[发明专利]一种耐电晕聚乙烯基纳米复合材料的制备及其冷却方法

说明书

本发明公开了一种耐电晕聚乙烯基纳米复合材料的制备及其冷却方法，属于材料制备领域。本发明制备的一种耐电晕聚乙烯基纳米复合材料，其中添加的纳米材料为纳米氧化锌粒子，氧化锌粒子的添加起到了异相成核剂的作用，能够使复合材料内部晶粒尺寸不同程度的减小，晶粒规则而紧密的排列。本发明还公开了一种耐电晕聚乙烯基纳米复合材料的冷却方法，其中通过油冷却方式处理的纳米复合材料其基体内部的结晶尺寸明显小于其他，晶粒排列紧密且具有较为完善的结晶结，通过对比发现应用本方法制备的复合材料具有较高的耐电晕腐蚀等级。

技术领域

本发明涉及一种耐电晕聚乙烯基纳米复合材料的制备及其冷却方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

随着我国综合实力的提高，电力行业的发展壮大，对于高压传输甚至是超高压传输提出了更高的要求，如何保证电力安全高效传输的同时也给绝缘技术带来了更加严峻的考验。作为传递电能的桥梁，电缆在一定程度上决定了电力传输的效率和电力设备的使用寿命，传统电力电缆使用聚乙烯作为外绝缘，在高负荷的工作环境下常常会产生局部放电，长时间的放电会引发树枝生长，大大降低电缆运行寿命，成为影响电力设备安全可靠运行的重要因素。近几年微纳米产业逐渐兴起，纳米粒子因其具有尺寸小、比表面积大和表面能高的特点，掺杂在聚合物基体中会与其产生协同作用，使得聚合物基体纳米复合材料具有优异的电学性能和优秀的物理机械性能，成为近几年众多学者关注的热点问题，研究发现：纳米氧化锌的添加对于聚合物基体的抑制局部放电、阻碍电树枝的生长、防止电晕老化等方面具有明显的改善作用。本发明通过二步熔融共混法制备纳米氧化锌聚乙烯基复合材料，使得纳米氧化锌颗粒在聚乙烯基中分散均匀，且没有明显的团聚现象；采用油冷却方法使纳米氧化锌的晶胞排列更加紧密，进而有效提高材料的耐电树枝耐电晕性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐电晕聚乙烯基纳米复合材料的制备及其冷却方法，使得复合材料具有规则紧密的晶胞排列进而提高复合材料的耐电树枝耐电晕性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1.制备改性的纳米氧化锌

将一定量的纳米氧化锌粉末置于真空烘箱中进行干燥处理，烘箱温度设置为90℃，处理时间为12小时后取出装袋备用。称量一定质量的经预处理后的纳米氧化锌粉末溶解于装有去离子水的三口瓶中，将其置于超声清洗机中震荡15min使其均匀分散同时使用电力搅拌棒匀速搅拌20min，关闭超声振荡、电力搅拌开关静置10min后重复上述步骤。从三口瓶任一侧口径向混合液中加入一定量的硅烷偶联剂后将混合溶液置于60℃的恒温水浴中边超声振荡边搅拌，反应持续2h后，将反应浆液倒入烧杯中静置，每隔4小时滤去上层清液，加入一定量的去离子水搅拌后静置。重复上述步骤直至清液无明显浑浊现象。将浆液平铺于蒸发皿中置于真空烘箱干燥24h，经多次研磨、过筛，得到经硅烷偶联剂改性后的纳米氧化锌粉末。

2.制备聚乙烯基纳米复合材料

采用熔融共混法制备纳米ZnO/LDPE复合材料，此方法分两部分进行，首先将纳米ZnO粉末和LDPE按照一定比例置于转速流变仪中进行熔融挤出，其中转速流变仪一区、二区、三区温度均设置为120℃，混炼时间为30min，15min后按照比例添加适当质量的抗氧剂1010。制备出纳米ZnO/LDPE复合材料，将其作为母料，再将纯LDPE按照适当比例稀释于母料中，重复上述步骤再一次启动转速流变仪通过熔融共混的方式制得含量为3％的纳米氧化锌低密度聚乙烯基复合材料。

3.压制纳米氧化锌聚乙烯基复合材料样本片

首先将事先准备好的与钢板同尺寸的聚酯薄膜制得实验模具，用蘸有无水乙醇的无纺布擦拭干净，称取一定质量的备料放入模具中，将钢板置于模具的正反两面扣紧并保证备料无滚动偏心现象后置于平板硫化机中，其中平板硫化机的温度设置为120℃。采用阶梯式升压的方式，压力范围为0-15MPa，每次升压幅度为5MPa/次，时间为5分钟，第四次保持满压作用时间为5分钟。