[发明专利]高压直流电缆附件用三元乙丙橡胶绝缘材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘材料及其制备方法，特别是公开一种高压直流电缆附件用绝缘材料及其制备方法，属于绝缘材料技术领域，适用于高压直流电缆附件。

背景技术

由于直流输电线路损耗小，输电距离不受限制，传输容量大、可实现电网非同步互联等优点，将会在输电网得到越来越广泛的应用。然而，高压直流输电一直未得到推广使用，这是因为直流绝缘电缆在运行过程中，电缆绝缘层中极易积累空间电荷，导致绝缘层局部电场畸变，达到正常工作场强的7~8倍，可能导致绝缘的击穿。

直流高压电缆附件的开发比直流电缆更晚，是因为电缆附件受到直流电压和温度的双重影响，电场分布更复杂，如何解决直流电缆附件中空间电荷的积累情况，是开发直流电缆附件的难点。三元乙丙橡胶作为绝缘用材料，由于其优异的电性能和机械性能，在交流电缆附件领域已得到广泛的应用，作为直流电缆附件用绝缘材料，相关试验表明三元乙丙橡胶与硅橡胶相比，在改善空间电荷方面更具优势。纳米材料由于其特有的表面特性和小尺寸效应，在许多领域得到了广泛应用，具有普通材料无法比拟的性能，国内外已有很多的学者通过在交联聚乙烯中添加纳米材料改善材料内部空间电荷的分布，并取得了一定的成果。

发明内容

 本发明的目的是解决直流电缆附件中空间电荷的积累，公开一种高压直流电缆附件用三元乙丙橡胶绝缘材料及其制备方法，在聚合物原有优良电气性能和机械性能的基础上，提高其机械性能，改善材料的体积电阻率，减少绝缘内部空间电荷积聚，从而改善其内部电场的分布。

本发明是这样实现的：一种高压直流电缆附件用三元乙丙橡胶绝缘材料，其特征在于所述三元乙丙橡胶绝缘材料包含的组分及其含量为：三元乙丙橡胶总共100重量份作为基料、0.5~10重量份的无机纳米粉末、5~10重量份的操作油、30~70重量份的补强填料、1~2重量份的硬脂酸、1~2重量份的偶联剂、1~2重量份的防老剂，以及0.5~5重量份的硫磺和0.5~5重量份的促进剂。所述的无机纳米粉末为氧化镁、氧化锌、氧化铝中的一种，所述的操作油为环烷基油，所述的补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，所述的防老剂为苯并咪唑型防老剂，所述的硫化体系由硫磺和促进剂组成，其中硫磺为不溶性硫磺，促进剂为CZ、BZ、DM、TMTD的一种或几种。。

所述的三元乙丙橡胶由以下三种橡胶基料中的一种或几种组成，第一种橡胶基料：乙烯含量为40~70%，ENB含量为5~15%，门尼粘度ML（1+4）125℃为20~40；第二种橡胶基料：乙烯含量为50~80%，ENB含量为5~10%，门尼粘度ML（1+4）125℃为10~30；第三种橡胶基料：乙烯含量为40~60%，ENB含量为5~10%。

所述的无机纳米粉末，原生粒子粒径为20~40nm，比表面积为>80m²/g。所述的环烷基油，相对密度0.8~1.0，分子量500~800，粘度比重常数0.75~0.85。所述的补强填料为煅烧高岭土及气相白炭黑中的一种或两种，其中煅烧高岭土平均颗粒尺寸1.4 um，吸油量45-55，光亮度90-92，游离水份<0.5%，325目筛余物含量<0.03%；气相白炭黑比表面积170 ± 20 m²/g，含水量（105℃，2小时）< 0.5 g/l ，pH3.7 - 4.7，SiO2含量>99.8%。所述的硅烷偶联剂，浅黄色液体，相对密度1.0~1.2，折射率1.2~1.5，沸点>200℃，硫含量>20%。所述的苯并咪唑型防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑，淡黄色或白色粉末，相对密度1.2~1.5，无毒，有苦味，熔点>200℃。

所述高压直流电缆附件用三元乙丙橡胶绝缘材料的制备方法，其特征在于：首先将少量的三元乙丙橡胶与0.5~10重量份的纳米无机粉末，通过共混法，混炼最终温度为130℃，转子最高转速>80转/分，在密炼机中高温高剪切力下制成纳米母胶，再将上述制得的纳米母胶与三元乙丙橡胶共计100重量份橡胶，5~10重量份的操作油、30~70重量份的补强填料、1~2重量份的硬脂酸、1~2重量份的偶联剂及1~2重量份的防老剂放入密炼机中混炼，混炼最终温度为130℃，然后再与0.5~5重量份的硫磺和0.5~5重量份的促进剂，在开炼机上混炼后，得到高压直流电缆附件用三元乙丙橡胶绝缘材料。