专利名称：不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电气绝缘材料及制备方法，它是一种不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料及制备方法。
背景技术：
塑料电力电缆由于敷设容易，价格低廉、加工方便、介电性能和机械性能好，在输配电工程中被广泛使用。然而这种用挤塑电介质而绝缘的电力电缆安装在有水或极可能与水接触的地下时，因为有机聚合物材料在有液态或汽态水存在的情况下长期处于电场中时，会出现水树枝网络，导致寿命缩短。因此，特别是中高压电缆可能因本领域中称为“水树”的现象而产生介质击穿，导致电缆被破坏。
为了增加有机绝缘材料抗由于水树而降解的能力，已经提出了许多减少和防止水树形成和增长的方法。比如可从美国专利号4,440,671(Turbett et al.)、美国专利号4,206,260(Mc Mahon)和美国专利号4,499,013(Barlow et al.)中找到这种现象的一般论述。
美国专利号4,440,671公开了一种可用作电缆绝缘层的抗水树组合物，该组合物包含一种烃取代的苯胺和高分子量的聚乙二醇。然而，聚乙二醇作为抗水树添加剂的缺点在于它是亲水性的，与非极性的聚烯烃混容性差。由于它的难混容性，聚乙二醇被人为是按小液滴扩散在整个聚烯烃绝缘体上，而这些液滴作为绝缘体中扩散水的吸出点。随着水聚集在添加剂的周围，就会产生局部高度聚集水的区域，而该区域可能自己导致出现缺陷。因此，尽管聚乙二醇添加剂能够延迟水树形成，但在寿命期间，经过一定的时间间隔后，它往往导致绝缘体中水树量的整体增加。
正如美国专利号，305,849、中国专利CN 1175065A和中国专利CN 1050728A所指出的那样，与聚烯烃相容性差的亲水性材料如聚乙二醇和乙烯醋酸乙烯共聚物等都有某些缺点，比如相容性差，挥发性等，不能制备性能良好的抗水树绝缘材料。
发明内容
本发明的目的是通过在聚烯烃树脂中添加具有足够的亲水性和能很好扩散的组分，制备一种具有抗水树性能的绝缘材料。
本发明不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料的组成如下0.1-10重量份的不饱和羧酸、0.1-10重量份的碱或金属氧化物、90-99重量份的聚烯烃树脂、0.01-5重量份的引发剂或交联剂和1-10重量份的塑料加工助剂。
本发明采用的不饱和羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸酐。
本发明采用的碱或金属氧化物选自钠、钾、锂、镁、钙、铁、锌、钴、镍或铜的碱或其氧化物。
本发明采用的聚烯烃树脂选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物或聚丙烯或其混合物。
本发明采用的引发剂或交联剂选自过氧化二枯基、过氧化十二烷酰、偶氮二异丁腈、过氧化二叔丁基、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己炔或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢。
本发明采用的塑料加工助剂有抗氧化剂、抗紫外吸收剂、抗静电剂、填料、滑爽剂、稳定剂、交联助促进剂、粘度控制剂、着色剂、增塑剂。
本发明不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料的制备方法如下先将0.1-10重量份的碱或金属氧化物、90-99重量份的聚烯烃树脂和1-10重量份的塑料加工助剂放入密炼机中混炼，待聚烯烃熔融后加入0.1-10重量份的不饱和羧酸，最后再加入0.01-5重量份的引发剂或交联剂，混炼温度为100-200℃，整个混炼时间为5-30分钟，得到一种不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘组合物。
本发明得到的不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料，采用了一种不饱和羧酸和碱或金属氧化物，在熔融混炼中原位生成不饱和羧酸盐，并且这种不饱和羧酸盐在引发剂或交联剂的引发下发生聚合反应(包括接枝聚合和均聚)生成聚合物。这种原位聚合不饱和羧酸盐改性的绝缘材料具有抗水树特性，其中不饱和羧酸盐具有足够的亲水性，而且与水分子键合防止水在材料中扩散，同时这种不饱和羧酸盐部分接枝在聚烯烃树脂的分子链中，改善了不饱和羧酸盐均聚物与聚烯烃树脂的相容性，防止了不饱和羧酸盐的损失和聚集并保持总体均匀地分布扩散；与传统的电缆绝缘材料相比不仅具有良好的力学性能和介电性能，并且能有效地抑制或避免水树现象的产生，特别适用于中高压电缆的绝缘层。
具体实施例方式本发明将通过下面的具体实施实例对本发明的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例。
本发明不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料的力学性能评价方法采用IEC60811标准；抗水树性能评价参考采用ASTM6097-01a标准；实施例中的密炼机采用哈克转矩流变仪。
实施例1先将0.32克氢氧化钠、150克线性低密度聚乙烯放入哈克转矩流变仪中混炼，等聚乙烯熔融后加入0.57克丙烯酸，最后再加入0.1克过氧化二枯基，混炼温度为170℃，整个混炼时间为20分钟，得到不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料。
实施例2先将0.32克氢氧化钠、150克线性低密度聚乙烯放入哈克转矩流变仪中混炼，等聚乙烯熔融后加入0.57克丙烯酸，最后再加入3.0克过氧化二枯基，混炼温度为130℃，整个混炼时间为10分钟，得到不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料。
表一性能比较 市售电缆绝缘料为美国EXXON公司的LL4004。
从上表一中可以明显的看出，本发明上述两个实施实例所得到的不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料的水树长度比市售电缆绝缘料的水树长度降低35％-60％，同时拉伸强度和断裂伸长率与市售电缆绝缘料接近，这表明本发明得到的不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料具有很好的抗水树特性，同时还能保持较好的力学性能。
权利要求
1.不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料，其特征在于组成如下0.1-10重量份的不饱和羧酸、0.1-10重量份的碱或金属氧化物、90-99重量份的聚烯烃树脂、0.01-5重量份的引发剂或交联剂和1-10重量份的塑料加工助剂；其中不饱和羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸酐；碱或金属氧化物选自钠、钾、锂、镁、钙、铁、锌、钴、镍或铜的碱或其氧化物；聚烯烃树脂选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物或聚丙烯或其混合物；引发剂或交联剂选自过氧化二枯基、过氧化十二烷酰、偶氮二异丁腈、过氧化二叔丁基、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己炔或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢；塑料加工助剂有抗氧化剂、抗紫外吸收剂、抗静电剂、填料、滑爽剂、稳定剂、交联助促进剂、粘度控制剂、着色剂、增塑剂。
2.如权利要求1所述的不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料及制备方法，其特征在于制备方法如下先将0.1-10重量份的碱或金属氧化物、90-99重量份的聚烯烃树脂和1-10重量份的塑料加工助剂放入密炼机中混炼，待聚烯烃熔融后加入0.1-10重量份的不饱和羧酸，最后再加入0.01-5重量份的引发剂或交联剂，混炼温度为100-200℃，整个混炼时间为5-30分钟，得到一种不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘组合物。其中不饱和羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸酐；碱或金属氧化物选自钠、钾、锂、镁、钙、铁、锌、钴、镍或铜的碱或其氧化物；聚烯烃树脂选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物或聚丙烯或其混合物；引发剂或交联剂选自过氧化二枯基、过氧化十二烷酰、偶氮二异丁腈、过氧化二叔丁基、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己炔或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢；塑料加工助剂有抗氧化剂、抗紫外吸收剂、抗静电剂、填料、滑爽剂、稳定剂、交联助促进剂、粘度控制剂、着色剂、增塑剂。
全文摘要
本发明提供一种不饱和羧酸盐改性的抗水树绝缘材料及制备方法，它由不饱和羧酸、碱或金属氧化物、聚烯烃树脂、引发剂或交联剂、塑料加工助剂组成；采用熔融共混法制备，本发明制备的抗水树绝缘材料可以减少因水电老化生成的水树状组织，用于电缆绝缘层。
文档编号H01B3/42GK1801401SQ20051011102
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者柯清泉, 江平开, 韦平, 汪根林, 金敏杰 申请人:上海交通大学