可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料及其制备方法，属于电气设备或电子设备绝缘技术领域。该材料是采用可回收的热塑性聚烯烃作为绝缘材料的基体，同时添加经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒通过熔融共混法制备而成，所述的热塑性聚烯烃与具有高热导率的纳米颗粒的质量比为95:5～80:20。该方法包括：将聚烯烃、经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂在一定温度，转速40～60r/min下在密炼机中混炼10～15分钟制得可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料。本发明专利技术通过加入具有高热导率的纳米颗粒提高基体材料的热导率。该绝缘材料不仅具有高的热导率，同时保持了优异的电气性能，并且在达到设计寿命后能够回收利用，不对环境造成破坏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电气设备或电子设备绝缘
，具体涉及一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料及其制备方法。
技术介绍
直流电缆输电技术相对于其他输电方式具有很多优势，可以节省大量的土地资源、无系统安全问题、无大范围连锁故障风险。同时随着分布式新能源发电的发展，直流输电技术特别是直流电缆输电技术将被广泛采用。传统的挤出型塑料直流电缆一般采用交联聚乙烯作为电缆绝缘材料，但是交联聚乙烯是一种热固性材料，在使用寿命到期后无法回收再利用并且难以降解，会对环境造成大量污染。同时交联聚乙烯在生产过程中需要进行交联和脱气处理，处理过程周期较长、且会产生有毒副产物，同时消耗大量能量。因此有必要开发出一种新型的可回收电缆绝缘材料，以提高电缆绝缘材料的环境友好性。同时直流电缆在运行过程中由于芯线发热会在电缆绝缘层中形成温度梯度分布，使得靠近内导体部分温度较高，靠近电缆外表面部分温度较低。直流电缆绝缘层中的电场分布取决于绝缘层的电阻率和几何结构，由于高分子聚合物材料的电阻率随温度升高会降低，从而使得直流电缆在正常运行过程中靠近内导体部分电场强度较低，靠近电缆外表面部分电场强度较高，即直流电缆运行过程中由于电阻率变化造成的电场反转现象。这种电场反转现象会严重影响直流电缆的正常运行和工作寿命，同时给直流电缆的绝缘结构设计带来困难。为了解决这一问题，需要提高直流电缆绝缘材料的热导率，从而使得直流电缆绝缘层中的温度分布更加均匀，减小绝缘层内外表面的温度差，从而抑制由于温度变化造成的电阻率变化和电场强度变化。同时可回收的高导热绝缘材料的应用也不仅仅局限于直流电缆绝缘材料，也可以应用于电子设备或其他电气设备的绝缘材料。通过提高绝缘材料的热导率以改善电子设备或电气设备小型化带来的散热问题，提高设备的运行可靠性和工作寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料及其制备方法，该材料是采用可回收的热塑性聚烯烃作为绝缘材料的基体，同时添加经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒以改善基体材料的导热性能，采用该制备方法有效提高了材料的热导率，同时保持了优良的电气性能。本专利技术提出的一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，该材料是采用可回收的热塑性聚烯烃作为绝缘材料的基体，同时添加经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒通过熔融共混法制备而成。其中，所述的热塑性聚烯烃与具有高热导率的纳米颗粒的质量比为95:5～80:20；所述的热塑性聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物之一种；所述的具有高热导率的纳米颗粒为氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅或氮化硅之一种，纳米颗粒的粒径为30～80nm。本专利技术提出的制备上述可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料的方法，具体包括如下步骤：(1)将2.5份具有高热导率的纳米颗粒和5份硅烷偶联剂加入到100份甲苯溶液中，然后油浴加热至120℃，搅拌反应12小时并冷凝回流，得到悬浊液；(2)将步骤(1)得到的悬浊液放入离心机中以6000转/分钟的转速离心6分钟，得到沉淀物，将该沉淀物在真空干燥箱中80℃下干燥24小时，得到经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒；(3)将热塑性聚烯烃、步骤(2)中得到的经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂相互混合，各组分的质量分数分别为：(4)将步骤(3)混合好的混合物在密炼机中在一定温度下熔融共混，转速为40～60r/min，混炼10～15分钟，得到可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料。所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷之一种。所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂2246或者抗氧剂264之一种。所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑之一种。所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。所述的一定温度为所用的热塑性聚烯烃材料熔点以上10～50℃。本专利技术提出的可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料及其制备方法，其特点和有益效果在于：利用本专利技术制备的可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，在制备过程采用了热塑性聚烯烃作为基体材料，在寿命到期之后可以回收再利用，有利于保护环境。添加了经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒，有效提高了材料的热导率，同时保持了优良的电气性能。本专利技术方法制备的可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，主要应于电子设备和电力设备的绝缘材料，特别是高压直流电缆绝缘材料。具体实施方式本专利技术提出的一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，该材料是采用可回收的热塑性聚烯烃作为绝缘材料的基体，同时添加经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒通过熔融共混法制备而成。其中，所述的热塑性聚烯烃与具有高热导率的纳米颗粒的质量比为95:5～80:20；所述的热塑性聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物之一种；所述的具有高热导率的纳米颗粒为氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅或氮化硅之一种，纳米颗粒的粒径为30～80nm。本专利技术提出的制备上述可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料的方法，具体包括如下步骤：(1)将2.5份具有高热导率的纳米颗粒和5份硅烷偶联剂加入到100份甲苯溶液中，然后油浴加热至120℃，搅拌反应12小时并冷凝回流，得到悬浊液；(2)将步骤(1)得到的悬浊液放入离心机中以6000转/分钟的转速离心6分钟，得到沉淀物，将该沉淀物在真空干燥箱中80℃下干燥24小时，得到经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒；(3)将热塑性聚烯烃、步骤(2)中得到的经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂相互混合，各组分的质量分数分别为：(4)将步骤(3)混合好的混合物在密炼机中在一定温度下熔融共混，转速为40～60r/min，混炼10～15分钟，得到可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料。所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷之一种。所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂2246或者抗氧剂264之一种。所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑之一种。所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。所述的一定温度为所用的聚烯烃材料熔点以上10～50℃。本专利技术将通过下面的具体实施例对技术方案进行更加详细的说明，但是本专利技术并不局限于以下提出的实施案例。实施例1：(1)将5克氮化铝纳米颗粒和10克正辛基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，其特征在于，该材料是采用可回收的热塑性聚烯烃作为绝缘材料的基体，同时添加经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒通过熔融共混法制备而成，所述的热塑性聚烯烃与具有高热导率的纳米颗粒的质量比为95:5～80:20。

【技术特征摘要】
1.一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，其特征在于，该材料是采用可回收的
热塑性聚烯烃作为绝缘材料的基体，同时添加经表面处理的具有高热导率的纳米颗粒通过
熔融共混法制备而成，所述的热塑性聚烯烃与具有高热导率的纳米颗粒的质量比为95:5～
80:20。
2.如权利要求1所述可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，其特征在于，所述的热
塑性聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物之一种。
3.如权利要求1或2所述可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料，其特征在于，所述
的具有高热导率的纳米颗粒为氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅或氮化硅之一种，纳米颗
粒的粒径为30～80nm。
4.一种可回收的聚烯烃高导热电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，该方法包括
如下步骤：
(1)将2.5份具有高热导率的纳米颗粒和5份硅烷偶联剂加入到100份甲苯溶液中，
然后油浴加热至120℃，搅拌反应12小时并冷凝回流，得到悬浊液；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液放入离心机中以6000转/分钟的转速离心6分钟，得
到沉淀物，将该沉淀物在真空干燥箱中80℃下干燥24小时，得到经表面处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金良，周垚，胡军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11