一种高压套管绝缘层材料及其制备方法与流程

本发明属于绝缘材料，具体是指一种高压套管绝缘层材料及其制备方法。

背景技术：

1、电力工业是关系国计民生的基础产业，随着社会持续快速发展，人民的生活水平不断提高，电力需求呈现上升趋势，而能源基地与负荷中心的不均匀分布，使大规模建设低损耗远距离电能传输网络的重要性不断提高；高压直流输电技术是一种用于远距离、大容量电力输送的技术，高压直流电缆的绝缘安全性和可靠性与整个高压直流输电网络的稳定性密切相关；相对于交流电缆，直流塑料电缆的发展水平较为滞后，由于聚合物绝缘材料在直流和交流下的电气性能有着明显差异，交流电场下，绝缘介质中的电场分布由介电常数决定，介电常数不受温度变化和电场分布的影响，而直流电场下，绝缘介质中的电场分布主要取决于电阻，电阻对温度和电场的变化非常敏感，有时能达几个数量级的差异；目前常见的高压套管绝缘层材料为交联聚乙烯（xlpe），而传统交联聚乙烯直流电缆绝缘具有杂质多、生产工艺复杂、不可回收利用等缺点，聚丙烯具有良好的耐化学腐蚀性和电气绝缘性，而且可以回收利用，满足绿色环保可回收的要求；在直流电场长期作用下直流电缆绝缘材料容易产生空间电荷积聚，引起局部电场畸变并加速绝缘老化，降低使用寿命，因此开发高性能环保型直流电缆绝缘，对于直流电缆输电技术的发展具有重要意义。

2、目前现有技术主要存在以下问题：交联聚乙烯材料难以回收利用，绝缘材料易老化现象严重。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种高压套管绝缘层材料及其制备方法，为了解决交联聚乙烯材料难以回收问题，本发明提出以乙烯-辛烯共聚物增韧聚丙烯制备可回收绝缘材料的方式，实现了电缆绝缘材料的回收再利用，以多壁碳纳米管制备碳纳米微球负载氧化镁并以乙烯基三甲氧基硅烷进行改性作为复合填料，进而实现绝缘材料耐老化的技术效果。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种高压套管绝缘层材料，所述高压套管绝缘层材料包括如下重量份的组分：纳米复合填料1-2份、乙烯-辛烯共聚物18-25份和聚丙烯70-90份。

3、优选地，所述纳米复合填料由如下重量组分制备：醋酸镁7-9份、多壁碳纳米管35-45份、聚甲基丙烯酸甲酯175-225份和乙烯基三甲氧基硅烷3.5-4.5份。

4、优选地，所述纳米复合填料的制备方法，具体包括如下步骤：

5、s1、将醋酸镁、多壁碳纳米管和聚甲基丙烯酸甲酯分散在500ml去离子水中，持续搅拌得到混合溶液，超声处理，得到反应液；

6、s2、将s1所得反应液喷雾干燥，得到前驱体粉末，在氩气气氛中煅烧，得到氧化镁碳纳米微球；

7、s3、将乙烯基三甲氧基硅烷加入200ml无水乙醇溶液中，加入s2所得氧化镁碳纳米微球，超声处理，过滤干燥，得到纳米复合填料。

8、优选地，在s1中，所述醋酸镁在去离子水中的添加量为0.4-0.52mg/ml；所述多壁碳纳米管在去离子水中的添加量为2-2.58mg/ml；聚甲基丙烯酸甲酯在去离子水中的添加量为10-12.86mg/ml；

9、优选地，在s1中，所述超声处理功率为80-100w，时间为20-40min；

10、优选地，在s2中，所述喷雾干燥温度为180-220℃，进料速度为4-6ml/min；

11、优选地，在s2中，所述煅烧温度为450-500℃，煅烧时间为2-3h；

12、优选地，在s3中，所述乙烯基三甲氧基硅烷在无水乙醇溶液中的添加量为0.5-0.65mg/ml；

13、优选地，在s3中，所述超声处理功率为60-80w，时间为60-120min。

14、本发明还提供了一种高压套管绝缘层材料的制备方法，具体包括如下步骤：

15、（1）将乙烯-辛烯共聚物加入双辊混炼机中，以120-140℃混炼3-5min，将纳米复合填料加入乙烯-辛烯共聚物中，继续混炼10-15min，得到复合材料；

16、（2）将聚丙烯加入双辊混炼机中，以180-200℃混炼3-5min，将步骤(1)所得复合材料加入聚丙烯中，继续混炼10-15min，得到高压套管绝缘层材料。

17、本发明取得的有益效果如下：以醋酸镁为镁源，以聚甲基丙烯酸甲酯为成孔剂，以多壁碳纳米管为支撑框架，通过喷雾干燥及高温煅烧，制备氧化镁碳纳米微球，碳纳米管壁上具有丰富的互联孔和丰富的分散氧化镁，然后以乙烯基三甲氧基硅烷进行表面改性，以共价键与氧化镁碳纳米微球相结合，得到具有良好分散性的纳米复合填料，以聚丙烯为主体，加入乙烯-辛烯共聚物和纳米复合填料通过混炼得到高压套管绝缘层材料；乙烯-辛烯共聚物可以提高聚丙烯的机械韧性，纳米复合填料与聚丙烯有较好的亲和性，可以有效提高聚丙烯复合材料的电气性能；多壁碳纳米管为支撑框架的纳米复合填料具有良好的导热性能，碳纳米管是碳晶体，具有较强的憎水性，由于其独特的结构，具有良好的稳定，对材料的老化起到抑制作用，进一步负载氧化镁并进行表面改性，提高其在绝缘材料中的分散性，且作为深阱中心，降低了载流子的迁移率，从而抑制空间电荷的积累，提高电缆的使用寿命；同时纳米复合填料与聚丙烯形成交联结构限制了基体中强极性基团的解离以及杂质离子的电离，从而限制了导电载流子的迁移，提高了复合材料的绝缘性能。

技术特征：

1.一种高压套管绝缘层材料，其特征在于：包括如下重量份的组分：纳米复合填料1-2份、乙烯-辛烯共聚物18-25份和聚丙烯70-90份；

2.一种根据权利要求1所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：纳米复合填料的制备方法，具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：在s1中，所述醋酸镁在去离子水中的添加量为0.4-0.52mg/ml；所述多壁碳纳米管在去离子水中的添加量为2-2.58mg/ml；聚甲基丙烯酸甲酯在去离子水中的添加量为10-12.86mg/ml。

5.根据权利要求4所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：在s1中，所述超声处理功率为80-100w，时间为20-40min。

6.根据权利要求5所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：在s2中，所述喷雾干燥温度为180-220℃，进料速度为4-6ml/min。

7.根据权利要求6所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：在s2中，所述煅烧温度为450-500℃，煅烧时间为2-3h。

8.根据权利要求7所述的高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：在s3中，所述乙烯基三甲氧基硅烷在无水乙醇溶液中的添加量为0.5-0.65mg/ml。

9.根据权利要求8所述的一种高压套管绝缘层材料的制备方法，其特征在于：在s3中，所述超声处理功率为60-80w，时间为60-120min。

技术总结本发明公开了绝缘材料技术领域的一种高压套管绝缘层材料及其制备方法，包括如下重量份的组分：纳米复合填料1‑2份、聚烯烃弹性体18‑25份和聚丙烯70‑90份。本发明提出以乙烯‑辛烯共聚物增韧聚丙烯制备可回收绝缘材料的方式，实现了电缆绝缘材料的回收再利用，以多壁碳纳米管制备碳纳米微球负载氧化镁并以乙烯基三甲氧基硅烷进行改性作为复合填料，进而实现绝缘材料耐老化的技术效果。技术研发人员：马全受保护的技术使用者：南京鑫瑞宁电气有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18