[發明專利]一種包含低密度聚乙烯/改性凹凸棒的耐老化電纜絕緣材料制備方法及用途

有效

• 申請號: 201610310106.0
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105860427B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 王堯堯
• 申請（專利權）人: 王堯堯
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08L23/06;C08L25/06;C08L63/00;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/34;C08K3/22;C08K7/14;C08K3/28;H01B3/30;H01B3/44;H01B3/40;H01
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技術領域

本發明涉及一種電纜絕緣材料的制備方法，所述電纜絕緣材料包括低密度聚乙烯/改性凹凸棒的納米無機-有機復合材料，可以提高絕緣材料的耐熱性和強度，降低絕緣材料的老化時間，可以保持高溫作用下長時間不降解。

背景技術

電纜主要由以下4部分組成：①導電線心，用高電導率材料(銅或鋁)制成。②絕緣層，用作電纜的絕緣材料應當具有高的絕緣電阻，高的擊穿電場強度，低的介質損耗和低的介電常數。電纜中常用的絕緣材料有油浸紙、聚氯乙烯、聚乙烯、交聯聚乙烯、橡皮等。③密封護套，保護絕緣線心免受機械、水分、潮氣、化學物品、光等的損傷。對于易受潮的絕緣，一般采用鉛或鋁擠壓密封護套。④保護覆蓋層，用以保護密封護套免受機械損傷。一般采用鍍鋅鋼帶、鋼絲或銅帶、銅絲等作為鎧甲包繞在護套外(稱鎧裝電纜)，鎧裝層同時起電場屏蔽和防止外界電磁波干擾的作用。

目前，電纜的絕緣層使用最多的為高分子材料。在電工技術上，將體積電阻率大于10⁹Ω·cm 的物質所構成的材料稱為絕緣材料，也就是用來使器件在電氣上能夠阻止電流通過的材料。交聯聚乙烯具有優良的介電性能和機械性能，己被廣泛應用于高壓和超高壓塑料絕緣電力電纜中。隨著超高壓、特高壓直流輸變電系統的發展，運行過程中的絕緣老化問題越來越嚴重，己成為絕緣電纜向超高壓發展的主要障礙。當絕緣聚合物的工作電場強度達到擊穿電場強度的十分之一時，長時間工作的電力設備絕緣中會引起樹枝化，降低電纜使用壽命。由低密度聚乙烯構成的高壓電力電纜絕緣材料，在長期運行過程中受到各種老化因素的影響逐漸老化，導致材料的介電性能和機械性能的下降。根據老化因素的分類可分為電老化、熱老化、機械老化和電化學老化。其中熱老化是聚乙烯電纜絕緣損害的主要誘因，不同熱老化時間及條件會導致聚乙烯內部分子結構的差異，進而影響其空間電荷特性。

研究表明，在直流電場作用下，聚合物絕緣中容易形成空間電荷，而空間電荷會使電場分布發生畸變，加劇聚合物絕緣老化，材料的老化導致了材料電氣性能的下降。聚合物中空間電荷主要由電極注入的入陷載流子或可遷移的載流的同極性空間電荷與絕緣體內有機或無機雜質在電場作用下電離產生的異極性電。為了抑制空間電荷的形成，需要對聚乙烯改性從而改變其中的陷阱能及分布，改變空間電荷分布，減低畸變幾率，改善聚合物的介電性能，減少聚合物絕緣老化，并同時不影響聚合物的加工性能。

凹凸棒又稱坡縷石（Palygorskite）或坡縷縞石，是一種具鏈層狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。其結構屬2：1型粘土礦物。在每個2：1單位結構層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石（attapulgite）為主要組分的一種粘土礦物。凹凸棒石為一種晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨特的層鏈狀結構特征，在其結構中存在晶格置換，晶體中含有不定量的Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，晶體呈針狀，纖維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨特的分散、耐高溫、抗鹽堿等良好的膠體性質和較高的吸附脫色能力，并具有一定的可塑性及粘結力，其理想的化學分子式為：Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O。具有介于鏈狀結構和層狀結構之間的中間結構。由于凹凸棒石獨特的晶體結構，使之具有許多特殊的物化及工藝性能。主要物化性能和工藝性能有：陽離子可交換性、吸水性、吸附脫色性，大的比表面積（9.6～36m²/g）以及膠質價和膨脹容。我國目前凹凸棒石礦產資源儲量完全能滿足工業生產的需求，且與世界其他各國的資源屬性相比具有較明顯的性能優勢。凹凸棒石具有較好的長徑比和豐富的內孔道，既是較好的增強材料又具有阻燃作用，在高溫下失去結構水而產生水蒸氣，可以阻隔氧氣，并能產生熱穩定性較好的以MgO、Al₂O₃為主的氧化物隔離層。

聚乙烯/層狀材料具有一定的優勢，主要在比常規填充復合物更輕，密度較低，具有較高的耐熱性、高強度、高模量、高氣體阻隔性以及較低的膨脹系數，可以廣泛的用于電子、家電、電力行業。

發明內容