一种高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料及制备方法与流程

本发明涉及一种高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料及制备方法。

背景技术：

高温超导技术的产生和发展推进了对于高温超导输电电缆的研究，聚丙烯层压纸因其在低温下优异的绝缘性能而广泛用作高温超导电缆的绝缘材料。介电损耗是高压高温超导输电电缆中一个严重的问题，聚丙烯层压纸与液氮组成的绝缘系统在运行中产生的介电损耗远远高于交流损耗，主要原因如下：运行电压高、聚丙烯层压纸的介电常数高、聚丙烯层压纸的介电损耗角大。而聚丙烯层压纸的高介电损耗系数是由于其结构中存在高介电损耗的牛皮纸而造成的。因此本发明提出了一种新型的低介电损耗绝缘材料的制备方法，这种新型绝缘材料可取代聚丙烯层压纸作为高温超导电缆的绝缘材料。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种交流工作环境下介电损耗低且在液氮环境下满足绝缘要求的绝缘材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：将厚度为120μm的不锈钢模具预加热至190℃，将聚四氟乙烯滤纸-聚丙烯薄膜-聚四氟乙烯滤纸依次叠加，放入已预热的模具中，在1.5mpa压强下热压10分钟后冷却至室温，即得所述高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料。

所述聚丙烯薄膜的制备方法包括如下步骤：将等规度为97％的聚丙烯颗粒，放入50mm*50mm、厚度为40μm的正方形不锈钢模具中，调节热压温度为100-190℃，热压压强为1.3-1.5mpa，热压20分钟后冷却至室温，即得聚丙烯薄膜。

优选的，所述聚丙烯薄膜的制备过程中，调节热压温度为190℃，热压压强为1.5mpa。

优选的，所述聚四氟乙烯滤纸为孔径为0.1μm至1μm的亲水型聚四氟乙烯滤纸。

采用上述方法制备得到的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料，所述绝缘材料为三明治结构，是由聚四氟乙烯滤纸-聚丙烯薄膜-聚四氟乙烯滤纸依次叠加热压成型组成。

优选的，所述高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的厚度为120μm。

优选的，所述热压温度为190℃，热压压强为1.5mpa。

优选的，所述聚丙烯薄膜尺寸为50mm*50mm、厚度为40μm。

优选的，所述聚四氟乙烯滤纸为孔径为0.1μm至1μm的亲水型聚四氟乙烯滤纸。

将所制得的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料进行性能测试：具体地，将制备成型的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料和聚丙烯层压纸分别放入液氮中，应用lcr表(hp4278a,hp,usa)分别测试其介电常数和介电损耗角正切值，进行对比。

将所制得的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料进行电气绝缘测试：具体地，将制备成型的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料和聚丙烯层压纸分别放入液氮中，在材料两侧施加升压速度0.3kv/s频率为50hz的交流电压，应用局部放电检测仪进行测试，记录局部放电起始电压；继续加压直至材料被击穿，记录绝缘击穿电压。

本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料保持了与聚丙烯层压纸相同的多孔结构，可以满足超导绝缘材料需要与液氮构成复合绝缘的要求。相比于聚丙烯层压纸，本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的相对介电常数和介电损耗角均有所下降，局部放电性能增强，击穿电压提高，可以耐受更高的电压，提高了高温超导电缆的运行可靠性。

附图说明

图1所示为高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料与聚丙烯层压纸的扫描电镜微观图；

图2所示为高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料与聚丙烯层压纸的相对介电常数和介电损耗角对比；

图3所示为高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料与聚丙烯层压纸的局部放电起始电压对比；

图4所示为高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料与聚丙烯层压纸的击穿电压对比；

其中，图中ptfe0.1代表：采用聚四氟乙烯滤纸为孔径为0.1μm的亲水型聚四氟乙烯滤纸制备的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料；

ptfe1代表：采用聚四氟乙烯滤纸为孔径为1μm的亲水型聚四氟乙烯滤纸制备的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料；

pplp代表：聚丙烯层压纸。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

(1)聚丙烯薄膜的制备：将等规度为97％的聚丙烯颗粒，放入50mm*50mm、厚度为40μm的正方形不锈钢模具中，调节热压温度为190℃，热压压强为1.5mpa，热压20分钟后冷却至室温，即得聚丙烯薄膜；

(2)高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的制备：将厚度为120μm的不锈钢模具预加热至190℃，将两片孔径为0.1μm的亲水型聚四氟乙烯滤纸与步骤(1)中制备成的聚丙烯薄膜按聚四氟乙烯滤纸-聚丙烯薄膜-聚四氟乙烯滤纸依次叠放成三明治结构，放入已预热的模具中在1.5mpa压强下热压10分钟后冷却至室温，即得所述高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料，记为ptfe0.1。

实施例2

其基本步骤与实施例1相同，不同的是步骤(2)中两片聚四氟乙烯滤纸为孔径1μm的亲水型聚四氟乙烯滤纸，其他同实施例1相同，记为ptfe1。

将所制得的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料进行性能测试：具体地，将制备成型的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料和聚丙烯层压纸分别放入液氮中，应用lcr表(hp4278a,hp,usa)分别测试其介电常数和介电损耗角正切值，进行对比。

将所制得的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料进行电气绝缘测试：具体地，将制备成型的高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料和聚丙烯层压纸分别放入液氮中，在材料两侧施加升压速度0.3kv/s频率为50hz的交流电压，应用局部放电检测仪进行测试，记录局部放电起始电压；继续加压直至材料被击穿，记录绝缘击穿电压。

由附图1可见，本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料保持了与聚丙烯层压纸相同的多孔结构，可以满足超导绝缘材料需要与液氮构成复合绝缘的要求。

由附图2可见，相比于聚丙烯层压纸，本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的相对介电常数和介电损耗角均有所下降。

由附图3可见，与聚丙烯层压纸相比，本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的局部放电起始电压升高，即抗局部放电性能增强。

由附图4可见，相比于聚丙烯层压纸，本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的击穿电压提高，即相同绝缘结构设计下，采用新型绝缘材料可以耐受更高的电压，提高高温超导电缆的运行可靠性。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料及制备方法。该制备方法包括如下步骤：将厚度为120μm的不锈钢模具预加热至190℃，将聚四氟乙烯滤纸‑聚丙烯薄膜‑聚四氟乙烯滤纸依次叠加，放入已预热的模具中，在1.5MPa压强下热压10分钟后冷却至室温，即得所述高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料。本发明高温超导电缆用低介电损耗绝缘材料的相对介电常数和介电损耗角均有所下降，局部放电性能增强，击穿电压提高，可以耐受更高的电压，提高了高温超导电缆的运行可靠性。

技术研发人员：王明洋;杜伯学;李进;侯兆豪;韩晨磊;许然然
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.09.30
技术公布日：2019.03.29