[發明專利]一種抗水樹型交聯聚乙烯電纜絕緣材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710354904.8
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107099087A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 張師賢;張思燈
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L71/00;C08K5/00;C08J3/28;C08J3/24;H01B3/44
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所36116
• 代理人: 曾上

技術領域

本發明涉及電纜絕緣材料技術，尤其是一種新型抗水樹型交聯聚乙烯電纜絕緣材料及其制備方法。

背景技術

交聯聚乙烯(XLPE)是利用化學方法或物理方法，使聚乙烯分子由線型分子結構變為三維網狀結構，熱塑性材料變為熱固性材料，工作溫度從70℃提高到90℃，顯著提高了材料性能。自五十年代問世以來，因其性能卓越、制造工藝簡單、維修容易等優點，在輸配電系統、工業裝置或其他需要大容量用電領域得到廣泛應用。

早在上世紀60年代人們就發現塑料電纜絕緣在電場和水的作用下其內部會產生樹枝狀放電通道，稱為“水樹”。“水樹”會隨著時間的發展繼續生長，最終導致電纜絕緣層被擊穿，成為電纜早期損壞的重要原因。

XLPE電纜的水樹枝老化現象主要可歸納為以下幾點：(1)同時存在水和電場時才會發生水樹枝，即使在較低的電場下也會發生水樹枝；(2)水樹枝是直徑在0.1到幾個μm的充滿水的氣隙集合；(3)絕緣中存在的雜質、氣孔以及絕緣表面內外半導體層的不均勻處形成的局部高電場部位是發生水樹枝的起點；(4)在交流電場下比在直流電場下容易產生水樹枝，交流電頻率越高，發展速度越快；(5)溫度高時容易發生水樹枝。

隨著對水樹研究廣泛深入的持續進行，許多提高電纜長期壽命特性的方法被采用，包括采用抗水樹作用的絕緣材料、擠包半導電屏蔽、設計防水的電纜結構，以及改進絕緣制造的工藝條件。

人們提出了許多改進材料抗水樹性能的方法，這些方法可以歸納為兩類：第一種方法是將與基體材料分子鏈有親和作用的添加劑與聚合物材料混合以獲得抗水樹特性。這種方法以美國陶氏化學公司為代表。第二種方法是改變聚合物材料本身的性質，即改變聚合物分子結構、聚合物結構形態，或者采用不同聚合物材料共混，或者采用聚合物合金。這種方法以歐洲最主要的電纜用聚烯烴供應商北歐化工為代表采用共聚物。這些共聚物含有過氧化物交聯劑，在高溫采用化學方法進行交聯反應從而得到交聯聚乙烯絕緣材料。

目前人們已經采用多種措施來解決絕緣料中的水樹問題，包括較成熟的使用添加劑聚乙二醇(PEG)的方法以及離聚物等來改進絕緣料的抗水樹性能。然而目前各種技術雖然在抗水樹方面具有一定效果，但是對絕緣料的加工性能(析出問題)以及絕緣材料的介電損耗、介電強度等電性能卻帶來負面影響。生產時為了獲得電力電纜所需要的各種性能從而在絕緣料中加入不同添加劑，為了保證添加劑與基材之間能很好相容，又必須加入相容劑。此外，目前最常見的交聯聚乙烯絕緣材料都采用化學交聯的方法制備，這樣不僅需要高溫條件消耗能源，而且過氧化物分解產物同樣存在，這樣不但影響到電纜絕緣材料的純凈度，同時很大程度上改變了原有基材的聚集態結構，從而影響了產品的性能，很難在各種性能之間達到一種合適的平衡。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種抗水樹型交聯聚乙烯電纜絕緣材料及其制備方法。通過熔融共混和物理輻照交聯等方法將含有不飽和度的水樹抑制添加劑以化學鍵的方式嫁接到基體樹脂的大分子鏈上，從而解決了抗水樹添加劑與聚乙烯之間的相容性和析出等問題。該電纜絕緣材料具有較強的抗水樹性能，較好的介電性能和適用性，前期可以在較高溫度加工，大大提高生產效率，后續成型采用高能射線輻照加工，清潔、高效，無需高溫等苛刻條件，能耗低，最大優勢是不用擔心電纜運行過程中添加劑的析出等問題。

本發明的技術方案：一種抗水樹型交聯聚乙烯電纜絕緣材料，包括以下重量份的預混料：

所述的主抗氧劑是抗氧劑1010、抗氧劑300、抗氧劑264、抗氧劑2246中的一種或幾種復配。

所述的輔助抗氧劑是亞磷酸酯類抗氧劑168、抗氧劑PEP-36、有機硫化物DLTP和DSTP中的一種或幾種復配。

所述的不飽和聚醚的分子量為400～5000。

所述的輻照敏化劑為三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)、三羥甲基丙烷二丙烯酸酯(TMPDA)中的一種或或幾種復配。

一種抗水樹型交聯聚乙烯電纜絕緣材料的制備方法，包括以下步驟：先將重量份的聚乙烯100份，主抗氧劑0.1～0.6份，輔助抗氧劑0.05～0.2份，不飽和聚醚0.5～5份，輻照敏化劑1～3份原料預混合均勻，然后通過雙螺桿擠出機擠出造粒，工藝溫度在120～230℃之間，即得到抗水樹電纜料；再在抗水樹電纜料成型后在真空或惰性氣氛條件下采用高能射線進行輻照加工處理制得交聯聚乙烯電纜，輻照劑量在50～200kGy。