一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量份数由100份低密度聚乙烯、2份交联剂、0.005～0.03份硅烷偶联剂及0.5～3份纤维状氧化镁‑铝酸镁复合而成，其中纤维状氧化镁‑铝酸镁复合材料是通过静电纺丝技术得到的，该复合材料作为添加剂加入到交联聚乙烯中能有效提高复合材料的耐电压击穿能力。本发明专利技术所制备的交联聚乙烯复合材料中，在纤维状氧化镁‑铝酸镁复合材料含量为1phr时所表现出的耐超高压直流能力最强，达到了519kV/mm，与纯交联聚乙烯材料的369kV/mm相比提升了40.6％。

Crosslinked polyethylene composite material for ultra high voltage direct current and preparation method thereof

The invention discloses a cross-linked polyethylene composite material used for resisting ultra-high voltage direct current and a preparation method thereof. The composite material is composed of 100 phr low density polyethylene, 2 phr crosslinking agent, 0.005-0.03 phr silane coupling agent and 0.5-3 phr fibrous magnesium oxide magnesium aluminate by weight, in which fibrous magnesium oxide magnesium aluminate compound is formed. The composite is obtained by electrospinning technology, and the voltage breakdown resistance of the composite can be improved effectively when the composite is added to the crosslinked polyethylene as an additive. The cross-linked polyethylene composite prepared by the present invention has the strongest resistance to ultra-high voltage direct current when the content of fibrous magnesium oxide/magnesium aluminate composite material is 1 phr, reaching 519 kV/mm, which is 40.6% higher than that of pure cross-linked polyethylene material at 369 kV/mm.

【技术实现步骤摘要】
一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于材料化学领域，涉及一种电气绝缘材料，具体涉及一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
高压直流输电技术经过几十年的发展正日臻成熟，正广泛用于远途高压输电中。高压直流输电与高压交流输电相对比，具有以下几个优点：直流输电传输容量大；长途输送电损耗低；便于不同电网间的连接；线路易于调控；直流输电无电容电流，输送功率不受限制。在高压远程直流输电应用领域中，聚合物的耐直流高压击穿能力受到影响，传统的低密度聚乙烯、聚丙烯是较好的绝缘材料，但由于低密度聚乙烯的机械性能以及耐高温能力有限，聚丙烯的易脆裂性等原因而使这两种材料的应用受到限制。交联聚乙烯因其具有良好的良好的绝缘性能、力学性能、电性能、耐环境应力以及优良的耐热性能而被广泛应用到高压电缆材料中。但在高压电场的作用，交联聚乙烯中易形成空间电荷而导致绝缘材料的击穿，使得它的使用价值有所降低。因此，通过改良交联聚乙烯的耐高压能力就显得尤为重要。日本学者通过向交联聚乙烯中添加极性的无机填料或者导电无机填料，降低了空间电荷，并制备了250kV交联聚乙烯高压直流电缆。Yong-JunPark在DCconductionandbreakdowncharacteristicsofAl2O3/cross-linkedpolyethylenenanocompositesforhighvoltagedirectcurrenttransmissioncableinsulation，JapaneseJournalofAppliedPhysics中报道了在交联聚乙烯中Al2O3材料，有效提高了复合材料的耐直流击穿强度以及体积电阻率。Si-JiaoWang等人(Distinctiveelectricalpropertiesinsandwich-structuredAl2O3/lowdensitypolyethylenenanocomposites，AppliedPhysicsLetters)通过在LDPE中掺入Al2O3，发现也能提升耐直流电击穿能力。中国专利CN103732677A表明在交联聚乙烯中添加纳米氧化镁能有效改善其电绝缘性能。WangYani在Theeffectofnano-MGOadditionongroundedDCtreeincross-linkedpolyethylene，IEEETransactionsonDielectrics&ElectricalInsulation中报道了纳米氧化镁能有效抑制电树枝的形成于生长。不少研究表明，氧化镁和氧化铝材料能有效提升交联聚乙烯材料的耐直流击穿能力，但对于这两种无机材料复合之后再与交联聚乙烯复合后材料的耐超高压直流能力却没有得到明确解决。
技术实现思路
为了填补现有技术方面的缺失，改善交联聚乙烯复合材料的耐超高压直流击穿能力，本专利技术提供一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料及其制备方法，从氧化镁、氧化铝角度出发，通过静电纺丝和高温煅烧手段得到氧化镁-铝酸镁复合材料并与交联聚乙烯材料复合，从而达到能有效提高交联聚乙烯材料的耐超高压直流击穿能力的目的。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，所述材料按重量份数由100份低密度聚乙烯、2份交联剂、0.005～0.03份硅烷偶联剂及0.5～3份纤维状氧化镁-铝酸镁复合而成；其中，所述硅烷偶联剂与所述纤维状氧化镁-铝酸镁的用量比固定为1:100。进一步地，所述纤维状氧化镁-铝酸镁是以异丙醇铝与乙酸镁为原料，采用静电纺丝技术和高温煅烧手段制得，该材料的直径在200～400nm之间。优选的，所述异丙醇铝与乙酸镁的质量比为1:2～2:1。进一步地，所述低密度聚乙烯的密度小于0.940g/cm3，熔体流动指数在2.1g～2.2g/10min，熔点在122～124℃。进一步地，所述交联剂为过氧化二异丙苯、二亚乙基三胺、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯中的一种。进一步地，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)制备纤维状氧化镁-铝酸镁：首先按比例称取异丙醇铝置于无水乙醇中超声处理，搅拌，向其中滴加冰醋酸和浓盐酸并继续搅拌，得到均匀澄清的溶液；在所得澄清溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌，得到粘稠状溶液；再称取PVP在持续搅拌条件下加入到N,N-二甲基甲酰胺中，然后向其中按比例添加乙酸镁，继续搅拌；将得到的溶液与之前制备的粘稠状溶液在搅拌的状态下混合均匀；用注射器量取混合溶液用于纺丝操作，得到的纺丝纤维干燥后，置于马弗炉中煅烧，即制得所述纤维状氧化镁-铝酸镁；步骤2)溶解低密度乙烯：将低密度聚乙烯用乙醇清洗后置于真空干燥箱中烘干，溶于二甲苯溶剂中，直至低密度聚乙烯完全溶解，再将交联剂溶解在上述溶液中；步骤3)用硅烷偶联剂处理氧化镁-铝酸镁：将步骤1)制得的纤维状氧化镁-铝酸镁置于真空干燥箱中处理；再取纤维状氧化镁-铝酸镁分散在异丙醇中，超声处理；将添加有硅烷偶联剂的异丙醇与含有纤维状氧化镁-铝酸镁的异丙醇溶液混合，所得溶液在高速搅拌下水浴加热；将获得的悬浮液用异丙醇离心洗、抽滤洗，最后于真空干燥箱干燥；步骤4)采用溶液浇铸法制得复合材料：取经步骤3)处理的纤维状氧化镁-铝酸镁置于二甲苯中，超声分散，随后加热并使其溶入步骤2)制备的溶液中，然后将溶液转入置于密闭真空干燥箱中的玻璃模具，将溶剂蒸干，得到的薄膜移至真空干燥箱中处理，随后使其自然冷却至室温，揭下薄膜，该薄膜即为所述耐高压直流用交联聚乙烯复合材料。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术所述一种耐超高压直流交联聚乙烯材料以纤维状氧化镁-铝酸镁为添加剂，能够有效提高绝缘材料耐超高压直流击穿能力；(2)本专利技术所述绝缘材料中纤维状氧化镁-铝酸镁含量为1phr(1phr表示每百份交联聚乙烯材料中添加一份氧化镁-铝酸镁材料)时性能最佳，与纯的交联聚乙烯材料相比，其击穿电压由369kV/mm提升到519kV/mm，提升了40.6％。附图说明图1为纯交联聚乙烯和添加了不同含量纤维状氧化镁-铝酸镁/交联聚乙烯的耐高压直流击穿的Weibull概率分布图；图1中：*表示纯交联聚乙烯的耐高压直流击穿能力；▲表示添加了0.5phr纤维状氧化镁-铝酸镁的交联聚乙烯的耐高压直流击穿能力；◆表示添加了1phr纤维状氧化镁-铝酸镁的交联聚乙烯的耐高压直流击穿能力；▼表示添加了2phr纤维状氧化镁-铝酸镁的交联聚乙烯的耐高压直流击穿能力；●表示添加了3phr纤维状氧化镁-铝酸镁的交联聚乙烯的耐高压直流击穿能力；图2为纤维状氧化镁-铝酸镁的扫描电镜图；图3为纤维状氧化镁-铝酸镁的透射电镜图。具体实施方式下面结合附图与实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，按重量份计，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料按重量份数由100份低密度聚乙烯、2份交联剂、0.005～0.03份硅烷偶联剂及0.5～3份纤维状氧化镁‑铝酸镁复合而成；其中，所述硅烷偶联剂与所述纤维状氧化镁‑铝酸镁的用量比固定为1:100。

【技术特征摘要】
1.一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料按重量份数由100份低密度聚乙烯、2份交联剂、0.005～0.03份硅烷偶联剂及0.5～3份纤维状氧化镁-铝酸镁复合而成；其中，所述硅烷偶联剂与所述纤维状氧化镁-铝酸镁的用量比固定为1:100。2.根据权利要求1所述的一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述纤维状氧化镁-铝酸镁是以异丙醇铝与乙酸镁为原料，采用静电纺丝技术和高温煅烧手段制得，该材料的直径在200～400nm之间。3.根据权利要求2所述的一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述异丙醇铝与乙酸镁的质量比为1:2～2:1。4.根据权利要求1所述的一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的密度小于0.940g/cm3，熔体流动指数在2.1g～2.2g/10min，熔点在122～124℃。5.根据权利要求1所述的一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述交联剂为过氧化二异丙苯、二亚乙基三胺、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯中的一种。6.根据权利要求1所述的一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。7.权利要求1～6任一项所述的一种耐超高压直流用交联聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：林保平，胡慕，孙莹，张雪勤，杨洪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32