高压电缆用绝缘材料及其制备方法和制备基料技术

本发明专利技术涉及一种高压电缆用绝缘材料，同时涉及该材料的制备方法和制备基料，属于高分子化合物的组合物技术领域。该材料包括通过非光致交联反应生成的交联聚乙烯层；交联聚乙烯层中物理性均匀分布有呈独立分子态的光致交联剂和光引发剂。该材料制备方法是混合低密度聚乙烯、非光致交联剂、抗氧剂和稳定剂；再额外添加光交联剂和光引发剂，充分共混完成后经挤出得到制备基料；利用现有高压电缆生产线，将得到的制备基料采用三层共挤工艺法挤出，得高压电缆用绝缘材料。采用该材料的高压电缆在受到高能电子撞击导致分子链或交联点发生断裂时，能够实现修复破坏的交联点和断裂的分子链，从而抑制交联聚乙烯材料劣化并增强交联聚乙烯材料的使用寿命。材料的使用寿命。材料的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
高压电缆用绝缘材料及其制备方法和制备基料


[0001]本专利技术涉及一种高压电缆用绝缘材料及其制备方法，还涉及该高压电缆用绝缘材料在制备中的一种制备基料，属于高分子化合物的组合物


技术介绍

[0002]高压电缆输电具有输送容量大、距离远、效率高、损耗低等优势，是满足大容量、远距离跨区输电需求的可靠技术手段，也是解决城市电网增容、新能源并网和海上孤岛供电等问题的最佳手段。目前高压交流输电电缆一般采用交联聚乙烯作为外层绝缘材料，交联聚乙烯（Cross
‑
linked Polyethylene，简写XLPE）作为高压电力电缆广泛使用的主要绝缘材料，具有重量轻、耐热性好和电气性能优异等优势。在电缆输电运行过程中，由于受到电、热、机械等外部因素和绝缘材料内部缺陷因素的影响，绝缘材料会发生电热老化或电树枝劣化，进而引发电缆击穿事故。
[0003]分析电缆绝缘运行工况，导致交联聚乙烯绝缘发生电老化与电热联合老化的本质是，电缆绝缘层（交联聚乙烯层）承受高电场强度会导致交联聚乙烯材料交联点破坏或分子链断裂形成缺陷点，高压电会在该在缺陷点位形成微观放电，微观放电产生的高能电子撞击交联聚乙烯的分子链或交联点，会导致分子链或交联点发生断裂和破坏，大量分子链断裂点形成低密度区，进一步引发绝缘材料电树枝劣化，进而诱发更大的局部放电现象，加速绝缘材料劣化、破坏与失效过程。因此通过抑制或修复交联点破坏和分子链断裂是提高高压电缆用绝缘材料使用寿命的根本手段。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：在现有高压电缆的交联聚乙烯绝缘层受到高能电子撞击导致分子链或交联点发生断裂时，能够实现修复破坏的交联点和断裂的分子链，从而抑制交联聚乙烯层的材料劣化并增强交联聚乙烯层材料的使用寿命。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案一是：一种高压电缆用绝缘材料，包括通过非光致交联反应生成的交联聚乙烯层；所述交联聚乙烯层中物理性均匀分布有呈独立分子态的光致交联剂和光引发剂。
[0006]分子态是指光致交联剂和光引发剂以分子状态分布在交联聚乙烯层中；独立是指光致交联剂和光引发剂的各分子结构各自独立，彼此之间没有任何交联；独立分子态也即交联剂和光引发剂均各自具有独立的分子结构；物理性均匀分布是指光致交联剂和光引发剂与交联聚乙烯层的聚乙烯等物质没有化学分子连接结构，与交联聚乙烯层是物理性混合且均匀分布的状态。
[0007]进一步，所述光交联剂是三官能度光交联剂，所述光引发剂是夺氢型多环芳烃光引发剂。
[0008]进一步，所述三官能度光交联剂是1,3,5
‑
均三嗪的官能团衍生物，所述夺氢型多环芳烃光引发剂是二苯甲酮的衍生物。
[0009]进一步，所述1,3,5
‑
均三嗪的官能团衍生物是三聚氰酸三烯丙基酯或三烯丙基异氰脲酸酯，所述二苯甲酮的衍生物是4
‑
甲基二苯甲酮或4,4'
‑
二氯二苯甲酮。
[0010]进一步，所述光交联剂在所述交联聚乙烯层中的分散浓度介于3.61
×
10
‑6~1.08
×
10
‑4mol/cm3之间，所述光引发剂在所述交联聚乙烯层中的分散浓度介于3.58
×
10
‑6~1.07
×
10
‑4mol/cm3之间。
[0011]本专利技术的反应机理及其有益效果是：由于在已经加工（一般是挤塑）成形的交联聚乙烯层中物理性均匀分布混合有额外添加的呈独立分子态的光致交联类添加剂（包括独立分子态的光交联剂和独立分子态的光引发剂）；因此在高压电缆正常使用时，绝缘层（交联聚乙烯层）中额外添加的光交联剂和光引发剂只是物理性地混合在交联聚乙烯层中；而当高压电缆局部因为出现微观放电产生的高能电子撞击交联聚乙烯的分子链或交联点产生断裂和破坏的同时，在该局部处释放的能量会形成紫外波段的光能辐照，此紫外辐照能量将激发位于交联破坏点或分子链断裂点处分布的光致交联类添加剂与交联聚乙烯进行再次的交联反应，具体反应是：额外添加的光引发剂（主要是二苯甲酮的衍生物）被激发后先夺取聚乙烯分子链上的氢原子，然后光交联剂（主要是1,3,5
‑
均三嗪的官能团衍生物）的官能团被激发后连接聚乙烯分子链被打开的两个链端，即嵌入聚乙烯分子链之间形成局部新的聚合结构；从而对分子链或交联点断裂处形成修复。
[0012]本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案二是：上述技术方案一中一种高压电缆用绝缘材料的制备基料，由低密度聚乙烯、非光致交联剂、抗氧剂和稳定剂混合后再额外添加光交联剂和光引发剂并充分共混得到。这样，有了这种基料就可以进一步生产出上述技术方案一中的高压电缆用绝缘材料。
[0013]本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案三是：上述技术方案一中一种高压电缆用绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、依据现有高压电缆用交联聚乙烯绝缘配方体系，采用密炼机或双螺杆挤出机混合低密度聚乙烯、非光致交联剂、抗氧剂和稳定剂；步骤二、向密炼机或双螺杆挤出机中额外添加光交联剂和光引发剂，充分共混完成后经挤出得到制备基料；步骤三、利用立塔式或悬链式高压电缆生产线，将得到的制备基料从倒料口装载，采用三层共挤工艺法挤出，其中挤出温度128~132℃，挤出速度1.0~2.0 m/min；在氮气保护环境下，在环境温度220~300℃下进行交联反应15 min；得高压电缆用绝缘材料。
[0014]进一步，所述步骤一中，混合过程温度范围是110~130℃，所述非光致交联剂是过氧化二异丙苯DCP，所述DCP的添加含量范围是1.0wt%~3.0wt%。
[0015]进一步，所述步骤二中，共混过程时间是10min以上；所述光交联剂是三聚氰酸三烯丙基酯TAC或三烯丙基异氰脲酸酯TAIC，所述TAC或TAIC含量范围是0.1wt%~3.0wt%，所述TAC或TAIC在所述制备基料中的分散浓度介于3.61
×
10
‑6~1.08
×
10
‑4mol/cm3之间；所述光引发剂是4
‑
甲基二苯甲酮MBP或4,4'
‑
二氯二苯甲酮CBP，所述MBP或CBP含量范围是0.1wt%~3.0wt%，所述MBP或CBP在所述制备基料中的分散浓度介于3.58
×
10
‑6~1.07
×
10
‑
4 mol/cm3之间。
[0016]进一步，所述三层共挤工艺法的三层是指内半导电层、绝缘层和外半导电层。
附图说明
[0017]下面结合附图对本专利技术的高压电缆用绝缘材料及其制备方法和制备基料作进一步说明。
[0018]图1是实施例一中的光交联剂TAC和光引发剂MBP的分子结构式。
[0019]图2是实施例二中的光交联剂TAIC和光引发剂CBP的分子结构式。
[0020]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压电缆用绝缘材料，包括通过非光致交联反应生成的交联聚乙烯层；其特征在于：所述交联聚乙烯层中物理性均匀分布有呈独立分子态的光致交联剂和光引发剂。2.根据权利要求1所述高压电缆用绝缘材料，其特征在于：所述光交联剂是三官能度光交联剂，所述光引发剂是夺氢型多环芳烃光引发剂。3.根据权利要求2所述高压电缆用绝缘材料，其特征在于：所述三官能度光交联剂是1,3,5
‑
均三嗪的官能团衍生物，所述夺氢型多环芳烃光引发剂是二苯甲酮的衍生物。4.根据权利要求3所述高压电缆用绝缘材料，其特征在于：所述1,3,5
‑
均三嗪的官能团衍生物是三聚氰酸三烯丙基酯或三烯丙基异氰脲酸酯，所述二苯甲酮的衍生物是4
‑
甲基二苯甲酮或4,4'
‑
二氯二苯甲酮。5.根据权利要求1所述高压电缆用绝缘材料，其特征在于：所述光交联剂在所述交联聚乙烯层中的分散浓度介于3.61
×
10
‑6～1.08
×
10
‑4mol/cm3之间，所述光引发剂在所述交联聚乙烯层中的分散浓度介于3.58
×
10
‑6～1.07
×
10
‑4mol/cm3之间。6.一种根据权利要求1所述高压电缆用绝缘材料的制备基料，其特征在于：由低密度聚乙烯、非光致交联剂、抗氧剂和稳定剂混合后再额外添加光交联剂和光引发剂并充分共混得到。7.一种根据权利要求1所述高压电缆用绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、依据现有高压电缆用交联聚乙烯绝缘配方体系，采用密炼机或双螺杆挤出机混合低密度聚乙烯、非光致交联剂、抗氧剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卓然，周平，王东海，姚天翼，刘霆，吕立翔，陈伟，王浩，高源，漆家伟，许洪华，王春宁，王赫宇，韩涛，李忠磊，姚悦，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，
类型：发明
国别省市：