[發明專利]一種場致增強型非線性電導聚乙烯復合絕緣材料制備方法

在審

• 申請號: 202110543515.6
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113201181A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李忠華;王志強;高云徽;韓永森;劉暢
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L71/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種場致增強型非線性電導聚乙烯復合絕緣材料制備方法。屬于高電壓絕緣技術領域，要解決的問題是：提供一種可以有效抑制絕緣結構中電場畸變，均化電場分布的方法。本發明的工作原理是：在聚乙烯絕緣中少量添加具有羥基和醚鍵官能團的有機助劑即烯丙基聚氧乙烯醚，可有效提高復合材料的場致增強型非線性電導及極化率，降低高場強區的電場強度。本發明所使用的有機助劑作為一種化學原材料，無毒、無刺激性，對環境友好，相對于其他非線性填料，簡單易得，價格低廉，且因為同樣是有機物，與聚乙烯基體有良好的相容性，具備優異的均化電場能力。

技術領域

本發明涉及高電壓與絕緣技術領域，具體涉及一種場致增強型非線性電導聚乙烯復合絕緣材料制備方法。

背景技術

近年來，電力設備向更高電壓等級發展，電子器件向小型化、高密度化方向發展，這就導致絕緣結構設計工作場強不斷提高，而工作場強的不斷提高又容易使局部電場發生畸變，造成局部電場集中，長期如此將會降低設備與器件的長期運行可靠性。無論是電子設備還是電子器件，它們絕緣電場的不均勻性會隨工作電壓等級的提高而提高，這大大制約了電力設備和電子器件的進一步發展。如何均化電場強度分布，降低局部區域最大電場強度，提高絕緣利用系數，這一關鍵問題急需解決。

目前電場應力控制方法有幾何應力控制、電應力層控制、阻抗應力控制和非線性應力控制。

幾何應力控制是通過改善電極結構和附加導電層來實現電場應力控制,安裝應力錐也屬于幾何應力控制。使用羅戈夫斯基形狀的電極，可以使沿電極邊緣的電場保持恒定。在電應力集中區域加入導電層可以降低整體電場強度，但相鄰層之間的電場會增加，所以導電層的層數要受兩導電層之間可達到的最小厚度和最大允許電場強度的限制。

電應力層控制是通過將高介電常數的絕緣材料附在高場強區域如電纜附件的屏蔽層斷口，降低該處的電應力。要求選用的電應力層材料的介電常數一定要遠遠大于絕緣和環境的介電常數，該方法的工作原理是電容值與介質材料的介電常數成正比，在電應力集中的區域附加電應力層，可以增加絕緣層表面電容，降低該區域電位，均化電場。該技術的主要限制是材料的介電常數越高，介電損耗就越大，為防止局部過熱，電纜附件必須要有足夠的熱傳遞。

阻抗應力控制是通過將導電粒子如炭黑添加到絕緣基體中，改變其體積電阻來實現電場應力控制。從電壓分布與壓控管導電性的關系研究中可以得出壓控管的阻抗無論過高還是過低都會導致應力控制不足。壓控管的導電性可由導電添加劑(如炭黑顆粒)的含量控制，也與添加劑的其他參數如粒徑、顆粒表面處理、顆粒均勻分散性等有關。

非線性應力控制是通過非線性材料來實現電場應力控制。在絕緣基體中添加無機顆粒會使復合材料具有場致電導特性，強電場區域的絕緣材料電導率將會增加，降低該區域的電場強度。無機顆粒需相互接近，形成導電區域，當無機顆粒之間的電場強度足夠高時，電子通過肖特基發射和隧道效應越過界面，復合介質表現出非線性。因此，無機顆粒的粒徑、填充等級和在基體中分布是影響它性能的重要因素，目前還不能實現無機顆粒在基體中的均勻分布。

發明內容

針對上述問題的局限性，本發明提供一種場致增強型非線性電導聚乙烯復合絕緣材料制備方法，由于同樣是有機物，烯丙基聚氧乙烯醚與聚乙烯基體有良好的相容性，將它與聚乙烯共混可以使復合材料的電導呈梯度分布，要解決的技術問題是提供一種使聚乙烯絕緣材料具有場致增強型非線性電導的制備方法。

本發明的技術要點之一是，所選用的有機助劑是具有羥基和醚鍵官能團的有機助劑即烯丙基聚氧乙烯醚，分子量為1000。

本發明的技術要點之二是，烯丙基聚氧乙烯醚被引入聚乙烯基體后，材料被賦予了場致增強型非線性電導特性，且隨濃度增加，電導率和非線性系數也隨之增加；根據電磁場的邊界條件，直流電場下，電場強度與電導率呈反比例分布，隨著電導率的提高，電場強度得到降低。