一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法。将乙炔炭黑、泡沫铝混合后在真空状态下通入氩气，利用微波制得泡沫铝掺杂的富勒烯，与聚氯乙烯粉末混合后进行高压电晕处理，将得到的核‑壳结构的复合填料与热塑性聚氨酯弹性体、碳酸钙、阻燃剂、增塑剂、防老剂混合，挤出、切粒、干燥后即得高压直流电缆料。该方法通过利用泡沫铝掺杂后的富勒烯与聚氯乙烯粉末形成核‑壳结构，极大提升了富勒烯粉末在聚氯乙烯中的分散性和导电性，显著提高了电缆料机械性能、直流体积电阻率和直流击穿强度，空间电荷抑制效果极佳，使用寿命长，同时制备过程简单，成本较低，便于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法
本专利技术涉及电缆料制备的
，具体涉及含富勒烯的电缆料的制备，特别是涉及一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法。
技术介绍
高压直流输电技术在电力系统近年来获得快速发展，其主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的直流输电等方面。直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。与交流输电相比，具有输送容量大、线路损耗小、没有无功功率、电力连接方便、容易控制和调节的特点。输送功率的大小和方向可以快速控制和调节、不会增加原有电力系统的短路电流容量，也不受系统稳定极限的限制、直流电缆线路没有交流电缆线路中电容电流的困扰，没有磁感应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，绝缘电压相对较低、可靠性高、能够通过换流站的无功功率控制调节系统的交流电压等优点及特点。鉴于直流联网具有许多交流联网所没有的优点，而高压直流电缆作为直流输电中重要的传输介质，已逐步成为科研的热点。高压直流电缆具有绝缘的工作电场强度高，绝缘厚度薄，电缆外径小，重量轻，柔软性好和制造安装容易，介质损耗和导体损耗低，载流量大，没有交流磁场等优点，同时具有环保方面的优势。然而高压直流电缆的研究仍存在难点，其中一个重要的难题就是空间电荷问题。只有克服了空间电荷问题，才能成功地设计出高压直流电缆。因此，可以认为减少和消除绝缘材料中的空间电荷是研制直流塑料电缆的关键。对于交流电缆，电缆绝缘层中的电场分布与介电常数成反比分配，并且介电常数受温度的影响较小，工频电场变化如此快，材料中的正负电荷的迁移无法跟上电场的变化，因而绝缘中也不会产生空间电荷；然而对于直流电缆，电场分布与材料的电阻率成正比分配，并且绝缘电阻率一般随温度呈指数变化，将形成空间电荷影响电场分布，聚合物绝缘有大量的局部态，空间电荷效应特别严重；聚合物因空间电荷效应而使其局部电场强度增加数倍；改变极性输电时的极性叠加会使直流电缆上的电压高达2.5倍输送电压，极易击穿电缆。故应用适当的材料和高质量的电缆制造技术提高绝缘材料的空间电荷抑制能力，目前主要采用通过偶极子定向极化的无机填料抑制空间电荷，或导电无机填料吸附载流子，降低空间电荷，其中富勒烯粉末可有效抑制空间电荷积累，是电缆改性方面效果较好的无机填料。中国专利技术专利申请号201310605948.5公开了一种高压直流电缆料、其制备方法及应用，其技术特征为：高压直流电缆料由低密度聚乙烯、接枝改性的聚乙烯、硅烷偶联剂处理的核-壳型双组份无机纳米填料、抗氧剂、交联剂和抗铜剂组成，制备方法为：先将低密度聚乙烯，接枝改性的聚乙烯，抗氧剂和抗铜剂混炼，待聚乙烯熔融后加入硅烷偶联剂处理的无机纳米填料，然后加入交联剂，得到聚乙烯纳米复合材料。中国专利技术专利申请号201610342012.1公开了一种具有抑制空间电荷的可回收高压直流电缆料的制备方法，制备步骤为：将等规聚丙烯、富勒烯、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂下混炼制得高压直流电缆料；该等规聚丙烯原料为：富勒烯、抗氧剂为、阻燃剂为、加工助剂。中国专利技术专利申请号201610787520.0公开了一种添加偶联改性富勒烯氢氧化铝的复合电缆料，原料组成为：热塑性聚氨酯弹性体、聚氯乙烯、硬脂酸、苯甲酸钙、硫醇甲基锡热稳定剂、钛酸酯偶联剂131、环氧大豆油、硅油、氢氧化铝、富勒烯粉末、硅烷偶联剂KH550、无水乙醇。此专利技术复合热塑性聚氨酯弹性体与聚氯乙烯复合电缆料，韧性好，抗老化性能佳，而且添加少量填料就能够满足热氧稳定性与阻燃性需求，降低了对电缆料力学性能和加工性能的不良影响。根据上述，现有方案中高压直流电缆因空间电荷累积，容易发生介质击穿、绝缘材料电树枝发展和老化问题，而传统的添加无机填料进行改性的方法，如富勒烯粉末，因填料与基体树脂相容性差，无法有效分散，导致电缆机械性能不稳定，空间电荷抑制能力较弱，鉴于此，本专利技术提出了一种创新性的含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
针对目前应用较广的高压直流电缆受空间电荷影响，介质易击穿，绝缘材易发生电树枝发展，易老化问题突出，而传统的添加无机填料进行改性时，因填料与基体树脂相容性差，无法有效分散，进而影响电缆机械性能和电力性能，空间电荷抑制能力弱，本专利技术提出一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料及其制备方法，从而有效提高了富勒烯粉末在电缆料中的分散性，提高了电缆的机械性能和电力性能。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料的制备方法，各原料重量份为：泡沫铝掺杂的富勒烯3～5份、聚氯乙烯粉末2～3份、热塑性聚氨酯弹性体66～85份、碳酸钙5～15份、阻燃剂2～4份、增塑剂2～5份、防老剂1～2份；具体制备步骤为：（1）将乙炔炭黑、泡沫铝按照质量比5:1～8:1混合均匀，平铺于反应腔中的瓷片上，对反应腔抽真空，缓慢通入氩气，开启微波发生器，反应50～70min后冷却至室温，停止通入氩气，制得泡沫铝掺杂的富勒烯；（2）将步骤（1）所得的泡沫铝掺杂的富勒烯与聚氯乙烯粉末混合均匀，进行高压电晕处理，在静电作用下，富勒烯吸附聚氯乙烯粉末并凝聚成核-壳结构的复合填料；（3）将步骤（2）所得的复合填料与热塑性聚氨酯弹性体、碳酸钙、阻燃剂、增塑剂、防老剂在高速混合机中预混均匀，再经挤出、切粒、干燥，制得高压直流电缆料。优选的，所述热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型，硬段含量为60～80%，异氰酸酯指数为0.85～1。优选的，所述阻燃剂为磷酸氢二钠、磷酸锂、磷酸镁、磷酸酯、膦酸酯、亚磷酸酯、三聚氰胺或膨胀型石墨中的至少一种。优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯、磷酸三苯酯或环氧脂肪酸丁酯中的至少一种。优选的，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺、N-苯基-β-萘胺、对苯二胺、二丁基硫代氨基甲酸镍、3-羟基丁醛-α-萘胺或2,6-二特丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。优选的，所述乙炔炭黑为乙炔经1900～2100K热裂解制得，制备过程中应防止温度过高造成炭黑石墨化。优选的，所述泡沫铝的密度为0.3～1g/cm3，孔隙率为70～90%，孔径为3～6nm，比表面积为10～40cm2/cm3。优选的，所述反应腔开始通入氩气时的本体真空为8～10Pa。优选的，所述氩气通入速度为2～5mL/min。优选的，所述微波发生器采用晶体管微波发生器或电子管微波发生器中的一种，功率为700～1000W，微波频率为30～60Hz。优选的，所述高压电晕处理采用高频交流电场，电压为5000～15000V/m2。优选的，所述高速混合机的混合转速为150～200r/min，加热温度为60～80℃，混合时间为20～30min。优选的，所述挤出过程采用双螺杆挤出机，各区段的加热温度分别为：90～100℃、110～120℃、120～130℃、100～110℃。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的含高分散富勒烯的高压直流电缆料。将本专利技术制备的高压直流电缆料与直接共混法、偶联剂处理法制备的高压直流电缆料进行对比，在空间电荷抑制效果、电导率、直流体积电阻率、直流击穿强度及使用寿命上，具有明显的优势，如表1所示。表1：专利技术提供了一种含高分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料的制备方法，其特征在于，各原料重量份为：泡沫铝掺杂的富勒烯3～5份、聚氯乙烯粉末2～3份、热塑性聚氨酯弹性体66～85份、碳酸钙5～15份、阻燃剂2～4份、增塑剂2～5份、防老剂1～2份；具体制备步骤为：（1）将乙炔炭黑、泡沫铝按照质量比5:1～8:1混合均匀，平铺于反应腔中的瓷片上，对反应腔抽真空，缓慢通入氩气，开启微波发生器，反应50～70min后冷却至室温，停止通入氩气，制得泡沫铝掺杂的富勒烯；（2）将步骤（1）所得的泡沫铝掺杂的富勒烯与聚氯乙烯粉末混合均匀，进行高压电晕处理，在静电作用下，富勒烯吸附聚氯乙烯粉末并凝聚成核‑壳结构的复合填料；（3）将步骤（2）所得的复合填料与热塑性聚氨酯弹性体、碳酸钙、阻燃剂、增塑剂、防老剂在高速混合机中预混均匀，再经挤出、切粒、干燥，制得高压直流电缆料。

【技术特征摘要】
1.一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料的制备方法，其特征在于，各原料重量份为：泡沫铝掺杂的富勒烯3～5份、聚氯乙烯粉末2～3份、热塑性聚氨酯弹性体66～85份、碳酸钙5～15份、阻燃剂2～4份、增塑剂2～5份、防老剂1～2份；具体制备步骤为：（1）将乙炔炭黑、泡沫铝按照质量比5:1～8:1混合均匀，平铺于反应腔中的瓷片上，对反应腔抽真空，缓慢通入氩气，开启微波发生器，反应50～70min后冷却至室温，停止通入氩气，制得泡沫铝掺杂的富勒烯；（2）将步骤（1）所得的泡沫铝掺杂的富勒烯与聚氯乙烯粉末混合均匀，进行高压电晕处理，在静电作用下，富勒烯吸附聚氯乙烯粉末并凝聚成核-壳结构的复合填料；（3）将步骤（2）所得的复合填料与热塑性聚氨酯弹性体、碳酸钙、阻燃剂、增塑剂、防老剂在高速混合机中预混均匀，再经挤出、切粒、干燥，制得高压直流电缆料。2.根据权利要求1所述一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料的制备方法，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型，硬段含量为60～80%，异氰酸酯指数为0.85～1。3.根据权利要求1所述一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为磷酸氢二钠、磷酸锂、磷酸镁、磷酸酯、膦酸酯、亚磷酸酯、三聚氰胺或膨胀型石墨中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种含高分散富勒烯的高压直流电缆料的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯、磷酸三苯酯或环氧脂肪酸丁酯中的至少一种；所述防老...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51