[发明专利]一种改善聚丙烯高压直流电缆绝缘空间电荷特性的方法

说明书

本发明属于高压直流输电装备技术领域，公开一种改善聚丙烯高压直流电缆绝缘空间电荷特性的方法，采用如下质量比的聚丙烯复合基料、超低密度聚乙烯、自由基捕获剂经熔融共混、挤出造粒，制成用捕获自由基改善空间电荷特性的聚丙烯基高压直流电缆绝缘料。本利用自由基捕获剂的空间位阻效应，在绝缘材料中引入具有不同能级深度和密度的陷阱，进而抑制外施电场注入的空间电荷，改善空间电荷积聚，进而提高聚丙烯复合材料的绝缘强度和耐电老化能力。

技术领域

本发明属于高压直流输电装备技术领域，具体讲，涉及一种改善聚丙烯高压直流电缆绝缘空间电荷特性的方法。

背景技术

挤塑绝缘电缆由于其技术和商业上的优势，在高压直流输电、城市供电和海洋资源开发等领域发挥着重要的作用。然而，广泛使用的交联聚乙烯电缆在交联过程中会引入副产物，导致空间电荷积累，加速绝缘老化。此外，交联聚乙烯电缆的工作温度限制也不能满足未来电力传输对长距离、大容量电力传输更高性能的要求。近年来，聚丙烯以其优异的电气性能和高熔点特性，在高压直流电缆绝缘研究领域引起了广泛的关注。同时，聚丙烯基复合材料不交联、可循环利用等优点，使其在可循环高压直流输电电缆中具有广阔的应用前景。

聚丙烯复合材料的电气绝缘性能，对其在高压直流电缆中的应用具有重要意义。在高直流电场下，杂质电离和极性基团极化以及电极发射和电荷注入都会在聚合物中形成空间电荷，从而导致电场畸变，促进电树生长，加速老化。值得注意的是，由聚合物绝缘材料的电离、极化和降解产生的自由基(即具有不成对价电子的原子、分子或离子)在空间电荷的形成和传输中起着至关重要的作用。高温或高电场可引发聚丙烯中不稳定的叔氢脱氢，氧气的引入进一步加速聚丙烯的老化。这些未配对的电子使自由基具有高度的化学反应性，这将进一步加剧聚合物的降解并引入更多杂质，从而导致空间电荷的增强。

目前，用掺杂无机纳米填料来抑制空间电荷的积累是改善聚合物绝缘材料较常用的方法。然而，由于纳米粒子与聚合物相容性差、表面改性困难等原因，稍高的添加剂含量就可能导致颗粒团聚和聚丙烯基体缺陷，严重制约了其工程应用。因此，如何采用新方法改善聚丙烯基绝缘层中的空间电荷特性，是发展新型可回收高压直流电缆绝缘材料的重大课题，对其工程应用具有重要意义。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种改善聚丙烯高压直流电缆绝缘空间电荷特性的方法。

为此，本发明采用的技术方案是:一种改善聚丙烯高压直流电缆绝缘空间电荷特性的方法,将如下质量比的聚丙烯复合基料、自由基捕获剂经熔融共混、挤出造粒，制成用捕获自由基改善空间电荷特性的聚丙烯基高压直流电缆绝缘料：

聚丙烯 85份

超低密度聚乙烯 15份

自由基捕获剂 0.1～0.5份

进一步的，所述的聚丙烯为等规聚丙烯或间规聚丙烯中的一种或两者的混合物。

进一步的，所述自由基捕获剂为具有空间位阻效应的受阻胺类稳定剂，具体的为自由基捕获剂622、自由基捕获剂770、自由基捕获剂944中的一种。

一种自由基捕获剂改善聚丙烯高压直流电缆绝缘空间电荷特性的材料制备步骤如下：

一、将聚丙烯、超低密度聚乙烯、自由基捕获剂按如下质量份数充分混合，得到混合物：

聚丙烯 85份

超低密度聚乙烯 15份

自由基捕获剂 0.1～0.5份；

二、将步骤一中得到的混合物放入共混造粒机中，在一定温度和转速下熔融共混一定时间后，经挤出造粒得到母料。

进一步的，步骤一所述的聚丙烯为等规聚丙烯或间规聚丙烯中的一种或两者的混合物。