一种耐热防污的超高压绝缘材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力设备技术领域，具体设及一种耐热防污的超高压绝缘材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国电力事业发展迅速，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模逐步 扩大。超高或特高压输电网络是国家电网正在全力打造的智能电网的骨架和核屯、，建设特 高压输电网络能够大幅度提升我国电网的输送能力，降低长距离电力输送损耗，但是更高 的电压等级及直流输电对广泛应用于电气设备的绝缘材料的安全可靠性提出了重大挑战。
[0003] 高性能绝缘材料是构成高压、特高压输变电设备和网路的技术核屯、与关键，其电 气性能的高低与稳定直接关系到了整个输电网络的电压等级与安全。低密度聚乙締具有优 良的介电性能和机械性能，已被广泛应用于超高压塑料绝缘电力电缆中。随着超高压、特高 压直流输变电系统的发展，运行过程中的绝缘老化问题越来越严重，已成为绝缘电缆向超 高压发展的主要障碍。当绝缘聚合物的工作电场强度达到击穿电场强度的十分之一时，长 时间工作的电力设备绝缘中会引起树枝化，降低电缆使用寿命。随着超高压、特高压直流输 变电工程的建设，电力设备正朝着电压高、体积小、重量轻和高可靠性的方向发展。寻找高 效、耐久的抗老化添加剂，W便进一步减薄电缆的绝缘厚度，提高聚合物绝缘的击穿强度和 延长电缆使用寿命，对降低电缆的制造成本具有明显的经济效益和实用价值。另外国内空 气污染严重，气候条件复杂，作为电力安全头号大敌的输变电设备污闪防护依然任务艰巨； 更高的电压等级对绝缘材料的耐热性能也提出了新的要求。
[0004] 发明专利CN103665525A公开了一种高压直流电缆绝缘材料，该发明包括：100份 LD阳，1~2份CPE，0. 5~1. 5份BaTi〇3,0. 6~1. 5份导电铁酸钟晶须，1~2. 5份交联剂，0. 1~0. 5 份抗氧剂。用该材料制备的半导电聚締控屏蔽材料，具有超光滑表面特性，物理性能好，综 合性能优异。发明专利CN101445627A公开了一种高压直流电缆绝缘材料及其制备方法，该 发明采用的技术方案是，将100重量份的低密度聚乙締，0. 1~1重量份的抗氧剂，0. 5~5重量 份的马来酸酢，放入密炼机中混炼，然后再加入0. 1~5重量份的交联剂混炼10~15分钟，得 到高压直流电缆绝缘材料，该发明制备的绝缘材料可W有效提高高压直流电缆的力学性能 和电气性能。但是运些材料不能很好的提高绝缘材料的防污闪性能和耐热性能。
[0005] 因此，研制高性能绝缘材料，对建设安全可靠、稳定高效的直流超高压输变网络、 提升我国输电水平和节省资源具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种抑制空间电荷分 布、提高材料抗老化性能的耐热防污的超高压绝缘材料及其制备方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种耐热防污的超高压绝缘材料，包含的组分及其含量为：低密度聚乙締100重量份， 氣娃树脂15~20重量份，聚四氣乙締20~30重量份，室溫硫化娃橡胶5~15重量份，纳米蒙脱 石1~5重量份，十二烷基硫酸钢0. 1~1重量份，蒸馈水10~30重量份，纳米氮化棚、纳米氧 化儀和纳米氧化锋混合物5~15重量份，相容剂0.8~6重量份，阻燃剂1~5重量份，抗氧剂 0. 5~2. 5重量份，交联剂0. 5~5重量份。 阳00引优选的，所述低密度聚乙締的密度为0. 895~0. 920g/cm3,烙融指数为 2. 3~15g/10min〇
[0009] 优选的，所述聚四氣乙締为聚四氣乙締微粉，粒径为0. 5~5μm。
[0010] 优选的，所述纳米氮化棚、纳米氧化儀和纳米氧化锋混合物的粒径为25~60nm，所 述纳米氮化棚：纳米氧化儀：纳米氧化锋的质量比为3:5:2。
[0011] 优选的，所述相容剂为马来酸酢接枝聚乙締或马来酸酢接枝聚丙締。
[0012] 优选的，所述阻燃剂为氨氧化侣。
[0013] 优选的，所述抗氧剂为抗氧剂300或抗氧剂BBM。
[0014] 优选的，所述交联剂为过氧化二甲酯、Ξ締丙基异Ξ聚氯酸醋或二亚乙基Ξ胺中 的一种。
[0015] 本发明还提供了上述耐热防污的超高压绝缘材料的制备方法，包括W下步骤： 1) 将0. 1~1重量份十二烷基硫酸钢加入10~30重量份蒸馈水中，置于磁力揽拌器中，在 20~35°C条件下揽拌15~40min，然后加入1~5重量份纳米蒙脱石，在60°C水浴中揽拌3~6h， 过滤、干燥，得到表面改性的纳米蒙脱石； 2) 将步骤1)得到的表面改性的纳米蒙脱石与100重量份低密度聚乙締依次加入到转 矩流变仪中，在140~190°C下混合20~25min，得到低密度聚乙締/蒙脱石复合材料； 3) 将步骤2)得到的低密度聚乙締/蒙脱石复合材料，15~20重量份氣娃树脂，20~30份 聚四氣乙締，5~15份室溫硫化娃橡胶，5~15重量份纳米氮化棚、纳米氧化儀和纳米氧化锋 混合物，0. 8~6重量份相容剂放入密炼机中混炼30~40min，混炼溫度为140~180°C，得到混 合物料； 4) 在步骤3)得到的混合物料中依次加入0. 5~5重量份交联剂、0. 5~2. 5重量份抗氧 剂、1~5重量份阻燃剂，在密炼机中混炼10~20min，混炼溫度为140~180。得到混炼物； 5) 将步骤4)得到的混炼物烙融挤出造粒，得到所述耐热防污的超高压绝缘材料。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 1、纳米蒙脱石通过表面改性，与低密度聚乙締的相容性更好，增加了纳米蒙脱石在有 机体中的分散性。采用纳米蒙脱石改性低密度聚乙締，可W有效提高材料的击穿强度，增加 低密度聚乙締初性，降低其对裂纹的敏感性，增加热性能。
[0017] 2、室溫硫化娃橡胶是常用防污闪涂层的主要成分，其具有优良的电气绝缘性、憎 水性和憎水迁移性；聚四氣乙締乙締微粉的添加可W显著降低环氧树脂复合材料的介电常 数、介质损耗和吸水率，同时也提高了复合材料的热分解溫度和抗污能力；氣娃树脂具有优 异的耐溫性、抗粘性、耐化学品性、防污性。通过W上材料的有机结合，可W有效提高材料的 耐热性和防污能力。
[0018] 3、采用无机纳米复合技术能够大幅度提高材料的体积电阻率，减少表面电荷积 聚、优化电场分布、避免沿面闪络，同时提高材料绝缘、力学及热学等综合性能。纳米复合材 料的局部放电W及耐压性能具有明显优势，纳米复合材料还具有显著的协同效应，可综合 发挥各组分的协同效能。
[0019] 4、本发明通过各种材料的有机结合，制备得到的耐热防污的超高压绝缘材料，能 够有效抑制电缆绝缘材料中的空间电荷积聚，耐热性能高，防污能力强，具有良好的机械性 能、电气性能和热性能，物理性能好，综合性能优异。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步的阐述。
[0021] 一种耐热防污的超高压绝缘材料，包含的组分及其含量为：低密度聚乙締100重 量份，氣娃树脂15~20重量份，聚四氣乙締20~30重量份，室溫硫化娃橡胶5~15重量份，纳 米蒙脱石1~5重量份，十二烷基硫酸钢0. 1~1重量份，蒸馈水10~30重量份，纳米氮化棚、纳 米氧化儀和纳米氧化锋混合物5~15重量份，相容剂0.8~6重量份，阻燃剂1~5重量份，抗氧 剂0. 5~2. 5重量份，交联剂0. 5~5重量份。 阳02引所述低密度聚乙締的密度优选为0. 895~0. 920g/cm3,烙融指数优选为 2. 3~15g/10min，所述烙融指数在190°C/2. 16kg下测定，低密度聚乙締与高密度聚乙締相 比柔初性好，与线性低密度聚乙締相比，可W阻碍内部由于杂质离子解离形成的电荷的积 累。低密度聚乙締有成核剂作用，减小了球晶尺寸，改善了结晶完整度，从而降低了空间电 荷的产生。
[0023] 所述氣娃树脂具有优异的耐溫性、抗粘性、耐化学品性、防污性。
[0024] 所述聚四氣乙締优选为聚四氣乙締微粉，粒径为0.5~5μπι，聚四氣乙締具有优异 的微波性能、化学稳定性和力学性能，添加聚四氣乙締乙締微粉可W显著降低环氧树脂复 合材料的介电常数、介质损耗和吸水率，同时也提高了复合材料的热分解溫度，采用聚四氣 乙締微粉，可W增加比表面积，减少用量。
[00巧]所述室溫硫化娃橡胶选用市售单组份室溫硫化娃橡胶。室溫硫化娃橡胶是常用防 污闪涂层的主要成分，其具有优良的电气绝缘性、憎水性和憎水迁移性。
[00%] 所述纳米氮化棚、纳米氧化儀和纳米氧化锋混合物的粒径为25~60nm，所述纳米氮 化棚：纳米氧化儀：纳米氧化锋的质量比为3:5:2,纳米氮化棚、纳米氧化儀、纳米氧化锋具 有良好的耐热性能，可W提高绝缘材料的热稳定性，用纳米粒子填充增强聚合物，填料与基 体接触面积大，并且纳米粒子表面活性中屯、多，可W和基体紧密结合，相容性较好，达到同 时增初和增强的作用。
[0027]所述相容剂优选为马来酸酢接枝聚乙締或马来酸酢接枝聚丙締，马来酸酢接枝的 相容剂比其它相容剂极性强，相容效果比较好。
[0028] 所述阻燃剂优选为氨氧化侣，其添加量少、阻燃效率高。
[0029] 所述抗氧剂优选为抗氧剂300或抗氧剂BBM，适量抗氧剂的存在可延缓或抑制聚 合物氧化