[发明专利]一种纳米改性抗水树聚烯烃组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚烯烃树脂组合物，还涉及包含该树脂组合物的电缆用绝缘材料和电缆。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)自五十年代问世以来，因其性能卓越、制造工艺简单、维修容易等优点，在输配电系统中得到了广泛应用。

早在上世纪60年代人们就发现塑料电缆绝缘层在电场和水的作用下其内部会产生树枝状放电通道，称为水树。水树会随着时间的增加而继续生长，最终导致绝缘层被击穿，成为电缆早期损坏的重要原因。

XLPE电缆的水树枝老化现象主要可归纳为以下几点：(1)同时存在水和电场时才会发生水树枝，即使在较低的电场下也会发生水树枝；(2)水树枝是直径在0.1到几个μm的充满水的气隙集合；(3)绝缘中存在的杂质、气孔以及绝缘表面内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点；(4)在交流电场下比在直流电场下更容易产生水树枝，交流电频率越高，生长速度越快；(5)温度高时容易发生水树枝。

随着对水树研究广泛深入持续地进行，采用了许多提高电缆长期寿命特性的方法，包括采用抗水树作用的绝缘材料、挤包半导电屏蔽、设计防水的电缆结构、以及改进绝缘制造的工艺条件等。

人们提出了许多改进绝缘材料抗水树性能的方法，这些方法可以归纳为两类：第一种方法是将与聚合物材料分子链有亲和作用的添加剂与聚合物材料混合以获得抗水树特性。这种方法以美国陶氏化学公司为代表。第二种方法是改变聚合物材料本身的性质，即改变聚合物分子结构、聚合物结构形态，或者采用不同聚合物材料的共混物，或者采用聚合物合金。这种方法以欧洲最主要的电缆用聚烯烃供应商北欧化工为代表。

目前人们已经采用多种措施来解决绝缘料中的水树问题，包括使用添加剂聚乙二醇(PEG)的方法来改进绝缘料的抗水树性能。然而之前的各种技术虽然在抗水树方面具有一定效果，但是绝缘料的加工性能(析出问题)以及介电损耗等电性能却受到影响。生产时为了获得电力电缆所需要的各种性能从而在绝缘料中加入不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入增溶剂，这样不但影响到电缆绝缘材料的纯净度，同时很大程度上改变了原有聚合物材料的聚集态结构，从而影响了产品的性能，很难在各种性能之间达到一种合适的平衡。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种聚烯烃树脂组合物，该聚烯烃树脂组合物包含聚烯烃和亲水性纳米无机氧化物粉末，其中，所述聚烯烃树脂组合物的水树生长速度为0.08-0.25mm/天，介电强度为38-100MV/mm，介质损耗角正切在0-5×10^-4。

本发明的另一个目的在于提供一种电缆用绝缘材料，该电缆绝缘材料包括本发明的聚烯烃树脂组合物。

本发明的另一个目的在于提供一种电缆，该电缆包括本发明的电缆用绝缘材料。

根据本发明提供的聚烯烃树脂组合物，通过向聚烯烃中加入亲水性纳米无机氧化物粉末一方面可以改变聚烯烃材料内部的晶体结构，使得水树的生长速度减慢；另一方面，由于纳米无机氧化物的亲水性，使得水不易积聚在一起。从而可以使该材料具有较强的抗水树性能，较好的介电性能和适用性，而且可以防止电缆在使用过程中添加剂的析出等问题。本发明提供的聚烯烃树脂组合物以及电缆绝缘材料和电缆，其性能完全符合国家标准JB/T10437-2004《电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料》的相关要求，而且其水树长度与普通电缆材料相比可降低40～60％，并具有较好的工艺性能和适用性。

附图说明

图1为水树培养试验装置的示意图。

具体实施方式

本文所使用的术语“聚乙烯”是指乙烯的均聚物。

本发明提供的聚烯烃树脂组合物包含聚烯烃和亲水性纳米无机氧化物粉末，基于100质量份聚烯烃，所述亲水性纳米无机氧化物粉末的含量为0.2-20质量份、优选0.5-5质量份。

根据本发明的聚烯烃树脂组合物，通过向聚烯烃中添加亲水性纳米无机氧化物粉末，一方面可以改善聚烯烃内部的晶体结构，少量的无机纳米材料起着成核剂的作用，异向成核提高了结晶度，纳米材料分散在聚合物中，先占领那些自由体积部分和大尺寸的陷阱，从而减少自由体积的数目，并且将深陷阱转化为浅陷阱，使得水树的生长速度减慢；另一方面由于该无机氧化物粉末的亲水性，从而使得水不易积聚在一起，降低了水树枝的生长速度。从而可以使该材料具有较强的抗水树性能，较好的介电性能和适用性，而且可以防止电缆在使用过程中添加剂的析出等问题。由此大大地延长了电缆的使用寿命。