一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用

本发明属于绝缘材料，涉及一种电力电缆用增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、交联聚乙烯的电气性能及高温下的热机械性能优异，是最广泛使用的电缆绝缘材料。但交联聚乙烯作为热固性材料，退役后难以回收利用，交联过程中的副产物也会对环境造成污染，不具备绿色环保的特性，开发可替代交联聚乙烯的环保型电缆绝缘材料是电力工业亟待解决的难题。聚丙烯具有电气性能优异、耐温等级高、加工工艺简单、退役后可回收利用等优点，是环保型电缆绝缘的重要发展方向。然而聚丙烯自身刚性大、低温韧性差，无法满足电缆绝缘的力学性能要求，要使聚丙烯作为电缆绝缘材料必须改善其机械性能，以满足电缆的使用要求。

2、目前，针对聚丙烯的改性方法主要有共混改性、共聚改性、添加成核剂及纳米添加等，一些学者通过纳米掺杂、化学接枝对聚丙烯进行改性，提升了聚丙烯的直流击穿场强、体积电阻率等特性，空间电荷积聚效应也被显著抑制，但都局限于对其电气性能的研究及改善，机械性能并未显著提高。添加弹性体可有效改善聚丙烯的力学性能，但添加量较少时，对聚丙烯力学性能的改善效果并不明显，和xlpe仍有一定差距；添加量过多时，由于弹性体熔点低、含量高，共混物结晶度下降，高温下聚丙烯结晶对链段的束缚能力降低，链段松弛加剧，造成材料的抗热变形能力减弱，电学性能显著劣化。因此，同步改善聚丙烯/弹性体复合体系高温力学和电气性能是聚丙烯用于电缆绝缘料的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用，所述增韧聚丙烯绝缘材料既保留了弹性体增韧的效果，又具备良好的高温力学和电气性能。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)在弹性体上接枝极性单体，得到接枝弹性体；

5、(2)将β晶聚丙烯与接枝弹性体熔融共混，得到增韧聚丙烯绝缘材料。

6、优选的，步骤(1)具体为：将弹性体、极性单体和引发剂在160-180℃进行接枝反应并造粒，得到接枝弹性体。

7、进一步的，所述引发剂为过氧化二异丙苯。

8、进一步的，所述弹性体、极性单体和引发剂的质量比例为100：(1～5)：(0.1～0.5)。

9、优选的，步骤(1)中，所述极性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯或马来酸酐。

10、优选的，步骤(1)中，所述弹性体为聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶和乙稀醋酸乙烯共聚物中的一种或多种并用。

11、优选的，步骤(2)中，所述β晶聚丙烯的制备方法为：

12、制备含β成核剂的聚丙烯母料；将聚丙烯母料与聚丙烯混合均匀后，造粒，得到β晶聚丙烯；所述β成核剂为缩醛类成核剂、松香型成核剂、酰胺类成核剂和稀土类成核剂中的一种或多种并用。

13、优选的，步骤(2)中，β晶聚丙烯和接枝弹性体的质量比例为(80～60)：(20～40)。

14、采用所述的制备方法得到的增韧聚丙烯绝缘材料。

15、所述的增韧聚丙烯绝缘材料在电力电缆中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

17、本发明采用晶型调控和化学接枝两种手段对聚丙烯/弹性体复合材料进行改性。一方面，通过接枝改性在分子上引入极性基团可以增强分子间相互作用力，提高两相相容性，削弱界面极化作用，从而降低介电损耗；接枝改性还能有效抑制聚丙烯中的电荷积聚，限制电导，提高绝缘性能；与聚丙烯相比，弹性体侧链相对较大，有利于减轻凝胶化程度；并且支化程度较高、易获得接枝点来获得较高的接枝率，更适合进行接枝处理，因此本发明对弹性体进行接枝处理。另一方面，在聚丙烯中引入β晶体可改善高温力学的稳定性，且对电气性能的提高也有积极作用。本发明在保持弹性体增韧效果的基础上，进一步提高了该复合体系的高温力学和电气性能，以获得性能更为优异的电气绝缘材料。结果表明，该复合材料即保持了良好的力学性能，又具备优异的高温力学和电气性能。

18、进一步的，本发明β晶聚丙烯的制备方法采用加入β成核剂的方法，该方法简单，且反应过程稳定；同时，用母料法制备β晶聚丙烯，使得成核剂均匀分散。

技术特征：

1.一种增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体为：将弹性体、极性单体和引发剂在160-180℃进行接枝反应并造粒，得到接枝弹性体。

3.根据权利要求2所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯。

4.根据权利要求2所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述弹性体、极性单体和引发剂的质量比例为100：(1～5)：(0.1～0.5)。

5.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述极性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯或马来酸酐。

6.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述弹性体为聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶和乙稀醋酸乙烯共聚物中的一种或多种并用。

7.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述β晶聚丙烯的制备方法为：

8.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，β晶聚丙烯和接枝弹性体的质量比例为(80～60)：(20～40)。

9.采用权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的增韧聚丙烯绝缘材料。

10.权利要求9所述的增韧聚丙烯绝缘材料在电力电缆中的应用。

技术总结
本发明提供一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)在弹性体上接枝极性单体，得到接枝弹性体；(2)将β晶聚丙烯与接枝弹性体熔融共混，得到增韧聚丙烯绝缘材料。所述增韧聚丙烯绝缘材料既保留了弹性体增韧的效果，又具备良好的高温力学和电气性能。

技术研发人员：蒋毅恺,徐静,徐曼,刘宇,路文贤,周锋,王照
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13