一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆制造技术

一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，属于电线电缆生产技术领域，其中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，本发明专利技术采用PEEK导热绝缘、PEEK半导电和PEEK导电复合材料作为电缆料，构成全部采用PEEK材料的高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，提高电缆的工作温度，实现高的输电容量。

A polyether ether ketone high voltage flexible DC transmission fiber composite extrusion cable

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆
本专利技术属于电线电缆生产

技术介绍
电力工业是关系国计民生的基础产业，我国经济持续快速发展，人民生活水平不断提高，能源需求快速增长，我国电力系统需要建设特高压、远距离、大容量、低损耗的电能输送通道，这就对电力电缆提出了更高的要求。目前我国的输电电缆多为交流挤出绝缘电缆，而随着运行电压等级的不断提高，需要采用高压柔性直流电缆来解决我国长距离跨江、跨河、跨旅游景区以及特大城市等特殊地区的输电走廊问题，并满足我国海上平台与海上孤岛的输送电需求。随着中国柔性直流换流技术和直流电缆技术的进步和产品的成功研发，中国从2012年开始了高压柔性直流输电示范工程建设。直流电缆系统作为构建直流电网的物理基础和关键设备，是直流电网研究与建设的重要基础。高压直流电缆输电已经成为世界各国以及各大电力设备企业重点研究和发展的方向。目前主要有三种形式的直流电缆：高粘度油浸纸绝缘直流电缆、低粘度油浸纸绝缘直流电缆和挤出塑料绝缘直流电缆。油浸纸绝缘结构的直流电缆，绝缘电阻不是很高，绝缘油泄漏后，不易分解，会造成环境污染；并且电缆用纸需用上等木材为原材料，需要消耗森林资源。自上世纪60年代后，欧美、日本等主要电缆企业发展以挤出交联聚乙烯为绝缘材料的电缆，制造成本低，不仅不存在漏油而导致的对环境长期危害的缺点，而且塑料绝缘电缆软化点高，在高温下机械性能和抗热老化性能高，同等载流量的重量轻，易于连接和铺设，正逐步取代传统的油浸纸绝缘电缆。一般电力电缆由金属绞合而成的导电线芯、绝缘层和护套层所构成。在6KV及以上的中高压电力电缆结构中，挤出绝缘电缆中绝缘材料的电阻很高，绝缘体中的空间电荷不容易释放，会在电缆绝缘层中的电场分布中形成空间电荷畸变，导致电场集中，会造成电缆绝缘击穿。为了避免绝缘层表面电场应力集中，使绝缘层表面电场应力分布均匀，改善电缆内部电场径向分布，提高电缆的电气强度，要求在导电线芯和绝缘层以及绝缘层和护套之间分别加一层半导电屏蔽层，从而改善电缆长期运行的电气性能和安全。近年来研究者发现通过掺杂添加剂可有效地抑制空间电荷。添加剂种类有很多，近年来新型纳米添加剂的发展十分迅速，其中采用无机导电材料的改性结果比较优异。同时，在直流电缆运行过程中，半导电屏蔽层与绝缘层之间的界面需要光滑平整，如若有突起，就会引起电场集中产生电树枝老化，产生空间电荷注入绝缘层，极大的影响电缆绝缘水平，导致电缆的绝缘寿命缩短。这就要求电缆不同的屏蔽层表面要十分光滑。目前市场上商品化的高压直流电缆料主要是采用交联聚乙烯（XLPE），但是聚乙烯结晶度通常在50%左右，具有晶区和非晶区共存的复杂物理形态，虽然其具有极低的载流子迁移率，但是由于工业生产的需要，聚乙烯材料内常会有催化剂残留。在直流电场作用下，这些聚乙烯材料本征的缺陷及电极的电荷注入，极易在介质内部形成空间电荷场；若形成同极性空间电荷时，将加强绝缘中的电场强度，可使绝缘击穿电压下降。所以目前商品化的直流高压挤出电缆工作温度约为70℃，低于现有交流挤出绝缘电缆的工作温度90℃，在相同电压相同导体界面积的情况下，电缆的载流量要小得多，这就造成了输电容量要小很多。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中电缆存在的不足，提供一种输电容量较大的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆。本专利技术聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆的中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，其特征在于：所述绝缘层和非金属外护套层分别由导热绝缘聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和改性纳米无机导热材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性纳米无机导热材料由硅烷偶联剂对纳米无机导热材料改性制备得到；所述导体屏蔽层、绝缘屏蔽层和半导电缓冲阻水层分别由半导电聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述半导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性导电无机材料由导电无机材料经等离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到；所述非金属导电层由导电聚醚醚酮电缆料挤包成形；所述导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述表面改性的碳纳米导电材料由碳纳米导电材料经离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到。聚醚醚酮（PEEK）是一种性能优异的特种工程塑料，具有耐高温、机械性能优异、自润滑性好、耐化学腐蚀、阻燃、耐剥离性、辐照性好、绝缘性稳定、耐水解和耐摩擦等优异特性。PEEK非晶区的玻璃化转变温度高（Tg=143℃），耐热性是热塑性树脂中最优异的，同时还具有优异的综合力学、电学性能，用PEEK作为新型电缆护套材料能够同时满足上述要求。同时PEEK具有很高的自润滑性，是最光滑的工程塑料，通过挤出工艺形成的表面具有很高的光洁度。为了解决现有技术中的不足，通过大量的研究，本专利技术采用PEEK导热绝缘、PEEK半导电和PEEK导电复合材料作为电缆料，构成全部采用PEEK材料的高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，提高电缆的工作温度，实现高的输电容量；不同聚醚醚酮屏蔽层的表面光滑，能够提高电缆绝缘击穿强度；电缆料采用纳米材料进行增强，在保留聚醚醚酮材料的阻燃性、耐高低温、耐化学腐蚀性和耐油等优异性能的同时，也具很高的力学机械强度和耐磨性，可减少电缆外金属护套的敷设，防止传统电缆金属护套易发生机械破坏和重金属污染等问题，也能减小为金属防腐而造成的施工现场和使用过程中的环境污染。本专利技术电缆中的绝缘层克服了传统电缆绝缘由于空间电荷积聚而导致的电场畸变甚至击穿，同时提高了电缆的耐热性，能够保证电缆的载流量，适合作为高压柔性直流电缆使用。进一步地，本专利技术所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性纳米无机导热材料和改性纳米无机填料分别占导热绝缘聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%、1%～10%和1%～10%。聚醚醚酮作为导热绝缘特种电缆料的主要成分，占总质量的65%～90%。但是聚醚醚酮熔融温度高，熔融粘度大，加工特性不适合直接应用于电线电缆的制造，共混少量的聚苯硫醚可显著改善聚醚醚酮的加工流动性，聚苯硫醚作为电缆料的次要成分，占总质量的5%～30%。但是聚醚醚酮和聚苯硫醚在固态条件下呈明显的相分离状态，共混材料的力学机械性能无法满足电线电缆行业的需求。经过我们深入的研究发现，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中添加少量的六钛酸钾晶须，能够抑制共混体系在固态条件下的相分离，使其能够用于高性能特种电缆的制造。六钛酸钾晶须占总质量的1%～10%，小于1%不能抑制聚醚醚酮和聚苯硫醚的相分离，大于10%六钛酸钾晶须会在复合材料基体中发生团聚，使复合材料的性能降低。无机纳米导热材料具有高的导热率，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中少量添加，能够大幅提高复合材料的导热绝缘性能，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，其特征在于：所述绝缘层和非金属外护套层分别由导热绝缘聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和改性纳米无机导热材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性纳米无机导热材料由硅烷偶联剂对纳米无机导热材料改性制备得到；所述导体屏蔽层、绝缘屏蔽层和半导电缓冲阻水层分别由半导电聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述半导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性导电无机材料由导电无机材料经等离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到；所述非金属导电层由导电聚醚醚酮电缆料挤包成形；所述导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述表面改性的碳纳米导电材料由碳纳米导电材料经离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到。...

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，其特征在于：所述绝缘层和非金属外护套层分别由导热绝缘聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和改性纳米无机导热材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性纳米无机导热材料由硅烷偶联剂对纳米无机导热材料改性制备得到；所述导体屏蔽层、绝缘屏蔽层和半导电缓冲阻水层分别由半导电聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述半导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性导电无机材料由导电无机材料经等离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到；所述非金属导电层由导电聚醚醚酮电缆料挤包成形；所述导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述表面改性的碳纳米导电材料由碳纳米导电材料经离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到。2.根据权利要求1所述的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，其特征在于：所述导热绝缘聚醚醚酮电缆...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱萍，张森，
申请(专利权)人：扬州大学，扬州大学镇江高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32