一种抗水树老化的复合材料及其制备、应用和性能测试方法技术

本发明专利技术公开了一种抗水树老化的复合材料及其制备、应用和性能测试方法。复合材料基于石墨烯和交联聚乙烯制成，其中石墨烯的层数为2层，其表面积为450～500m

【技术实现步骤摘要】
一种抗水树老化的复合材料及其制备、应用和性能测试方法
本专利技术属于特种材料
，具体涉及一种抗水树老化的复合材料及其制备、应用和性能测试方法。
技术介绍
近年来我国电力事业飞速发展，安全可靠的供配电与国民生产生活密切相关，我国的输配电线路中交联聚乙烯电缆占有很大比重，而交联聚乙烯电缆在实际运行中由于运行环境的影响不可避免的会受到电、热和水的老化作用。各种老化因子随着时间积累导致交联聚乙烯电缆的绝缘层中水树枝频繁出现，致使电缆的绝缘性能下降，供电可靠性降低，因此研究交联聚乙烯电缆中的水树生长特性对研究抗水树电缆材料具有重大意义。但是现有的水树性能测试方法不仅耗时，而且测试结果与实际情况偏差较大，寻找一种新的性能测试方法很有必要。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种抗水树老化的复合材料及其制备、应用和性能测试方法，以解决现有材料抗水树老化性能差以及抗水树老性能测试困难的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种抗水树老化的复合材料，包括以下质量百分比的组分：石墨烯0.002～0.01％，交联聚乙烯99.9～99.998％；所述石墨烯的层数为2层，其表面积为450～500m2/g。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，本专利技术中的抗水树老化的复合材料，包括以下质量百分比的组分：石墨烯0.007％，交联聚乙烯99.993％。本专利技术中的抗水树老化的复合材料经过以下步骤制得：S1：将聚乙烯与二甲苯按40～50g:280～320ml的料液比混合，于90～120℃下搅拌至聚乙烯完全溶解，得初始溶液；S2：将石墨烯加入到初始溶液中，超声振荡1～2h，得悬浮液；S3：于75～85℃下将悬浮液烘干，得混合固体；S4：将混合固体与交联剂按100:2～5的质量比混合，于120～130℃下搅拌均匀，然后在155～165℃、15～20MPa下交联30～35min，得初品；S5：将初品置于真空环境中，脱气处理20～25h，得抗水树老化的复合材料。抗水树老化的复合材料在上述制备方法的基础上还可以做如下进一步改进。进一步，S1中聚乙烯与二甲苯的料液比为45g:300ml；溶解温度为100℃。进一步，交联剂为过氧化苯甲酰，其与所述混合固体的质量比为4:100。进一步，S4中交联在160℃、15MPa的条件下进行。制备出符合材料后，本专利技术对复合材料的性能进行了测试，复合材料的性能测试方法包括以下步骤：S1：将抗水树老化的复合材料制成边长为50mm、厚度为3mm的方形薄片，并在方形薄片上扎22～25个缺陷针孔；S2：将经过S1处理后的方形薄片放入测试装置中；所述测试装置包括杯体以及栓接于所述杯体底部的底座，所述杯体配备有杯盖，所述杯盖上设置有上电极，所述上电极连接高频高压电源；所述杯体底部设置有通孔，所述底座上正对所述通孔处设置有下电极，所述下电极接地；所述杯体中盛装有质量浓度为20％的NaCl溶液，所述方形薄片固定在通孔与下电极之间，所述缺陷针孔正对所述通孔；S3：控制高频高压电源输出电压为7.0～8.0kV，输出频率为400～450Hz，在此条件下对方形薄片进行加速水树老化处理，处理时间为30天；S4：将经过S3处理后的方形薄片切片并染色，于光学显微镜下测量水树尺寸，完成复合材料抗水树老化性能的测试。测试发现本专利技术所制得的复合材料具有优良的抗水树老化性能，可以用其制备输电线路中的绝缘层，可保证线缆的绝缘性能。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术通过在交联聚乙烯中添加特定种类与含量的石墨烯，可抑制复合材料中的水树生长，水树尺寸大大减小，复合材料的抗水树老化性能显著提升。2.本专利技术中公开的复合材料抗水树老化性能测试方法用到一种特殊的性能测试装置，采用该装置，可以快速且准确的测定材料中的水树尺寸，为考察材料的抗水树老化性能提供精确的理论依据。附图说明图1为本专利技术中性能测试装置的主视图；图2为纯XLPE样本的水树形态；图3为石墨烯/XLPE复合材料样本的水树形态；图4为材料样本平均水树尺寸统计结果图；图5为材料样本的应力-应变曲线；图6为材料样本的击穿电压结果图；其中，1、杯体；2、底座；3、下电极；4、杯盖；5、上电极；6、高频高压电源；7、通孔；8、方形薄片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例一：制备抗水树老化的复合材料本专利技术中采用溶液共混法制备抗水树老化的复合材料。具体包括以下步骤：S1：将45g左右的聚乙烯和300ml左右的二甲苯一起加入到烧瓶中，于油浴下(温度100℃左右)混合并用高速搅拌器搅拌，至聚乙烯完全溶解，得初始溶液；S2：将具有双层结构且表面积为450m2/g的石墨烯加入到初始溶液中，超声振荡1h左右，得悬浮液；S3：将悬浮液缓慢倒入干净的玻璃容器中，在真空箱于80℃恒温下将其烘干得到混合固体；S4：将过氧化苯甲酰加入混合固体中，采用内部混合器在125℃、60rmp的速度搅拌均匀，然后将此混合物在160℃、15MPa下交联30分钟，得初品；S5：将初品置于真空环境中，脱气处理20～25h，除去交联副产物，得抗水树老化的复合材料。为了研究不同石墨烯含量的复合材料的理化、电气性能及抗水树老化特性，本专利技术共制备A、B、C三种复合材料样本，材料样本用压片机压成特定的厚度。其中，A种复合材料样本厚度为500μm，分为6组，分别记为A1～A6，石墨烯含量分别为0％、0.002％、0.004％、0.006％、0.008％、0.01％；B种复合材料样本厚度为3mm，同样分为6组，分别记为B1～B6，石墨烯含量分别为0％、0.002％、0.004％、0.006％、0.008％、0.01％；C种样本厚度为3mm，石墨烯含量为0.007％。其中，A种样本用来做基本电气性能及空间电荷测试，B种样本用来做力学性能、热性能及交联度测试，C种样本用来做水树老化特性研究。实施例二：复合材料的水树老化特性将厚度为3mm的纯交联聚乙烯材料(XLPE)和C种复合材料(石墨烯/XLPE)分别切为4片边长50mm的方形薄片8，并将其记为D、C两组，D组为纯XLPE样本，C组为石墨烯/XLPE样本。使用钢针在两组样本(各4片)正中间直径约25mm的圆形区域制作三行缺陷针孔(每片样本中的针孔数约为22～25个)。之后利用性能测试装置对两组样本在室温下进行为期30天的加速水树老化测试，性能测试装置如图1所示，包括杯体1以及栓接于杯体1底部的底座2，杯体1配备有杯盖4，杯体1、底座2和杯盖4均采用绝缘材料制成；杯盖4中部固定设置有贯穿杯盖4的上电极5，上电极5通过导线与高频高压电源6电连接。杯体1底部中央开设有通孔7，底座2上正对通孔7处设置有下电极3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗水树老化的复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：/n石墨烯0.002～0.01％，交联聚乙烯99.9～99.998％；所述石墨烯的层数为2层，其表面积为450～500m

【技术特征摘要】
1.一种抗水树老化的复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
石墨烯0.002～0.01％，交联聚乙烯99.9～99.998％；所述石墨烯的层数为2层，其表面积为450～500m2/g。


2.根据权利要求1所述的抗水树老化的复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
石墨烯0.007％，交联聚乙烯99.993％。


3.如权利要求1或2所述的抗水树老化的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯与二甲苯按40～50g:280～320ml的料液比混合，于90～120℃下搅拌至聚乙烯完全溶解，得初始溶液；
S2：将石墨烯加入到初始溶液中，超声振荡1～2h，得悬浮液；
S3：于75～85℃下将悬浮液烘干，得混合固体；
S4：将混合固体与交联剂按100:2～5的质量比混合，于120～130℃下搅拌均匀，然后在155～165℃、15～20MPa下交联30～35min，得初品；
S5：将初品置于真空环境中，脱气处理20～25h，得抗水树老化的复合材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S1中聚乙烯与二甲苯的料液比为45g:300ml；溶解温度为100℃。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述交联剂为过氧化苯甲酰，其与所述混合固体的质量比为4:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光亚，周凯，任显诚，杨培，李原，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51