發電場畸變，嚴重時發生電擊穿，造成輸電事故。納米摻雜技術的應用，為解決塑料直流電纜空間電荷積聚問題提供了方向。

研究表明，在絕緣電纜料中添加少量的納米顆粒ZnO、TiO²、SiO²等，可以改善空間電荷積聚難題。研究發現，在交聯聚乙烯(XLPE)中添加納米顆粒可以有效抑制空間電荷積聚，提高擊穿強度和體積電阻率，抑制電樹枝生長，改善了絕緣材料的電氣性能。這使得納米顆粒/XLPE復合材料越來越受關注，人們稱之為第三代絕緣材料。目前，日本科學家已成功通過在聚乙烯中添加少量的MgO，制備出250kV/mm及500kV/mm的高壓直流電纜，正等待商業應用。美國DOW公司也有商品化的納米改性電纜料。但是，對于納米顆粒如何抑制空間電荷積聚的機理，卻還未有一致的結論。

研究表明，在絕緣電纜料中添加少量的納米顆粒ZnO、TiO²、SiO²等，可以改善空間電荷積聚難題。研究發現，在交聯聚乙烯(XLPE)中添加納米顆粒可以有效抑制空間電荷積聚，提高擊穿強度和體積電阻率，抑制電樹枝生長，改善了絕緣材料的電氣性能。這使得納米顆粒/XLPE復合材料越來越受關注，人們稱之為第三代絕緣材料。目前，日本科學家已成功通過在聚乙烯中添加少量的MgO，制備出250kV/mm及500kV/mm的高壓直流電纜，正等待商業應用。美國DOW公司也有商品化的納米改性電纜料。但是，對于納米顆粒如何抑制空間電荷積聚的機理，卻還未有一致的結論。

《納米MgO摻雜聚乙烯直流電纜復合材料的制備與性能》一文通過熱處理方法得到表面不含羥基（—OH）的MgO顆粒，采用母料法制備了10wt%MgO/聚乙烯（LDPE）復合材料，并研究了MgO/LDPE復合材料在70kV/mm直流電場下的空間電荷特性，評估了該方法對納米顆粒分散的效果及工業化應用推廣價值。此外，還研究了MgO表面羥基化（—OH）對納米MgO顆粒摻雜LDPE的空間電荷特性、變溫體積電阻率及介電特性的影響，并探究了MgO抑制空間電荷機制。

但是該文章使用母料法制備的10wt%MgO/聚乙烯（LDPE）復合材料在潮濕環境中會吸收水分，會生成氫氧化鎂，影響復合材料的空間電荷特性、變溫體積電阻率及介電特性，需要進行改進。另外該復合材料的阻燃性、強度、抗龜裂性、抗彎折性、抗撕裂性、耐寒性、耐磨性、防潮性、致密性、耐老化性需要改進。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種抗龜裂納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復合材料及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種抗龜裂納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復合材料，由下列重量份的原料制成：甲殼素晶須0.6-0.8、丁苯橡膠2-3、納米微晶纖維素1.6-1.8、納米氧化鎂10-11、聚乙烯90-91、N，N’-二甲基甲酰胺30-35、20-22wt％的硫酸溶液200-220、全氟辛酸100-120、納米聚四氟乙烯微粉23-27、氯仿70-75、甲基丙烯酸甲酯2.4-2.5、過硫酸鉀0.1-0.2、非離子硼酸酯1.5-1.6。

所述抗龜裂納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將甲殼素晶須、丁苯橡膠、納米微晶纖維素混合均勻，得到混合物料；

（2）將第（1）步得到的混合物料與納米氧化鎂、全氟辛酸進行混合加入到N，N’-二甲基甲酰胺中，超聲30-35分鐘，然后邊攪拌邊滴加硫酸溶液，再加熱至80-85℃攪拌反應20-30分鐘，結束反應后，過濾，真空干燥得到氟化納米氧化鎂；