[發(fā)明專利]具有超疏水特性的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料及制備方法、應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910796622.2
• 申請(qǐng)日: 2019-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110452444B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李巍巍;任俊文;白歡;崔濤;李淑琦;楊蘭;趙莉華;黃小龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C08L23/06
• 分類號(hào): C08L23/06;C08K9/06;C08K7/26;C08K5/14;C08J3/24;H01B3/44
• 代理公司: 成都行之智信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51256
• 代理人: 何筱茂

本發(fā)明公開(kāi)了具有超疏水特性的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料及制備方法、應(yīng)用，所述交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料以交聯(lián)聚乙烯為基體，以表面修飾了含氟功能分子的介孔納米二氧化硅為填料。本發(fā)明所述交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料因?yàn)樘畛淞吮砻嫘揎椓撕δ芊肿拥慕榭准{米二氧化硅，實(shí)現(xiàn)超疏水特性。本發(fā)明所提供的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料可用作電纜的主絕緣材料，有效抑制因水汽、受潮等因素所導(dǎo)致的電纜水樹(shù)劣化等缺陷，大幅度提高電纜的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及絕緣復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有超疏水特性的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料及制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和電網(wǎng)的升級(jí)改造，電力電纜因占地少、易于敷設(shè)、維護(hù)簡(jiǎn)便、絕緣性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于城市配電網(wǎng)中。交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜因其具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電氣性能以及耐熱特性，被廣泛應(yīng)用于城市配電網(wǎng)中，其安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)于城市發(fā)展具有重要意義。

目前，城市電力輸送中電力電纜多采用地下埋設(shè)的方式進(jìn)行。地下潮濕環(huán)境中，電纜絕緣層不可避免的遭受潮氣的腐蝕和侵入，在電場(chǎng)長(zhǎng)期作用下，極易形成水樹(shù)枝缺陷而造成絕緣劣化，水樹(shù)枝生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度即會(huì)在尖端引發(fā)永久性電樹(shù)枝缺陷，并在較短時(shí)間導(dǎo)致電纜絕緣擊穿進(jìn)而發(fā)生電力傳輸故障，嚴(yán)重影響電纜的使用壽命和運(yùn)行可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所得目的在于提供具有超疏水特性的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣材料易受潮、疏水效果不佳的問(wèn)題。

此外，本發(fā)明還提供上述具有超疏水特性的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料的制備方法、應(yīng)用。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

具有超疏水特性的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料，以交聯(lián)聚乙烯為基體，以表面修飾了含氟功能分子的介孔納米二氧化硅為填料。

申請(qǐng)人通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：通過(guò)一定的物理化學(xué)方法可有效提高材料的疏水特性，因此，可通過(guò)提高交聯(lián)聚乙烯基體的疏水性來(lái)解決電纜的受潮問(wèn)題。

材料的疏水性是由其化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)共同決定的，本發(fā)明利用表面修飾有含氟功能分子的納米介孔二氧化硅(mSiO₂-C₈F₁₃H₄)與交聯(lián)聚乙烯(XLPE)進(jìn)行復(fù)合，介孔二氧化硅的多空隙特征有利于提高填料與聚合物基體之間的接觸面積，氟原子可與交聯(lián)聚乙烯之間形成分子間氫鍵，從而顯著增強(qiáng)復(fù)合材料的界面作用，最終制備出兼具超疏水特性(接觸角大于150°)及絕緣特性(擊穿強(qiáng)度35kV/mm，體積電阻率10¹⁵Ω·m)的交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料。

與現(xiàn)有交聯(lián)聚乙烯材料相比，本發(fā)明所提供的復(fù)合材料的接觸角明顯提高，同時(shí)具有良好的絕緣特性，本發(fā)明所述交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料具有高接觸角(大于150°)，介電常數(shù)2.5，擊穿場(chǎng)強(qiáng)35kV/mm。

本發(fā)明所述的表面修飾了含氟功能分子的介孔納米二氧化硅(mSiO₂-C₈F₁₃H₄)不僅具有多孔性，同時(shí)還具有氟原子的強(qiáng)電負(fù)性，通過(guò)建立分子間氫鍵，增強(qiáng)與交聯(lián)聚乙烯的界面作用，降低復(fù)合材料的表面自由能，實(shí)現(xiàn)超疏水特性，解決了現(xiàn)有交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣材料易受潮、疏水效果不佳的問(wèn)題。

進(jìn)一步地，填料和基體的質(zhì)量百分比為：19％～32.8％：81％～67.2％。

申請(qǐng)人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)填料含量低于19％時(shí)，所得復(fù)合材料的疏水特性不能滿足要求，而當(dāng)填料含量超過(guò)32.8％時(shí)，復(fù)合材料的加工特性、力學(xué)強(qiáng)度以及擊穿強(qiáng)度會(huì)降低。

進(jìn)一步地，交聯(lián)聚乙烯為低密度聚乙烯，所述低密度聚乙烯的密度為0.912～0.924g/cm³，分子量為146500～179500。