含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及电缆，特别是涉及一种含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着环保节能理念逐渐成为全球性热点问题，电缆行业也逐渐重视环保型电缆的开发，研发出热塑性可回收的新型电缆绝缘材料已成为行业的重要发展方向。聚丙烯（pp）因其具有优异的耐热性能与直流电性能成为电缆绝缘材料的首选。目前，研究人员对pp基电缆绝缘材料进行了较为深入的研究，在交流聚丙烯电缆方向，国内已经实现了110kv交流聚丙烯电缆的制造与挂网运行，但在高压直流聚丙烯电缆方向，还没有取得突破性进展。其中一个原因是在电缆运行过程中，需要配合少量抗氧剂以抑制绝缘层的热氧老化过程，维持电缆寿命区间的机械性能与电性能的稳定，保证电缆寿命周期内的运行可靠性。一般常将抗氧剂1010、300、1035等以共混形式分散于材料内，但是在电缆运行过程中，抗氧剂作为“杂质”在电场极化下发生解离、迁移，严重影响绝缘的直流电性能，迁移与析出的抗氧剂使得绝缘抗氧化效果下降，影响电缆的长期运行可靠性。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其可实现抗氧化作用与抑制抗氧剂迁移效果，同时具有直流电性能改善作用。

2、技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其原料按重量份数计包括如下组分：

4、马来酸酐接枝改性聚丙烯50-100份，含有氨基的化合物0.5-4份。

5、在其中一个实施例中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的一种或多种。

6、在其中一个实施例中，所述含有氨基的化合物为芳香胺类化合物；

7、可选地，所述含有氨基的化合物为n-苯基对苯二胺。

8、在其中一个实施例中，所述n-苯基对苯二胺中，有效成分高于98%。

9、在其中一个实施例中，所述马来酸酐接枝改性聚丙烯中，马来酸酐的接枝率为0.5%-1.5%。

10、在其中一个实施例中，所述含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料的原料按重量份数计包括如下组分：

11、马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯50-100份，含有氨基的化合物0.5-1.5份。

12、本发明的第二方面，提供一种如上所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：

13、将所述马来酸酐接枝改性聚丙烯和芳香胺类化合物混合，熔融共混，热压成型。

14、在其中一个实施例中，熔融共混的步骤满足如下条件的至少一个：

15、（1）温度为180℃-200℃；

16、（2）转速为40r/min-60r/min；

17、（3）时间为10min-20min。

18、在其中一个实施例中，热压成型的步骤满足如下条件的至少一个：

19、（1）温度为160℃-200℃；

20、（2）压强为12mpa-18mpa。

21、本发明的第三方面，提供如上所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料在制备高压直流电缆的绝缘层中的应用。

22、与现有技术相比较，本申请具有如下有益效果：

23、本申请提供一种含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其利用马来酸酐接枝改性聚丙烯中的酸酐官能团，配合含有氨基的小分子化合物，实现官能团间的键合、重构，将受阻胺类抗氧化官能团以共价键形式嵌合入聚丙烯大分子链上，在电场作用下具有不易迁移、析出的特性。同时重构的官能团中含有羰基、氨基等极性基团，可以在材料内引入深陷阱能级，抑制载流子迁移率，小幅提高材料的耐电强度、大幅提升材料电阻率、并保持优异的空间电荷分布特性，实现了抗氧化作用与抑制抗氧剂迁移效果，以及直流电性能改善作用，对于提升聚丙烯绝缘电力电缆的电压等级与运行可靠性具有重要意义。进一步地，本申请的聚丙烯电缆绝缘材料的制备原料均从市售获得，原材料获取简单，易加工，环保，在制备高压直流电缆的绝缘层中具有较大的应用前景。

24、上述含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料实现抗氧化效果和改善材料的直流电性能的原理如下：

25、本申请通过马来酸酐接枝改性聚丙烯与含有氨基的单体在熔融共混过程中通过亲核取代反应，重构官能团形成携带受阻胺类抗氧剂基团的侧基，实现材料的抗氧化效果，同时所引入的羰基、氨基基团可有效提升材料的直流电性能；通过非自由基反应，将抗氧剂接枝于聚丙烯大分子中，抑制了抗氧剂的迁移、析出问题，并有效改善材料的直流电性能。

技术特征：

1.一种含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，其原料按重量份数计包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述含有氨基的化合物包括芳香胺类化合物；

4.根据权利要求3所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述n-苯基对苯二胺中，有效成分高于98%。

5.根据权利要求1所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝改性聚丙烯中，马来酸酐的接枝率为0.5%-1.5%。

6.根据权利要求1-5任一项所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，其原料按重量份数计包括如下组分：

7.一种如权利要求1-6任一项所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，熔融共混的步骤满足如下条件的至少一个：

9.根据权利要求7所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，热压成型的步骤满足如下条件的至少一个：

10.权利要求1-6任一项所述的含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料在制备高压直流电缆的绝缘层中的应用。

技术总结本发明涉及一种含有抗迁移抗氧剂的聚丙烯电缆绝缘材料及其制备方法和应用，利用马来酸酐接枝改性聚丙烯中的酸酐官能团，配合含有氨基的小分子化合物，实现官能团间的键合、重构，将受阻胺类抗氧化官能团以共价键形式嵌合入聚丙烯大分子链上，在电场作用下具有不易迁移、析出的特性。同时重构的官能团中含有羰基、氨基等极性基团，可以在材料内引入深陷阱能级，抑制载流子迁移率，小幅提高材料的耐电强度、大幅提升材料电阻率、并保持优异的空间电荷分布特性，实现了抗氧化作用与抑制抗氧剂迁移效果，以及直流电性能改善作用，对于提升聚丙烯绝缘电力电缆的电压等级与运行可靠性具有重要意义。技术研发人员：侯帅,展云鹏,傅明利,廖雁群,惠宝军,朱闻博,冯宾,陈云,贾磊,赵林杰,林敏洪,曹安瑛,何伟,南保峰受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17