一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂及其制备方法与应用，属于聚乙烯树脂技术领域。解决了现在聚乙烯绝缘材料固有的低击穿场强，且耐电压单体易迁移析出的问题。本发明专利技术的长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，以100重量份计，原料为：88.0

【技术实现步骤摘要】
一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于聚乙烯树脂
，具体涉及一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂及其制备方法与应用，尤其涉及该聚乙烯树脂作为高压直流输电电缆用绝缘材料的应用。

技术介绍

[0002]高压直流输电电缆用绝缘材料是高压输电系统的重要组成部分，目前绝缘材料低的击穿场强是限制高压直流输电系统发展的关键因素。提高绝缘材料的击穿场强，一方面可以降低绝缘层的厚度，利于电缆中热量传输，减小绝缘材料热击穿的概率，而且可以降低绝缘电缆的成本；另一方面，可以保证更高的输电电压，极大提高了输电效率，经计算表明，将输电电压提高至原来的两倍，可以将输电线上的电能损耗降低至原本的四分之一，因此，在高压直流输电系统建设使用和发展中，急切需要解决材料低的击穿场强的问题。绝缘材料内部存在的杂质和缺陷，如引发剂残留、空隙、加工生产中引入的灰尘等，极易导致绝缘材料局部被击穿，引发电缆故障，所以，超净无尘生产车间被广泛使用来生产超高纯净绝缘材料。然而，随着高压输电系统的发展，对绝缘材料的击穿场强提出更高的要求，此时，绝缘材料自身固有的击穿场强已无法满足这些要求，很多提高绝缘材料电性能的方法被提出和发展，其中共聚合、共混改性、无机纳米粒子填充改性以及接枝改性是最主要的改性方法。通过共聚合方法制备优良绝缘材料的难点在于生产条件严苛、且需要设计高效催化剂。共混改性的缺点是很多聚合物本质上是不相容的，由此方法制备的共混物，存在相界面，导致材料的结构不稳定，这很难结合多种聚合物材料的优异性能。纳米粒子填充改性一直存在的瓶颈是难以实现纳米粒子在聚合物基质中以纳米尺度均匀分散。相比以上三种改性方法，接枝改性具有生产工艺简单、成本低的优点，从设计聚合物的大分子链结构角度出发，仅需要接枝高效功能单体，便可以显著提高聚合物基质击穿场强，是一种高效的聚合物绝缘材料改性方法。
[0003]耐电压单体是一类有机小分子化合物，能显著提升聚合物的击穿场强，被广泛用于改善聚合物绝缘材料的耐电压击穿性能。中国专利109411125A公开了一种基于有机电场分布调控迁移的自适应调控电场方法，采用加入耐电压单体调控电场，但是，该耐电压单体同非极性的聚合物相容差，容易从聚合物内部迁移析出到聚合物表面，使得改性后的聚合物的击穿场强难以保持长效。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为解决现有技术中聚乙烯绝缘材料固有的低击穿场强，且耐电压单体易迁移析出的问题，本专利技术提供一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂及其制备方法与应用。
[0005]本专利技术目的之一是提供一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，以100重量份计，该聚乙烯树脂的原料为：
[0006]预辐照聚乙烯树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
88.0
‑
92.9重量份；
[0007]聚乙烯接枝苯乙烯聚合物树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
10重量份；
[0008]耐电压单体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.1
‑
2.0重量份；
[0009]所述耐电压单体的结构式如式(1)或式(2)所示；
[0010][0011]优选的是，所述预辐照聚乙烯树脂采用如下方法制备：采用电子加速器作为辐照源，在空气气氛下，用β射线对聚乙烯树脂进行预辐照，预辐照剂量范围为10
‑
30kGy；更优选的是，所述聚乙烯树脂为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯；尤其优选的是，所述低密度聚乙烯为线性低密度聚乙烯；最优的是，所述线性低密度聚乙烯为乙烯
‑1‑
丁烯共聚物、乙烯
‑1‑
辛烯共聚物或乙烯
‑1‑
己烯共聚物。
[0012]优选的是，所述聚乙烯接枝苯乙烯聚合物树脂中苯乙烯聚合物的质量百分数含量为13
‑
18％。
[0013]优选的是，所述式(1)结构的耐电压单体的制备方法：将对羟基苯乙酮溶解于2
‑
丁酮中，然后添加三乙胺，惰性气氛保护下，0
‑
4℃边搅拌边滴加甲基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴加完成后反应3
‑
4h，经过滤，洗涤，分离，干燥，得到式(1)结构的耐电压单体；
[0014]所述对羟基苯乙酮、2
‑
丁酮、三乙胺、甲基丙烯酰氯、乙醚的摩尔比为(0.1
‑
0.15):(1.91
‑
1.96):(0.1
‑
0.18):(0.1
‑
0.22):(0.72
‑
0.84)。
[0015]更优选的是，所述过滤，洗涤，分离，干燥的过程为：先用乙醚洗涤得到的反应液，然后用5wt％氢氧化钠溶液和去离子水依次洗涤滤液，最后分离得到上层滤液，用旋转真空蒸发仪蒸发掉溶剂，得到的产物在60℃真空干燥至恒重，得到式(1)结构的耐电压单体。
[0016]更优选的是，所述滴加速度为5
‑
7mL/min。
[0017]优选的是，所述式(2)结构的耐电压单体的制备方法：将对羟基苯乙酮溶解于2
‑
丁酮中，然后添加三乙胺，惰性气氛保护下，0
‑
4℃边搅拌边滴加10
‑
十一碳烯酰氯的乙醚溶液，滴加完成后，反应3
‑
4h，经过滤，洗涤，分离，干燥，得到式(2)结构的耐电压单体；
[0018]所述对羟基苯乙酮、2
‑
丁酮、三乙胺、10
‑
十一碳烯酰氯、乙醚的摩尔比为(0.1
‑
0.2):(1.86
‑
1.96):(0.13
‑
0.2):(0.15
‑
0.3):(0.72
‑
0.82)。
[0019]更优选的是，所述过滤，洗涤，分离，干燥的过程为：先用乙醚洗涤得到的反应液，然后用5wt％氢氧化钠溶液和去离子水依次洗涤滤液，最后分离得到上层滤液，用旋转真空蒸发仪蒸发掉溶剂，得到的产物在60℃真空干燥至恒重，得到式(2)结构耐电压单体。
[0020]更优选的是，所述滴加速度为5
‑
7mL/min。
[0021]本专利技术的另一目的是提供一种长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂的制备方法，包括以下步骤：
[0022]按组成和配比称取各组分，先将预辐照聚乙烯树脂和耐电压单体加入到密炼机中，在160
‑
200℃密炼3
‑
6min，然后加入聚乙烯接枝苯乙烯聚合物树脂，继续密炼2
‑
4min，取出，得到长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂。
[0023]优选的是，所述密炼机的转子转速为60rpm。
[0024]本专利技术的另一目的是提供上述长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂作为高压直流输电电缆用绝缘材料的应用。
[0025]本专利技术的长效耐高压直流击穿聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，其特征在于，以100重量份计，该聚乙烯树脂的原料为：预辐照聚乙烯树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
88.0
‑
92.9重量份；聚乙烯接枝苯乙烯聚合物树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
10重量份；耐电压单体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.1
‑
2.0重量份；所述耐电压单体的结构式如式(1)或式(2)所示；2.根据权利要求1所述的长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，其特征在于，所述预辐照聚乙烯树脂采用如下方法制备：采用电子加速器作为辐照源，在空气气氛下，用β射线对聚乙烯树脂进行预辐照，预辐照剂量范围为10
‑
30kGy。3.根据权利要求1所述的长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，其特征在于，所述聚乙烯树脂为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯。4.根据权利要求1所述的长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，其特征在于，所述聚乙烯树脂为乙烯
‑1‑
丁烯共聚物、乙烯
‑1‑
辛烯共聚物或乙烯
‑1‑
己烯共聚物。5.根据权利要求1所述的长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，其特征在于，所述聚乙烯接枝苯乙烯聚合物树脂中苯乙烯聚合物的质量百分数含量为13
‑
18％。6.根据权利要求1所述的长效耐高压直流击穿聚乙烯树脂，其特征在于，所述式(1)结构的耐电压单体的制备方法：将对羟基苯乙酮溶解于2
‑
丁酮中，然后添加三乙胺，惰性气氛保护下，0
‑
4℃边搅拌边滴加甲基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴加完成后反应3
‑
4h，经过滤，洗涤，分离，干燥，得到式(1)结构的耐电压单体；所述对羟基苯乙酮、2
‑
丁酮、三乙胺、甲基丙烯酰氯、乙醚的摩尔比为(0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚占海，孙晓鹏，杨方鸿，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：