[發明專利]一種可回收的聚乙烯電纜絕緣材料

有效

• 申請號: 202010170640.2
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111234435B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 修昊;毛宏達;傅強;張琴;陳楓;王柯;鄧華;白紅偉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L51/06
• 分類號: C08L51/06;C08L23/08;C08L83/08;C08K5/3472;C08K5/3462;C08K5/3492;C08K5/3432;H01B3/44
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明涉及一種電纜絕緣材料，特別是一種氫鍵交聯的、可回收的聚乙烯電纜絕緣材料的制備方法。本發明提供一種可回收的交聯聚乙烯電纜絕緣材料，所述聚乙烯電纜絕緣材料的原料包括以下重量份的組分：乙烯共聚物100重量份，氫鍵交聯劑0.85～8.5重量份，改性的籠型聚倍半硅氧烷2～10重量份，抗氧劑0.1～0.5份，其中，所述氫鍵交聯劑為既能與乙烯共聚物發生接枝反應，又能夠自組裝產生多重氫鍵的化合物；所述改性的籠型聚倍半硅氧烷為氫鍵交聯劑修飾的籠型聚倍半硅氧烷，與接枝后的乙烯共聚物之間能形成氫鍵，同時其作為填料充當交聯劑和增強劑。本發明采用多重氫鍵交聯，改性的籠型聚倍半硅氧烷增強的方式，可以顯著提高分子間的相互作用從而大幅度提高聚乙烯的強度、模量、熱穩定性，同時兼具可回收性。

技術領域

本發明涉及一種電纜絕緣材料，特別是一種氫鍵交聯的、可回收的聚乙烯電纜絕緣材料的制備方法。

背景技術

隨著科技的高速發展，人們對于電的需求與日劇增，這對于電力傳輸和配送提出了更高的要求。與傳統的交流輸電相比，直流輸電具有輸送容量更大、傳輸距離更長、線路損耗更小、系統安全問題較小和適用于復雜地形環境等優點而得到了更廣泛的關注。目前，交聯聚乙烯憑借優良的介電性能、機械性能、耐熱性能和加工性能成為了直流電纜絕緣制造的首選材料。但是，交聯聚乙烯的三維網絡狀分子結構使其變得不溶不熔，無法回收再利用，只能以焚燒的形式處理，造成大規模的環境污染，與可持續發展戰略嚴重相悖。因此，急需研制出一種絕緣材料能夠兼具優異的使用性能(力學、絕緣、耐熱、耐候性能)和可回收性能，以替代傳統的交聯聚乙烯，從根本上減輕甚至杜絕廢舊電纜所導致的環境問題，實現電纜絕緣材料的循環、可持續發展。

目前，制備可回收電纜絕緣材料主要有兩種方法：(1)聚乙烯共混物；Journal ofMaterials Science(2010,vol.45(10),pp.2747-2759)報道了將20wt％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物與聚乙烯共混，制備得到的共混物力學性能、電氣性能可以達到與交聯聚乙烯相似的性能；(2)聚丙烯及聚丙烯共混物；Journal of Physics D:Applied Physics,(2000,vol.33(4),pp.464)研究了聚丙烯分子結構對微觀形貌和電氣性能的影響，發現與等規聚丙烯相比，間規聚丙烯具有更好的熱穩定性和電氣絕緣性能；IEEE Transactions onDielectrics and Electrical Insulation(2015,vol.22(2),pp.673-681.)報道了聚丙烯/聚乙烯-丁烯彈性體作為直流電纜材料的可行性。

盡管上述制備的電纜絕緣材料都是熱塑性、可回收的，但是都存在使用性能不足的問題，如(1)聚乙烯共混物由于缺乏交聯結構，耐熱性、耐蠕變、環境應力開裂性能不足；(2)單獨的聚丙烯低溫韌性不足而聚丙烯共混物存在空間電荷易積累的問題。因此，如何兼顧使用性能及可回收性能是該領域的首要技術難點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種氫鍵交聯的、可回收的聚乙烯；首先，用氫鍵交聯劑接枝到籠型聚倍半硅氧烷上制備改性的籠型聚倍半硅氧烷；隨后，將乙烯共聚物，氫鍵交聯劑，改性的籠型聚倍半硅氧烷熔融共混；氫鍵交聯劑與乙烯共聚物發生反應接枝到聚乙烯主鏈，通過氫鍵交聯劑之間和氫鍵交聯劑與改性籠型聚倍半硅氧烷之間自組裝形成的多重氫鍵作為物理交聯點從而實現聚乙烯的交聯；氫鍵屬于非共價鍵，具有熱可逆性，在室溫情況下，氫鍵穩定存在，且氫鍵交聯劑修飾的籠型聚倍半硅氧烷作為雜化填料可充當增強劑和交聯劑。氫鍵交聯結構和籠型聚倍半硅氧烷的同時存在可使聚乙烯的強度、模量和耐久性大幅度提升，達到與交聯聚乙烯相似的水平；而在高溫情況下，氫鍵發生斷裂，恢復聚乙烯良好的加工流動性，從而實現回收再利用。

本發明的技術方案：

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種可回收的交聯聚乙烯電纜絕緣材料，所述聚乙烯電纜絕緣材料的原料包括以下重量份的組分：

乙烯共聚物100重量份，