[發明專利]一種聚丙烯接枝雜環的改性材料作為絕緣材料的應用和絕緣材料

在審

• 申請號: 202011190889.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN113563522A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 宋文波;何金良;邵清;李琦;胡軍;袁浩;施紅偉;周垚
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院;清華大學
• 主分類號: C08F255/04
• 分類號: C08F255/04;C08F226/06;C08F226/10;C08F226/12;H01B3/44
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

本發明屬于新材料領域，涉及一種聚丙烯接枝雜環的改性材料作為絕緣材料的應用和絕緣材料。該聚丙烯接枝雜環的改性材料包括衍生自共聚聚丙烯的結構單元和衍生自含烯基的雜環類單體的結構單元；以聚丙烯接枝雜環的改性材料的重量為基準，所述聚丙烯接枝雜環的改性材料中衍生自含烯基的雜環類單體且處于接枝態的結構單元的含量為0.5～6wt％。本發明所用的聚丙烯接枝雜環的改性材料可在較高工作溫度下兼顧機械性能和電性能。

技術領域

本發明屬于新材料領域，具體地，涉及一種聚丙烯接枝雜環的改性材料作為絕緣材料的應用，以及一種包含聚丙烯接枝雜環的改性材料的絕緣材料。

背景技術

絕緣材料是電工產品發展的基礎和保證，對電機、電氣工業的發展具有重要作用。絕緣材料的發展與進步，有賴于高分子材料的發展并直接制約和影響著電工產品的發展和進步。隨著電力行業的迅猛發展，電網系統朝著更高電壓等級與更大的電能輸送容量邁進，對絕緣材料的性能提出了更高的要求。目前在運的高壓直流電纜的主絕緣材料為交聯聚乙烯。最高長期使用溫度為70℃。若要滿足更高的電壓等級和更高的使用溫度，單靠增加絕緣厚度的方式已經收效甚微。因此迫切需要開發新型的電力設備絕緣材料以適應更高工作溫度和場強下的使用要求。

運行溫度是直流電纜絕緣材料的重要指標。直流電纜在正常運行過程中，由于芯線導體存在電阻，因此在較大的輸送電流下，導體電阻的熱效應會導致芯線導體溫度上升。而作為直流電纜絕緣層的聚合物絕緣材料的電氣性能(包括體積電阻率、擊穿場強、老化特性等)與運行環境溫度密切相關，高溫會造成聚合物絕緣材料電氣性能的急劇下降，從而降低直流電纜的運行性能和工作壽命，因此提高直流電纜絕緣材料的運行溫度對提升直流電纜的輸送容量具有重要意義。

提高直流電纜絕緣材料的運行溫度需要從兩方面進行考慮：(1)提高直流電纜絕緣材料基體的運行溫度，從而保證在高溫下材料仍然保持一定的機械性能，而不至于發生軟化、熔融等結構變化；(2)提高直流電纜絕緣材料在高溫、高電場作用下的電氣性能，改善聚合物絕緣材料的電氣性能的溫度特性，使得直流電纜絕緣材料在較高的運行溫度下仍然能夠保持相當的電氣性能。

直流體積電阻率也是電纜絕緣材料的一個重要性能參數，其直接反映了材料絕緣性能的高低。較高的絕緣材料電阻率意味著電纜絕緣有著更高的電阻，在電纜正常運行時具有更小的泄漏電流，減少電能傳輸的損失。另一方面，空間電荷的注入與積聚一直是影響電纜正常運行的一個重要問題。較高的電阻率意味著絕緣體內載流子數量更低，從而能夠減少電纜正常運行過程中電荷的注入與積聚，減少空間電荷導致的絕緣體內電場畸變，提升電纜運行可靠性并延長壽命。

電纜絕緣材料的體積電阻率與溫度和電場強度都有關系。隨著溫度和電場強度的升高，體積電阻率會明顯下降。目前隨著電纜系統電壓等級和輸送容量的提高，為了保證絕緣水平不下降，只有將電纜絕緣做厚。但是這不僅會增加絕緣材料的用量及成本，同時又會因絕緣變厚而削弱其散熱能力，使得電阻率進一步下降，絕緣水平提升有限。故唯有從提升絕緣材料的體積電阻率入手，才能從根本上解決該問題。

現有技術中公開了一些提升電阻率的方法，但大都是圍繞交聯聚乙烯開展的。聚丙烯相比聚乙烯具有更好的電氣絕緣性能和更高的熔點，然而，由于聚丙烯的機械性能較差，尤其在低溫下較脆，不能直接用作絕緣材料使用。因此，現有技術中鮮有針對聚丙烯進行改進以實現電氣性能、機械性能和熱性能綜合調控的方案。如能開發一種絕緣性能調控能力明顯并可兼顧機械性能和熱性能，且貼合工程實際應用的新型改性聚丙烯材料，將開辟一個新的絕緣材料分支領域。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種聚丙烯接枝雜環的改性材料作為絕緣材料的應用，該聚丙烯接枝雜環的改性材料可在較高工作溫度下兼顧機械性能和電性能，適用于高溫、高運行場強工況，是非常理想的絕緣材料。