一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法及其应用，所述方法首先将已交联高压直流电缆绝缘料在软化状态下进行拉伸处理，再进行降温处理，使已交联高压直流电缆绝缘料形成取向片晶与无定形区交替排列的半结晶结构；该结构可以有效减少球晶的界面效应，进而减少空间电荷的积聚，使经过上述方法处理后的高压直流电缆绝缘料的直流击穿场强度和耐电老化能力都得到了有效提高。度和耐电老化能力都得到了有效提高。

【技术实现步骤摘要】
一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法及其应用


[0001]本专利技术属于电缆加工
，具体涉及一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法及其应用。

技术介绍

[0002]伴随着中国经济的高速发展，高压电缆作为能源传输的重要方式在智能电网和特高压工程中发挥着极其重要的作用。为满足长距离、高负载的输电需求，高压电缆输电工程需要不断提高电压等级和电缆料的耐压等级。高压直流电缆在长距离输电工程发挥着至关重要的作用，但高压直流电缆在70℃的长期运行温度下，空间电荷在绝缘材料中会发生快速定向迁移，空间电荷的聚集会导致绝缘材料局部电场增强降低击穿强度，加速老化，减少电缆寿命，空间电荷的存在可导致绝缘材料的电老化、电场畸变和击穿。
[0003]目前，如何减少空间电荷的产生和积聚、提高击穿强度已成为高压直流电缆绝缘材料研究领域的关键问题；常用的方法是通过控制洁净度来提高材料的耐压等级和击穿强度，电缆料洁净度控制的主要途径是控制基体极性基团/不饱和基团含量、杂质含量和添加剂含量，目前该技术仅被北欧化工与陶氏化学掌握并已工业化生产；另外，纳米填料(如MgO、Al2O3、SiO2等)也被用于高压电缆绝缘材料的开发以减少空间电荷和提高击穿强度。
[0004]CN109096572A公开了一种高直流击穿强度的聚烯烃纳米复合绝缘材料及其制备方法。所述聚烯烃电介质绝缘复合材料包括96～99.75％的聚烯烃电介质基体和0.25～4％的改性纳米粒子填料；所述的改性纳米粒子填料为电压稳定剂功能化的纳米粒子；该专利技术通过点击化学反应在纳米粒子表面接枝电压稳定剂作为填料，可提高复合材料的直流击穿强度。其中，电压稳定剂不仅能够捕捉高能电子，消耗其能量以减少电子与聚合物碰撞引发的电学击穿，而且能够提高纳米粒子和聚烯烃之间的相容性。而纳米粒子则能够起到抑制电压稳定剂迁移和空间电荷积累和注入的作用。所制的复合材料具有高直流击穿强度和高热稳定性的特点，适用于高电压直流电缆绝缘领域。但是，纳米填料易积聚、分散性较差的缺点使其应用受到了限制，虽然共混直流电缆料可提升耐电树枝和水树枝性能，但基体的不相容性将导致缺陷增多更易击穿，通过在基体树脂或添加剂中接枝有机基团引入深陷阱，可以提高直流击穿场强，但无法保证接枝反应的均匀性与充分性，并且容易引入杂质。
[0005]因此，开发一种可以有效提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法，是本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法及其应用，所述方法将已交联高压直流电缆绝缘料在软化状态下先进行拉伸处理，再进行降温处理，使得所述已交联高压直流电缆绝缘料具有了取向片晶与无定形区交替排列的半结晶结构，该结构可有效减少空间电荷的积聚，大大降低了空间电荷密度，进而有效提高了高压直流电缆绝缘料的直流击穿场强度和耐电老化能力。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法，所述方法包括：将已交联高压直流电缆绝缘料在软化状态下先进行拉伸处理，再降温处理，完成所述高压直流电缆绝缘料击穿强度的提高。
[0009]需要说明的是，本专利技术所述“软化状态”指的是将已交联高压直流电缆绝缘料加热到软化点以上的温度使其受热软化的状态。
[0010]本专利技术提供的提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法分为两步，首先将已交联高压直流电缆绝缘料在软化状态下先进行拉伸处理，由于已交联高压直流电缆绝缘料本身就具备多个永久交联点，在软化状态下经过拉伸处理，会使得材料中包含的聚烯烃分子链围绕交联点发生高弹形变和链段的重取向，再经降温处理，会发生应变诱导结晶，进而形成取向片晶与无定形区交替排列的半结晶结构，这种无定形
‑
片晶交替排列的半结晶结构可以减少球晶的界面效应，进而减少空间电荷的积聚，同时无定形区的环圈、链端基以及连系分子等具有高活动性，外加电场注入的空间电荷可沿分子链进行高效传输和位于无定形
‑
片晶界面处的陷阱的排空，进一步大大降低了空间电荷密度，进而有效了提高高压直流电缆绝缘料的直流击穿场强度和耐电老化能力；而未经拉伸处理的聚烯烃分子链在静态条件下形成球晶结构，这种结构带来的界面效应会导致空间电荷大量聚集，大大降低电气绝缘强度，也会带来应力集中等问题进而导致材料的机械强度下降。
[0011]需要说明的是，本专利技术所述“高压直流电缆绝缘料”中的“高压直流”指的是直流电压不低于100kV的电缆绝缘料。
[0012]优选地，所述拉伸处理的拉伸比50～800，例如100、200、300、400、500、600或700等。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，限定拉伸处理的拉伸比为50～800可以使得最终得到的高压直流电缆绝缘料的击穿强度达到最高，一方面，如果拉伸比低于50，则会导致无法有效地形成有效的半结晶结构；另一方面，如果拉伸比高于800，则会导致分子链高度取向，结晶度过高，增加界面效应。
[0014]需要说明的是，本专利技术所述“拉伸比”指的是拉伸后试样长度与初始试样长度的比值。
[0015]优选地，所述降温处理的温度为80～105℃，例如85℃、90℃、95℃或100℃等。
[0016]作为本专利技术的优选技术方案，限定降温处理的温度为80～105℃的优势在于在此温度下已交联高压直流电缆绝缘料可以更好的形成取向片晶与无定形区交替排列的半结晶结构；一方面，如果降温处理的温度低于上述范围，则会导致无法有效诱导结晶或者产生较多孔洞，进而降低击穿强度；而如果降温处理的温度高于上述范围，则会导致接近软化状态或临近软化点，已交联高压直流电缆绝缘无法结晶或结晶缺陷较多，进而降低击穿强度。
[0017]优选地，所述降温处理的时间为1～5min，例如1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min或4.5min等。
[0018]作为本专利技术的优选技术方案，所述方法包括：将已交联高压直流电缆绝缘料在软化状态下进行拉伸处理，拉伸比为50～800，再降温至80～105℃保持1～5min，完成所述高压直流电缆绝缘料击穿强度的提高。
[0019]优选地，所述已交联高压直流电缆绝缘料的制备原料包括聚烯烃、交联剂和抗氧
剂。
[0020]优选地，所述已交联高压直流电缆绝缘料的制备原料按照重量份包括如下组分：聚烯烃85～110重量份、抗氧剂0.1～0.5重量份和交联剂1～3重量份。
[0021]其中，所述聚烯烃可以为87重量份、89重量份、91重量份、93重量份、95重量份、97重量份、99重量份、101重量份、103重量份、105重量份、107重量份或109重量份等。
[0022]所述抗氧剂可以为0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45等。
[0023]所述交联剂可以为1.2重量份、1.4重量份本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高高压直流电缆绝缘料击穿强度的方法，其特征在于，所述方法包括：将已交联高压直流电缆绝缘料在软化状态下进行拉伸处理，再降温处理，完成所述高压直流电缆绝缘料击穿强度的提高。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉伸处理的拉伸比50～800。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述降温处理的温度为80～105℃；优选地，所述降温处理的时间为1～5min。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述已交联高压直流电缆绝缘料的制备原料包括聚烯烃、交联剂和抗氧剂；优选地，所述已交联高压直流电缆绝缘料的制备原料按照重量份包括如下组分：聚烯烃85～110重量份、抗氧剂0.1～0.5重量份和交联剂1～3重量份；优选地，所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物、乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物或乙烯
‑
α烯烃共聚物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述聚乙烯包括低密度聚乙烯；优选地，所述低密度聚乙烯的密度为0.91～0.93g/cm3；优选地，所述低密度聚乙烯的熔点为103～112℃；优选地，所述低密度聚乙烯的熔融指数为1.7～2.2g/10min；优选地，所述抗氧剂包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王优浩，祁先勇，刘敬锐，王文博，杨开业，刘海燕，常晓丹，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：