[发明专利]一种绝缘材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种绝缘材料及其制备方法和应用。本发明以低密度聚乙烯树脂为基料，利用少量不同支链的支化聚乙烯对低密度聚乙烯基料进行改性，两种材料相容性好，且引入了深能级陷阱，能够捕捉注入电荷形成空间电荷，在实际使用过程中，电极注入的电荷首先被电极‑绝缘材料界面附近的深能级陷阱捕获，这些陷阱电荷积累形成陷阱电荷层，极大地降低了界面电场，从而大幅度降低了电荷注入速率并及时将注入的材料内部的少量电荷导出，因而抑制了材料体内同极性空间电荷的积累，并同时弱化了界面附近的杂质电离，从而抑制了电极界面附近异极性空间电荷的形成，达到有效抑制空间电荷积累的目的，可用作高压直流电缆绝缘材料。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种绝缘材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，高压直流输电技术迅速发展，已成为电力输送的一种重要方式，广泛用于海底电缆远距离输送电能。交联聚乙烯(XLPE)作为热塑性树脂的代表，由于其自身化学结构特点，具备优良的化学稳定性和电气绝缘性，同时具有良好的可加工性。目前交联聚乙烯的低介电损耗为长距离电力传输提供了最低的传输损耗，使得XLPE成为挤出型高压直流电缆绝缘材料的最佳选择。

但聚合物绝缘材料长期在高压直流电场下运行过程中也面临诸多问题，其中最突出的问题是空间电荷在绝缘材料中的积累。积累的空间电荷会导致介质内局部电场畸变，介质中的最高场强会达到外加电场的数倍，从而导致绝缘介质击穿；同时由空间电荷积累带来的电场畸变效应使得高压直流电缆的绝缘层中实际电场的计算和设计变得困难。空间电荷的积累与消散是一个缓慢过程，所以当电缆以固定电压极性长期工作之后，若电压极性发生反转使外加电场与空间电荷积累所产生的电场叠加增强，电场应力极大点会从绝缘层界面运动到绝缘层内部。另外，在电缆绝缘层中由于空间电荷的存在，将加速其电树枝发展和老化过程。

空间电荷问题成为制约高压直流输电技术发展和电缆安全运行的关键问题，因此，绝缘材料的空间电荷特性已被视为高压直流电缆用绝缘材料设计和评估的关键基础。目前常采用的技术手段是纳米改性方法，即通过添加纳米粒子(如Al₂O₃、MgO)改善绝缘材料的电绝缘性能，但是在实际工业生产中，纳米粒子容易出现团聚问题，使得载流子通过隧道效应在相邻陷阱之间跃迁变得更容易，反而使空间电荷积聚明显。因此，研究如何抑制绝缘材料内部的空间电荷产生、积聚和局部电场畸变对于高压直流电缆的研制具有实际应用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘材料及其制备方法和应用，本发明提供的绝缘材料能够很好的抑制空间电荷的积累，在短路过程中所述绝缘材料内部电荷消散速度较快，能够作为高压直流电缆用绝缘材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种绝缘材料，按质量份数计，包括以下组分的制备原料：

低密度聚乙烯98～99份；

支化聚乙烯1～2份；

抗氧剂0.18～0.22份。

优选地，所述低密度聚乙烯的密度为0.92～0.93g/cm³、分子量分布指数为5.5～6.5、熔点为108～110℃、熔融指数为1.9～2.1g/min。

优选地，所述支化聚乙烯的熔点为95～97℃，拉伸强度12Mpa。

优选地，所述支化聚乙烯包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。

优选地，所述乙烯醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯结构单元、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯结构单元和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯酸乙酯结构单元的质量含量独立地为10～30％。