[發明專利]一種高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810868474.6
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109265791B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 鐘力生;曹亮;徐曼;高景暉;陳新;張翀;李文鵬;李維康
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;全球能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L25/06;C08K5/14;H01B3/44
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明提供了一種高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法，其中所述高壓直流電纜絕緣材料，是由主料和輔料組成，其中主料是低密度聚乙烯樹脂，輔料包括聚苯乙烯樹脂、交聯劑和抗氧劑。本發明制得的高壓直流電纜絕緣材料與普通的交聯聚乙烯相比，其直流擊穿場強在30℃到90℃溫度范圍內得到了提高，70℃時直流擊穿場強提高72.9％，90℃下提高43.7％。

技術領域

本發明涉及電纜絕緣材料，具體涉及一種高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法。

背景技術

近年來，新能源接入、長距離輸電和區域電網互聯等因素促使了高壓直流技術的發展。作為高壓直流輸電工程的重要組成部分，高壓直流電纜也引起了廣泛關注，尤其是擠包絕緣直流電纜。相較于紙絕緣電纜，擠包絕緣直流電纜成本低、結構簡單、運行溫度更高且無漏油危險。擠包絕緣直流電纜絕緣材料主要采用交聯聚乙烯，由低密度聚乙烯經過化學方法或物理方法交聯形成。交聯可以在保證材料優良電氣性能的情況下，提高材料的熱機械性能。

盡管在高壓直流輸電工程中使用的交聯聚乙烯絕緣直流電纜的電壓等級已達320kV，但直流電纜的絕緣性能仍然存在著不足，主要是高溫下的電場畸變和擊穿特性。一方面，在直流電場作用下，交聯聚乙烯中會積聚空間電荷，引起局部電場的畸變，乃至材料的加速老化，最終使得材料擊穿失效。而直流電纜絕緣層溫度梯度的存在可能會導致空間電荷現象加劇。另一方面，交聯聚乙烯材料的直流擊穿場強相對于交流擊穿場強來講，受溫度影響較大，聚乙烯材料如0.2mm厚平板試樣在70℃或90℃下的直流擊穿場強可能是30℃時的一半。

現階段在設計和研發高壓直流電纜絕緣材料時，主要關注絕緣材料中的空間電荷現象，對直流擊穿場強的溫度穩定性考慮較少。因此，在高電壓等級下，研究開發直流電纜絕緣材料時，應該要考慮在較寬的溫度范圍內提高材料的擊穿場強。這也是本發明針對的主要技術問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法。采用低密度聚乙烯作為基礎樹脂，以聚苯乙烯為填料，經交聯后制成的交聯聚乙烯復合材料，在30℃到90℃具有較高的直流擊穿場強，可滿足高壓直流電纜絕緣材料的應用要求。

為達到本發明的目的，采用如下的技術方案：一種高壓直流電纜絕緣材料，所述高壓直流電纜絕緣材料是由主料和輔料組成，其中主料是低密度聚乙烯樹脂，輔料包括聚苯乙烯樹脂、過氧化二異丙苯和抗氧劑。

在本發明中，所述高壓直流電纜絕緣材料包括以下質量份數的各組分：

本發明的一個方面，按照ASTM D1238-98標準方法測試，標準試驗負荷為2.16kg，溫度為190℃時，所述的低密度聚乙烯樹脂的密度為0.910～0.925g/cm³，熔體流動指數為1.5～2.5g/10min；按照ASTM D1238-98標準方法測試，標準試驗負荷為5kg，溫度為200℃時，所述的聚苯乙烯樹脂的熔體流動指數為2～5g/10min，熱變形溫度大于95℃。

本發明的另一方面，所述的抗氧劑選自抗氧劑168、抗氧劑264、抗氧劑300、抗氧劑1010、抗氧劑1024、抗氧劑1035、抗氧劑BHT和DNP中的一種或幾種。

本發明還提供了上述高壓直流電纜絕緣材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配比主料和輔料；

(2)混料造粒，制備母料；

(3)交聯熟化；

(4)脫氣處理。

對于本發明的方法，優選的，在步驟(1)中，按照質量份數稱取100份低密度聚乙烯樹脂、1～5份聚苯乙烯樹脂、0.8～2份過氧化二異丙苯及0.1～0.5份抗氧劑，配比主料和輔料；在步驟(2)中，將步驟(1)中按質量份數配置的主料和輔料混合均勻后，加入至雙螺桿擠出機，混料造粒。