一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法技术

本发明专利技术公开一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法，先通过将硅烷偶联剂充分溶解在酸性乙醇溶液中进行预水解、将纳米二氧化硅粉末充分溶解在乙醇水溶液中通过超声波振荡条件下高速搅拌制得悬浊液，然后将预水解后的硅烷偶联剂溶液加入到二氧化硅悬浊液中，并在超声波振荡条件下均匀搅拌，再将改性纳米二氧化硅混合液用去离子水反复清洗并抽滤，然后置于烘箱中干燥、研磨和筛滤，最后将处理过的二氧化硅填料加入到低密度聚乙烯基体材料进行熔融共混，即得产品；本发明专利技术具有优异的结晶形貌与空间电荷抑制性能。明具有优异的结晶形貌与空间电荷抑制性能。明具有优异的结晶形貌与空间电荷抑制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法


[0001]本专利技术涉及电工技术材料
，具体涉及一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法。

技术介绍

[0002]低密度聚乙烯具有优异的化学稳定性能、电绝缘性能与加工成形性能，在电缆生产制造方面得到广泛应用，但是低密度聚乙烯为半结晶聚合物，结晶结构复杂、缺陷多，陷阱密度大，这就造成低密度聚乙烯在高压直流电场中的空间电荷积聚，导致局部电场畸变，材料老化，使用寿命缩短。需要添加能够调控结晶结构的添加剂，通过优化结晶结构，改善陷阱分布状态，降低空间电荷积聚。
[0003]纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应和介电限域效应等众多优势，添加到基体材料中，可以作为成核中心，发挥异相成核作用，调控材料的结晶结构。纳米粒子与基体材料之间通过浸润吸附、化学键、扩散、静电力、机械联结、变形层、抑制层以及物理吸附等物理、化学作用相连接，构成众多界面势垒，这种界面势垒在本质上是能级较深的陷阱。这种由纳米粒子添加所引入的陷阱与基体本身结构缺陷所形成的陷阱有所不同，主要分布于粒子与分子链所形成的键合层、束缚层，能够阻碍电荷移动，并形成界面反电场，阻止电荷的持续注入，进而通过捕获、复合电荷等作用，实现对空间电荷的抑制效果。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术目的是提供一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法，通过本方法制备的材料具有优异的结晶形貌与空间电荷抑制性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：使用酸溶液调节乙醇水溶液的PH值至酸性，PH值测试满足要求后，在70～80℃温度下，将硅烷偶联剂充分溶解在上述酸性乙醇溶液中，备用；
[0008]步骤2：将纳米二氧化硅粉末添加到乙醇水溶液中，均匀混合后，温度上升至70～80℃，并在超声波振荡条件下进行高速搅拌，制备得到悬浊液，备用；
[0009]步骤3：取步骤1配置好的溶液，分2～4次均匀加入步骤2所配置的悬浊液中，温度保持在70～80℃，在超声波振荡条件下均匀搅拌制得混合液，备用；
[0010]步骤4：将步骤3中的混合液自然冷却后静置，分离乙醇溶液，使用去离子水反复清洗并抽滤，直至用AgNO3溶液检验不再出现白色沉淀，然后将其置于烘箱中干燥，得到有机化改性纳米二氧化硅粉体，备用；
[0011]步骤5：将步骤4制得的有机化改性纳米二氧化硅粉体放入研钵中研磨后，进行筛滤，得到所需二氧化硅填料；
[0012]步骤6：将纯低密度聚乙烯基体材料加入到转矩流变仪中，调节温度与螺杆转速，待其完全熔融后1～5分钟，再加入步骤5中的二氧化硅填料相混合，得到低密度聚乙烯复合绝缘材料。
[0013]进一步的，所述步骤1中，酸溶液为冰醋酸，乙醇水溶液的质量分数为85％～95％，PH值调节范围为2～4，硅烷偶联剂与酸性乙醇溶液的配比为1：4～5。
[0014]进一步的，所述步骤2中，乙醇水溶液的质量分数为85％～95％，纳米二氧化硅粉末与乙醇水溶液的配比为1g:10～20mL，超声波振荡条件下高速搅拌时间为0.5～1小时。
[0015]进一步的，所述步骤3中，取步骤1配置好的溶液分2～4次均匀加入步骤2中的悬浊液，均匀搅拌时间为1～2小时，硅烷偶联剂占混合液总质量分数范围为1～8wt％。。
[0016]进一步的，所述步骤4中，混合液的清洗并抽滤次数不少于3次，置于烘箱中干燥的温度为80～100℃，时间为12～24小时。
[0017]进一步的，所述步骤5中，改性纳米二氧化硅粉体研磨后，进行筛滤所用的滤网规格为200～300目。
[0018]进一步的，所述步骤6中，转矩流变仪的调节温度为125～145℃，螺杆转速为35～50r/mi n，二氧化硅填料所占复合体系的质量百分比为0.5～3wt％，二氧化硅填料与低密度聚乙烯基体材料的混合时间为15～30分钟。
[0019]本专利技术技术效果主要体现在以下方面：本专利技术中添加纳米材料能够优化复合绝缘材料的综合性能，使复合绝缘材料具备优异的结晶形貌与空间电荷抑制性能，当添加比例为1％时(即二氧化硅占低密度聚乙烯复合体系的质量百分比1％)，复合绝缘材料的晶粒尺寸下降50％以上、电荷迁移率下降7％以上，空间电荷积聚量降低60％以上、击穿场强提升10％以上，可以用于高压直流绝缘材料，有很好地均化场强效果。
附图说明
[0020]图1是纯低密度聚乙烯材料和所述复合绝缘材料的结晶形貌；
[0021]图2是纯低密度聚乙烯材料和所述复合绝缘材料的空间电荷分布。
具体实施方式
[0022]以下对本专利技术的具体实施方式作进一步详述，以使本专利技术技术方案更易于理解和掌握。
[0023]一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法，包括以下步骤：
[0024]步骤1：使用酸溶液调节乙醇水溶液的PH值至酸性，PH值测试满足要求后，在70～80℃温度下，将硅烷偶联剂充分溶解在上述酸性乙醇溶液中，备用；
[0025]步骤2：将纳米二氧化硅粉末添加到乙醇水溶液中，均匀混合后，温度上升至70～80℃，并在超声波振荡条件下进行高速搅拌，制备得到悬浊液，备用；
[0026]步骤3：取步骤1配置好的溶液，分2～4次均匀加入步骤2所配置的悬浊液中，温度保持在70～80℃，在超声波振荡条件下均匀搅拌制得混合液，备用；
[0027]步骤4：将步骤3中的混合液自然冷却后静置，分离乙醇溶液，使用去离子水反复清洗并抽滤，直至用AgNO3溶液检验不再出现白色沉淀，然后将其置于烘箱中干燥，得到有机
化改性纳米二氧化硅粉体，备用；
[0028]步骤5：将步骤4制得的有机化改性纳米二氧化硅粉体放入研钵中研磨后，进行筛滤，得到所需二氧化硅填料；
[0029]步骤6：将纯低密度聚乙烯基体材料加入到转矩流变仪中，调节温度与螺杆转速，待其完全熔融后1～5分钟，再加入步骤5中的二氧化硅填料相混合，得到低密度聚乙烯复合绝缘材料。
[0030]所述步骤1中，酸溶液为冰醋酸，乙醇水溶液的质量分数为85％～95％，PH值调节范围为2～4，硅烷偶联剂与酸性乙醇溶液的配比为1：4～5。
[0031]所述步骤2中，乙醇水溶液的质量分数为85％～95％，纳米二氧化硅粉末与乙醇水溶液的配比为1g:10～20mL，超声波振荡条件下高速搅拌时间为0.5～1小时。
[0032]所述步骤3中，取步骤1配置好的溶液分2～4次均匀加入步骤2中的悬浊液，均匀搅拌时间为1～2小时，硅烷偶联剂占混合液总质量分数范围为1～8wt％。。
[0033]所述步骤4中，混合液的清洗并抽滤次数不少于3次，置于烘箱中干燥的温度为80～100℃，时间为12～24小时。
[0034]所述步骤5中，改性纳米二氧化硅粉体研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使用酸溶液调节乙醇水溶液的PH值至酸性，PH值测试满足要求后，在70～80℃温度下，将硅烷偶联剂充分溶解在上述酸性乙醇溶液中，备用；步骤2：将纳米二氧化硅粉末添加到乙醇水溶液中，均匀混合后，温度上升至70～80℃，并在超声波振荡条件下进行高速搅拌，制备得到悬浊液，备用；步骤3：取步骤1配置好的溶液，分2～4次均匀加入步骤2所配置的悬浊液中，温度保持在70～80℃，在超声波振荡条件下均匀搅拌制得混合液，备用；步骤4：将步骤3中的混合液自然冷却后静置，分离乙醇溶液，使用去离子水反复清洗并抽滤，直至用AgNO3溶液检验不再出现白色沉淀，然后将其置于烘箱中干燥，得到有机化改性纳米二氧化硅粉体，备用；步骤5：将步骤4制得的有机化改性纳米二氧化硅粉体放入研钵中研磨后，进行筛滤，得到所需二氧化硅填料；步骤6：将纯低密度聚乙烯基体材料加入到转矩流变仪中，调节温度与螺杆转速，待其完全熔融后1～5分钟，再加入步骤5中的二氧化硅填料相混合，得到低密度聚乙烯复合绝缘材料。2.根据权利要求1所述优异空间电荷抑制性能的低密度聚乙烯复合绝缘材料制备方法，其特征在于：所述步骤1中，酸溶液为冰醋酸，乙醇水溶液的质量分数为85％～95％，PH值调节范围为2～4，硅烷偶联剂与酸性乙醇溶液的配比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜洪涛，谢静，吴佳怡，王思远，王勋，安阳，
申请(专利权)人：广州电缆厂有限公司，
类型：发明
国别省市：