一种耐高温电缆内部绝缘材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电缆内部绝缘材料制备技术领域，具体来说是一种耐高温电缆内部绝缘材料及其制备方法和应用。本发明专利技术先制备得到了TiO

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温电缆内部绝缘材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电缆内部绝缘材料制备
，具体来说是一种耐高温电缆内部绝缘材料及其制备方法和应用。
技术介绍
与交流电缆线相比，高压直流电缆线路具有多重有点，如电能损耗小、运行稳定、传输容量大、输电距离不收限制、可联接异步电网等等。目前的高压直流塑料电缆以交联聚乙烯(XLPE)作为电缆主绝缘，XLPE保持了聚乙烯绝缘电阻高、耐电压性能好、介电常数和介质损耗小的优点，并且具有较聚乙烯更优的热性能和机械性能，综合性能得到明显改善。然而随着XLPE作为电缆绝缘材料的大规模使用，如何最大限度的提高XLPE电缆性能以确保电缆运行的安全性和稳定性，始终是学术和工程领域最受关注和亟待解决的关键问题。因此，开展高压直流电缆交联聚乙烯绝缘料改性方法研究，掌握改性绝缘材料的性能特点和改性机理，对高压直流电缆绝缘改性、设计、运行、维护等方面都具有重要意义。目前，高压直流电缆绝缘材料开发和绝缘结构设计面临的最具挑战性的问题是绝缘材料电导率温度特性问题和空间电荷积聚问题，这极大制约了直流电缆输电技术的发展，是限制直流输电电压等级提高的关键因素。高压直流电缆绝缘用绝缘材料应满足电阻率受温度影响小、空间电荷注入和积聚量少的特点。如何改善直流场下绝缘材料的电导率温度特性和空间电荷特性，已成为影响我国电缆工业发展的重要研究课题。另外，研究表明在绝缘电缆料中添加少量的纳米颗粒ZnO、TiO2、SiO2等，可以改善空间电荷积聚难题，而无机纳米颗粒与高聚物基体材料的相容性较差，无机纳米颗粒与聚合物基体材料间的界面区域物理化学性质受温度的变化影响大，此时的电阻率受温度影响大的问题也未得到解决，使得无法实现有效的应用。
技术实现思路
针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供了一种耐高温电缆内部绝缘材料及其制备方法和应用，本专利技术克服了电阻率受温度影响大及空间电荷注入和积聚量少的技术缺陷，且克服了无机纳米颗粒与高聚物基体材料的相容性差的技术缺陷，制备得到的耐高温电缆内部绝缘材料能够在高压直流塑料电缆中得到应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种耐高温电缆内部绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备TiO2-ZnO复合材料；(2)TiO2-ZnO复合材料负载基片制作：将环氧树脂涂覆于基片上，然后将TiO2-ZnO复合材料均匀铺设于环氧树脂上并常温干燥，得到TiO2-ZnO复合材料负载基片；(3)镀膜：将高纯热解石墨靶的靶材水平置于真空腔中，使靶材中心位于圆弧形基片架对应的圆心处，将多个步骤(2)制得的TiO2-ZnO复合材料负载基片分别粘贴于圆弧形基片架的内侧，通过磁控溅射在基片表面制备碳膜，得到镀膜材料；(4)填料制备：将步骤(3)制得的镀膜材料由基片上取下，于真空条件下煅烧后球磨，得到填料；(5)改性交联聚乙烯：在经过塑炼的交联聚乙烯中加入抗氧剂和步骤(4)制得的填料并混合均匀，然后于密炼机内于110-120℃条件下密炼20-40min，得到改性交联聚乙烯；其中，交联聚乙烯与填料、抗氧剂的质量之比为100:5-8：0.1-0.3；(6)成膜：将步骤(5)制得的改性交联聚乙烯热压成型、冷压定性，得到耐高温电缆内部绝缘材料。优选的，所述步骤(1)中TiO2-ZnO复合材料的制备方法为：将Zn盐与碱液混合，然后加入TiO2，在反应釜内于180-230℃下水热反应2-3.5h后，水洗干燥至恒重；其中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾，Zn盐为硫酸锌或硝酸锌，Zn盐与碱液的物质的量之比为1:2，Zn盐与TiO2的物质的量之比为1:1。优选的，所述步骤(2)中环氧树脂的厚度为1-2mm，TiO2-ZnO复合材料的厚度为2-3mm。优选的，所述步骤(3)中石墨的厚度为1-1.5mm。优选的，所述步骤(3)中磁控溅射的条件为：于氩气气氛中，工作气压为6-10Pa，溅射功率为500-800W。优选的，所述步骤(4)中煅烧的条件为：惰性气氛中，于400-600℃煅烧1-2h。优选的，所述步骤(4)中球磨至粒径达到800-1500nm。本专利技术还保护了制备方法制备得到的耐高温电缆内部绝缘材料。本专利技术还保护了一种耐高温电缆内部绝缘材料在高压直流塑料电缆中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术的工作原理为：先制备得到能够有效抑制空间电荷集聚，提高击穿强度和体积电阻率的TiO2-ZnO复合材料，然后将TiO2-ZnO复合材料均匀涂覆于基片表面，采用离子磁控溅射法在TiO2-ZnO复合材料的表面镀上高纯热解石墨，将一定能量的高纯热解石墨轰击至TiO2-ZnO复合材料固体表面，使固体近表面的原子或分子获得足够大的能量而最终逸出固体表面形成镀膜，从而使得高纯热解石墨刻蚀在TiO2-ZnO表面；电阻一般随温度的增加而增加，有正温度系数，而石墨具有负温数系数，镀膜后采用负温数系数的碳膜电阻实现了高阻值，能够在较宽的温度范围内使用，使得电阻率受温度影响大的问题得到了解决，提升了最大稳定电流和最大容许电容，尤其是抑制浪涌电流；真空条件下煅烧目的是为了TiO2-ZnO复合材料与石墨的结合能更强，然后球磨后达到微纳米级别粒径，然后做为填料与交联聚乙烯共混，为了提升填料与交联聚乙烯的相容性，本专利技术将填料与交联聚乙烯进行了加热聚合，得到了电阻率受温度影响小、空间电荷注入和积聚量少的耐高温电缆内部绝缘材料。2、在绝缘电缆中添加少量的纳米颗粒TiO2、ZnO、SiO2等能够改善空间电荷聚集难题，能够有效抑制空间电荷集聚，提高击穿强度和体积电阻率，抑制电树枝生长，改善绝缘材料的电气性能；在本专利技术中，采用TiO2-ZnO复合材料的原因是：氧化锌具有较宽的能带间隙和较高的离子结合能，且与二氧化钛的带隙相同，TiO2-ZnO复合材料实现了耦合和协同作用，共同用于效抑制空间电荷集聚，且本专利技术将填料与交联聚乙烯进行了加热聚合，从而克服了无机纳米颗粒与高聚物基体材料的相容性差的技术缺陷。具体实施方式下面对本专利技术的几个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。本专利技术使用的抗氧剂均为抗氧剂BHT。实施例1一种耐高温电缆内部绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将物质的量之比为1:2的硫酸锌与氢氧化钠混合，然后加入与硫酸锌等物质的量的TiO2，在反应釜内于180℃下水热反应3.5h后，水洗干燥至恒重，制备TiO2-ZnO复合材料；(2)TiO2-ZnO复合材料负载基片制作：将环氧树脂涂覆于基片上，环氧树脂的厚度为1mm，然后将TiO2-ZnO复合材料均匀铺设于环氧树脂上并常温干燥，TiO2-ZnO复合材料的厚度为2mm，得到TiO2-ZnO复合材料负载基片；(3)镀膜：将高纯热解石墨靶的靶材水平置于真空腔中，使靶材中心位于圆弧形基片架对应的圆心处，将多个步骤(2)制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温电缆内部绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)制备TiO

【技术特征摘要】
1.一种耐高温电缆内部绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备TiO2-ZnO复合材料；
(2)TiO2-ZnO复合材料负载基片制作：将环氧树脂涂覆于基片上，然后将TiO2-ZnO复合材料均匀铺设于环氧树脂上并常温干燥，得到TiO2-ZnO复合材料负载基片；
(3)镀膜：将高纯热解石墨靶的靶材水平置于真空腔中，使靶材中心位于圆弧形基片架对应的圆心处，将多个步骤(2)制得的TiO2-ZnO复合材料负载基片分别粘贴于圆弧形基片架的内侧，通过磁控溅射在基片表面制备碳膜，得到镀膜材料；
(4)填料制备：将步骤(3)制得的镀膜材料由基片上取下，于真空条件下煅烧后球磨，得到填料；
(5)改性交联聚乙烯：在经过塑炼的交联聚乙烯中加入抗氧剂和步骤(4)制得的填料并混合均匀，然后于密炼机内于110-120℃条件下密炼20-40min，得到改性交联聚乙烯；
其中，交联聚乙烯与填料、抗氧剂的质量之比为100:5-8：0.1-0.3；
(6)成膜：将步骤(5)制得的改性交联聚乙烯热压成型、冷压定性，得到耐高温电缆内部绝缘材料。


2.根据权利要求1所述的一种耐高温电缆内部绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中TiO2-ZnO复合材料的制备方法为：将Zn盐与碱液混合，然后加入TiO2，在反应釜内于180-230℃下水热反应2-3.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长春，
申请(专利权)人：九江学院，
类型：发明
国别省市：江西;36