具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，属于输电设备技术领域。
【背景技术】
[0002]直流输电技术比交流输电技术有很多优势。首先，直流输电不用考虑电容效应，没有距离的限制。其次，随着距离的增加，直流输电有很好的经济效益。最后，直流输电不存在系统失去同步的情况。随着高压直流输电的飞速发展，特别是跨海峡等水下直流输电工程的兴建以及大城市供电亟待解决线路走廊和城市美观等问题，直流电缆得到了广泛的应用。
[0003]为了提高电缆的使用温度，在交流电缆中常采用的是交联聚乙烯和乙丙橡胶。虽然可回收乙烯基电缆取得了一定的效果，但是交联聚乙烯电缆只能工作在70°C以下的温度。而且交联聚乙烯是一种热固性塑料，当电缆达到设计寿命时，这种塑料便不得不通过焚烧进行处理。考虑到焚烧过程中聚氯乙烯构成的电缆护套的有毒性，还需要通过密度法将聚氯乙烯和绝缘层进行分离。随着输电距离和电压等级的进一步提高，输电容量越来越来，这就要求电缆在更高的温度下进行工作。
[0004]同时众所周知，交联副产物会促进空间电荷的积累，对直流电缆绝缘造成很多方面的影响:
[0005]I)由于空间电荷积累导致介质体内的最高场强达到外加电场的8倍，导致介质发生击穿。
[0006]2)空间电荷显著的电场畸变效应使得电缆绝缘中实际电场的计算和设计变得困难。
[0007]3)空间电荷的积累是一个缓慢过程，所以当电缆以相同极性长期工作之后，电缆的极性发生反转使电容电场与空间电荷积累所产生的电场叠加在一起，极大电场应力点从界面运动到绝缘体内部。
[0008]4)同时，电缆绝缘中由于空间电荷的存在，将加速其电树枝发展和老化.
[0009]为了改善绝缘层空间电场分布，电缆厂商通过共混、枝接、添加无机纳米颗粒对交联聚乙烯或乙丙橡胶进行改性，抑制空间电荷在绝缘层的积累，改善空间电场分布，从而提高介电强度。专利CN1292147A中公开了一种具有聚合物基绝缘系统的直流电缆，该绝缘系统包括一种以挤压和交联的聚乙烯(XLPE)为基础为组合物，该组合物包覆于导线周围，以XLPE为基础的组合物包括一种以极性链段形式存在的极性改性剂。
[0010]因而直流高场下电缆绝缘中空间电荷的抑制被认为是高压直流电缆发展的关键问题。到目前为止，还没有一种具有优异的热机械性能和空间电荷抑制能力的直流电缆覆至[3JHL/Ζλ ο
【发明内容】
[0011]本发明的目的是为克服已有技术的不足，提出一种具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，采用聚烯烃弹性体改善聚丙烯的机械性能和热性能，同时保持其良好的空间电荷抑制能力，以用于高压直流电缆。
[0012]本发明提出的具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0013]将等规聚丙烯、弹性体、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂在190?200°C下混炼6?10分钟，转速为40?60r/min制得高压直流电缆料；等规聚丙稀:弹性体的比例为1: (O?0.7)，将等规聚丙烯和弹性体设为100份，则抗氧剂为0.5?I份，阻燃剂为2?5份，加工助剂为0.5?I份。
[0014]其中所述的等规聚丙烯的密度为0.90?0.94g/cm3，熔体流动速率为1.7?3.lg/10min，等规度大于95%，
[0015]所述的弹性体为乙烯-辛烯共聚物，其中辛烯含量小于14%，密度为0.85?0.95g/cm3，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂2246或者抗氧剂264。
[0016]所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。
[0017]所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑。
[0018]本发明提出的具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，其优点是:
[0019]本发明的可回收高压直流电缆料，在制备过程中，添加了弹性体，因此提高了聚丙烯的热机械性能，同时又提高了材料的空间电荷抑制能力。本发明方法中使用的聚丙烯和弹性体的共混物，没有经过交联处理，因此在常温下都具有很好的柔性，在高温下具有很好的机械完整性，可以在尚达90°C下工作，同时具有很好的电气性能，最后制备的尚压直流电缆料，可以在更高的温度下正常工作，材料老化后可以回收，有利于保护环境。加入的弹性体使得聚丙烯的球晶尺寸大大减少，增多了浅陷阱的的数量，有利于空间电荷的消散，从而提高了材料内部的空间电荷分布特性。
[0020]本发明方法制备的可回收高压直流电缆料，主要应用在电能输送和分配中，但是并不局限于此。在传输信号的电缆中也可以采用这种电缆，同样能够在信号电缆达到设计寿命时减少对环境的影响。
【附图说明】
[0021]图1是60kV/mm下材料的空间电荷分布图，其中(a)为纯聚丙烯T30s的空间电荷分布图，(b)为PP/POE的空间电荷分布图。
【具体实施方式】
[0022]本发明提出的具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，该方法如下:
[0023]将等规聚丙烯、弹性体、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂在190?200°C下混炼6?10分钟，转速为40?60r/min，制得高压直流电缆料；等规聚丙稀:弹性体的比例为1: (O?0.7)，将等规聚丙烯和弹性体设为100份，则抗氧剂为0.5?I份，阻燃剂为2?5份，加工助剂为0.5?I份。
[0024]其中所述的等规聚丙烯的密度为0.90?0.94g/cm3，熔体流动速率为1.7?3.lg/10min，等规度大于95 %，所述的弹性体为乙稀-辛稀共聚物，其中辛稀含量小于14%，密度为0.85?0.95g/cm3，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂2246或者抗氧剂264，所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑，所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。
[0025]本发明将通过下面的具体实施例对技术方案进行更加详细的说明，但是本发明并不局限于以下提出的实施案例。
[0026]以下介绍本发明方法的实施例
[0027]实施例一:
[0028]将30克的等规聚丙烯，20克的聚烯烃弹性体Dow Engage POE 8842，0.25克抗氧剂1010，I克阻燃剂氢氧化镁和0.25克加工助剂硬脂酸甘油酯，在180°C下混炼6分钟，转速为60r/min，得到一种用于高压直流电缆的可回收绝缘材料，其空间电荷性能见图1(b)。
[0029]本发明上述实施实例所得到的可回收高压直流电缆料，该材料在90°C时仍然具有合适的储能模量，说明其机械性能得到了很大的改善。同时从图1(b)可以看出，该材料具有很好的空间电荷抑制能力。从综合性能来看，该材料满足可回收电线电缆绝缘的要求，制备过程中不需要交联，是一种可回收的热塑性材料。
[0030]实施例二:
[0031]将35克的等规聚丙烯，15克的聚烯烃弹性体Dow Engage POE 8842，0.3克抗氧剂2246，1.5克阻燃剂低水硼酸锌和0.3克加工助剂硬脂酸甘油酯，在180°C下混炼6分钟，转速为40r/min，得到一种用于高压直流电缆的可回收绝缘材料。
[0032]实施例三:
[0033]将30克的等规聚丙烯，20克聚烯烃弹性体的Dow Engage POE 8150和0.4克抗氧剂2246，2克阻燃剂氢氧化铝和0.4克加工助剂硬脂酸甘油酯，在180°C下混炼8分钟，转速为50r/min，得到一种用于高压直流电缆的可回收绝缘材料。
[0034]实施例四:
[0035]将35克的等规聚丙烯，15克聚烯烃弹性体的Dow Engage POE 8150和0.5克抗氧剂264，2.5克阻燃剂三氧化二锑和0.5克加工助剂硬脂酸甘油酯，在180°C下混炼10分钟，转速为60r/min，得到一种用于高压直流电缆的可回收绝缘材料。
[0036]以上实施例中的样品采用压片机制样，首先将样品预热5分钟，然后在20MPa的压强压制6分钟，从而压制出300um的薄膜，用于进行空间电荷测量。
[0037]各实施例得到的可回收高压直流电缆料的空间电荷性能采用电声脉冲法。测量过程所依据的基本原理为:在样品上施加电脉冲，产生的声脉冲通过PVDF压电传感器进行测量，从而反映空间电荷的分布。该方法由解决了声波在介质的衰减和色散导致的信号畸变的问题。电声脉冲法因其测试原理简单、硬件要求不高、便于连续测量等优点而得到了快速发展，并广泛应用于研宄电极-介质界面处的电荷注入和介质内部空间电荷分布的动态响应。同时电声脉冲法具有和压力波扩展法类似的测量结果，已成功用来测试单层平板样品，同轴电缆和多层平板样品。本实验中脉冲源的幅值为800V，脉宽为7ns ;直流电压为6kV，示波器带宽为1GHz，采样率为lOGS/s ;压电传感器采用9um的PVDF薄膜。
[0038]实施例1得到具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料。其中，图1 (a)为纯聚丙烯的空间电荷分布图，图1(b)为PP/POE的空间电荷分布图。图1中，横坐标为电缆料压制的薄膜的厚度，纵坐标为薄膜中该位置的空间电荷密度。
【主权项】
1.一种具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 将等规聚丙烯、弹性体、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂在190?200°C下混炼6?10分钟，转速为40?60r/min制得高压直流电缆料；该等规聚丙烯:弹性体的比例为1: (O?0.7)，将等规聚丙烯和弹性体设为100份，则抗氧剂为0.5?I份，阻燃剂为2?5份，加工助剂为0.5?I份。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的等规聚丙烯的密度为0.90?0.94g/cm3，熔体流动速率为1.7?3.lg/10min，等规度大于95%。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的弹性体为乙烯-辛烯共聚物，其中辛烯含量小于14%，密度为0.85?0.95g/cm3o4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂2246或者抗氧剂264。5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑。6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。
【专利摘要】本发明涉及一种具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，属于输电设备技术领域。该方法包括：将等规聚丙烯、弹性体、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂在190～200℃下混炼6～10分钟，转速为40～60r/min制得高压直流电缆料；该等规聚丙烯：弹性体的比例为1:(0～0.7)，将等规聚丙烯设为100份，则抗氧剂为0.5～1份，阻燃剂为2～5份，加工助剂为0.5～1份。本发明的可回收高压直流电缆料以热塑性聚合物材料与弹性体的混合物为基础，聚合物材料的熔点大于或等于150℃，其中弹性体中辛烯含量小于14％。这种材料在提高热塑性树脂的热机械性能情况下，很好地抑制可回收高压直流电缆料的空间电荷，并且在达到设计寿命后能够回收利用，不对环境造成破坏。
【IPC分类】C08L23/12, C08K3/22, C08L23/08, C08K3/38, H01B3/44
【公开号】CN104927190
【申请号】CN201510312705
【发明人】何金良, 胡军, 党斌, 周垚, 郭宝华, 曾嵘, 余占清
【申请人】清华大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月9日