一种抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，绝缘料包括以重量份计的下述组份：共聚聚丙烯

【技术实现步骤摘要】
一种抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电缆材料
，具体涉及一种抑制空间电荷的热塑性电缆绝缘料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]电力电缆作为重要的电网设备起着输送能源
、
传递信息的重要作用，是输配电系统的重要组成部分，在国民经济起着“血管”和“神经”的作用而有着极其重要的地位，其行业生产总量占全国总
GDP
的4‑5‰
。
随着城市化进程的加快
、
可再生资源的开发，电力电缆的需求将不断增加
。2017
年全球绝缘电线市场需求增长
19
％至
1610
亿美元
。
公共事业电力是能源电缆的最大应用领域，占比达到
50
％，其中中国是全球最大的单一需求市场，占全球总量的
34
％
。
[0003]基于聚丙烯材料的热塑性挤包绝缘电缆具有生产过程免交联
、
运行温度高
、
输送容量大
、
可回收等优点，可降低碳排放，被视为未来电力电缆技术的发展方向
。
国外欧洲地区中压交流热塑性绝缘电缆研究已经非常成熟，自问世以来，工程应用超5万公里，
150kV
交流热塑性绝缘电缆系统在意大利
Italian Transmission Network
公司正式投入使用；基于热塑性挤包绝缘技术路线的
±<br/>525kV
直流热塑性挤包绝缘电缆也已完成了德国输电网公司组织的预鉴定试验
(PQ
‑
Test)
，即将在德国
SuedOstLink
与
WestLink
两个
±
525kV
工程项目大规模应用，输送容量达到
2GW。
国内，
2017
年由国网智能电网研究院有限公司牵头开始热塑性挤包电缆绝缘材料配方研究，并先后立项开展了
10kV
至
35kV
的交直流热塑性挤包绝缘电缆的研制工作，成功掌握了中压热塑性电缆绝缘料和屏蔽料配方，实现了中压热塑性绝缘料和屏蔽料的批量化制备
。
国内高压热塑性绝缘料的研制还处于起步阶段
。
[0004]高压直流电缆在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
。
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
。
[0005]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
。
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
。
[0006]CN115782260A
公开了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
。
但是，软化状态下拉伸降温处理更多针对交联聚乙烯电缆，而热塑性绝缘聚丙烯电缆为非交联体系，且硬度较高，不适用该方法
。
[0007]有鉴于此，开发一种制备工艺简单且能有效抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料是本领域亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料及其制备方法，所述绝缘料可以有效抑制空间电荷积聚，同时具备优异的电气和力学性能
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一方面，本专利技术提供了一种抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其制备原料按重量份计包括：共聚聚丙烯
50
‑
90
份，热塑性弹性体
10
‑
50
份，抗氧剂
0.1
‑
0.3
份，纳米粉体
0.5
‑
1.5
份，偶联剂
0.5
‑2份
。
[0011]进一步地，所述绝缘料的制备原料按重量份计包括：共聚聚丙烯
60
‑
80
份，热塑性弹性体
25
‑
40
份，抗氧剂
0.1
‑
0.3
份，纳米粉体
0.5
‑
1.0
份，偶联剂
0.5
‑
1.5
份
。
[0012]进一步地，所述共聚聚丙烯的熔体流动速率为
0.2
‑
0.3g/10min
，弯曲模量
≥620MPa
，简支梁冲击强度
≥35MPa
，拉伸屈服应力
≥20MPa。
[0013]进一步地，所述热塑性弹性体为乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物
(SEBS)
，其脆化温度
≤
‑
60℃
，最高使用温度达到
149℃
，在氧气气氛下其分解温度大于
270℃
；
[0014]或者，所述热塑性弹性体为乙烯
‑
辛烯共聚物
(POE)
，其熔体流动速率为1‑
1.5g/10min(190℃/2.16kg)
，脆化温度
≤
‑
70℃
，断裂伸长率＞
1000
％
。
[0015]进一步地，所述抗氧剂为硫代双酚类化合物，纯度大于
99
％...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其制备原料按重量份计包括：共聚聚丙烯
50
‑
90
份，热塑性弹性体
10
‑
50
份，抗氧剂
0.1
‑
0.3
份，纳米粉体
0.5
‑
1.5
份，偶联剂
0.5
‑2份，所述共聚聚丙烯的熔体流动速率为
0.2
‑
0.3g/10min
，弯曲模量
≥620MPa
，简支梁冲击强度
≥35MPa
，拉伸屈服应力
≥20MPa。2.
根据权利要求1所述的抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其特征在于，所述绝缘料的制备原料按重量份计包括：共聚聚丙烯
60
‑
80
份，热塑性弹性体
25
‑
40
份，抗氧剂
0.1
‑
0.3
份，纳米粉体
0.5
‑
1.0
份，偶联剂
0.5
‑
1.5
份
。3.
根据权利要求1所述的抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其特征在于，所述热塑性弹性体为乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物或乙烯
‑
辛烯共聚物
。4.
根据权利要求3所述的抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其特征在于，所述乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯三嵌段共聚物的脆化温度
≤
‑
60℃
，最高使用温度达到
149℃
，在氧气气氛下其分解温度大于
270℃
；所述乙烯
‑
辛烯共聚物的熔体流动速率为1‑
1.5g/10min(190℃/2.16kg)
，脆化温度
≤
‑
70℃
，断裂伸长率＞
1000
％
。5.
根据权利要求1所述的抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其特征在于，所述抗氧剂为硫代双酚类化合物
。6.
根据权利要求1所述的抑制空间电荷积聚的热塑性电缆绝缘料，其特征在于，所述纳米粉体选自氧化硅
、

【专利技术属性】
技术研发人员：张翀，李亚格，闫轰达，宋鹏先，李文鹏，杨威，李维康，刘龙，魏占朋，许然然，孟令闻，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：