一種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】一種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料，由下列重量份的原料制成：丁烷四酸鈰0.8?1.1、納米四氧化三鐵1.3?1.5、TPE樹脂3?4、納米氧化鎂10?11、聚乙烯90?91、N，N’?二甲基甲酰胺30?35、20％的硫酸溶液200?220、全氟辛酸100?120、納米聚四氟乙烯微粉23?27、氯仿70?75、甲基丙烯酸甲酯2.4?2.5、過硫酸鉀0.1?0.2、非離子硼酸酯1.5?1.6。本發(fā)明將納米氧化鎂進(jìn)行氟化，與納米聚四氟乙烯微粉制成納米微球，提高了復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度；通過使用丁烷四酸鈰、納米四氧化三鐵，減少了電荷積聚，提高了復(fù)合材料的耐熱性和抗輻射性，延長了使用壽命。
【專利說明】
一種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電纜料領(lǐng)域，尤其涉及一種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米摻雜已被廣泛用來提高材料的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、電性能等。近幾十年來，由最初的微米顆粒、微納顆粒復(fù)合到納米顆粒摻雜使材料性能得到進(jìn)一步提升，開發(fā)了許多新型的特種功能材料。在絕緣材料領(lǐng)域，納米摻雜提高材料的電性能也被逐漸重視。當(dāng)前，節(jié)約能源已成為社會發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的交流輸電由于電能輸送過程中損耗大、附件復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，而直流輸電卻可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。直流輸電有三種方式:充油電纜輸電；油浸紙電纜輸電；塑料直流電纜輸電。其中塑料直流電纜具有強(qiáng)大的潛力，主要應(yīng)用于跨海輸電、城市地下電網(wǎng)建設(shè)等。但塑料電纜在直流輸電時，會發(fā)生導(dǎo)體向絕緣層注入電子和空穴，而絕緣層由于是不均勻介質(zhì)，極易容易發(fā)生電子或空穴積聚，形成空間電荷包，引發(fā)電場畸變，嚴(yán)重時發(fā)生電擊穿，造成輸電事故。納米摻雜技術(shù)的應(yīng)用，為解決塑料直流電纜空間電荷積聚問題提供了方向。
[0003]研究表明，在絕緣電纜料中添加少量的納米顆粒Zn0、Ti02、Si02等，可以改善空間電荷積聚難題。研究發(fā)現(xiàn)，在交聯(lián)聚乙烯(XLPE)中添加納米顆粒可以有效抑制空間電荷積聚，提高擊穿強(qiáng)度和體積電阻率，抑制電樹枝生長，改善了絕緣材料的電氣性能。這使得納米顆粒/XLPE復(fù)合材料越來越受關(guān)注，人們稱之為第三代絕緣材料。目前，日本科學(xué)家已成功通過在聚乙烯中添加少量的MgO，制備出250kV/mm及500kV/mm的高壓直流電纜，正等待商業(yè)應(yīng)用。美國DOW公司也有商品化的納米改性電纜料。但是，對于納米顆粒如何抑制空間電荷積聚的機(jī)理，卻還未有一致的結(jié)論。
[0004]研究表明，在絕緣電纜料中添加少量的納米顆粒Zn0、Ti02、Si02等，可以改善空間電荷積聚難題。研究發(fā)現(xiàn)，在交聯(lián)聚乙烯(XLPE)中添加納米顆?？梢杂行б种瓶臻g電荷積聚，提高擊穿強(qiáng)度和體積電阻率，抑制電樹枝生長，改善了絕緣材料的電氣性能。這使得納米顆粒/XLPE復(fù)合材料越來越受關(guān)注，人們稱之為第三代絕緣材料。目前，日本科學(xué)家已成功通過在聚乙烯中添加少量的MgO，制備出250kV/mm及500kV/mm的高壓直流電纜，正等待商業(yè)應(yīng)用。美國DOW公司也有商品化的納米改性電纜料。但是，對于納米顆粒如何抑制空間電荷積聚的機(jī)理，卻還未有一致的結(jié)論。
[0005]《納米MgO摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料的制備與性能》一文通過熱處理方法得到表面不含羥基(—0H)的MgO顆粒，采用母料法制備了 10wt%Mg0/聚乙烯(LDPE )復(fù)合材料，并研究了 MgO/LDPE復(fù)合材料在70kV/mm直流電場下的空間電荷特性，評估了該方法對納米顆粒分散的效果及工業(yè)化應(yīng)用推廣價值。此外，還研究了MgO表面羥基化(一0H)對納米MgO顆粒摻雜LDPE的空間電荷特性、變溫體積電阻率及介電特性的影響，并探究了 MgO抑制空間電荷機(jī)制。[000?] 但是該文章使用母料法制備的10 wt% MgO/聚乙稀(LDPE)復(fù)合材料在潮濕環(huán)境中會吸收水分，會生成氫氧化鎂，影響復(fù)合材料的空間電荷特性、變溫體積電阻率及介電特性，需要進(jìn)行改進(jìn)。另外該復(fù)合材料的耐熱性、防污性、防靜電性、韌性、強(qiáng)度需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種防潮隔音膨脹珍珠巖酚醛樹脂復(fù)合保溫板及其制備方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料，由下列重量份的原料制成:丁烷四酸鈰0.8-1.1、納米四氧化三鐵1.3-1.5,TPE樹脂3_4、納米氧化鎂10_11、聚乙烯90-91、N，N’_二甲基甲酰胺30-35、20%的硫酸溶液200-220、全氟辛酸100-120、納米聚四氟乙烯微粉23-27、氯仿70-75、甲基丙烯酸甲酯2.4_2.5、過硫酸鉀0.1-0.2、非離子硼酸酯1.5_1.6。
[0009]所述耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將納米氧化鎂、丁烷四酸鈰、納米四氧化三鐵和全氟辛酸進(jìn)行混合加入到N，N’_二甲基甲酰胺中，超聲30-35分鐘，然后邊攪拌邊滴加硫酸溶液，再加熱至80-85°C攪拌反應(yīng)20-30分鐘，結(jié)束反應(yīng)后，過濾，真空干燥得到氟化納米氧化鎂；
(2)氟化納米氧化鎂與納米聚四氟乙烯微粉混合，加入到氯仿中，超聲分散1-1.2h，揮發(fā)除去氯仿，干燥得到納米粉末；
(3)將甲基丙烯酸甲酯、非離子硼酸酯與所述納米粉末混合均勻，再加入過硫酸鉀混合均勻，得到混合物料；
(4 )將第(3 )步得到的混合物料與其他剩余原料，送入高速混合機(jī)中混合，在135-140 °C下混合均勻，再經(jīng)造粒即得。
[0010]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明將納米氧化鎂進(jìn)行氟化，與納米聚四氟乙烯微粉制成納米微球，防止電纜料吸水氧化鎂變成氫氧化鎂影響復(fù)合材料的體積電阻率，提高了復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度，而且提高了納米氧化鎂的分散性，減少團(tuán)聚現(xiàn)象，提高了復(fù)合材料的潤滑性;再使用甲基丙烯酸甲酯、非離子硼酸酯進(jìn)行改性，提高了納米粉末與聚乙烯的相容性，防止粉體與聚乙烯分離，強(qiáng)度降低。通過使用丁烷四酸鈰、納米四氧化三鐵，減少了電荷積聚，提高了復(fù)合材料的耐熱性和抗輻射性，延長了使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] —種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:丁烷四酸鈰1、納米四氧化三鐵1.4、TPE樹脂3.5、納米氧化鎂10、聚乙烯90、11^’-二甲基甲酰胺33、20 %的硫酸溶液210、全氟辛酸110、納米聚四氟乙烯微粉25、氯仿73、甲基丙烯酸甲酯2.4、過硫酸鉀0.1、非離子硼酸酯1.5。
[0012]所述耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)將納米氧化鎂、丁烷四酸鈰、納米四氧化三鐵和全氟辛酸進(jìn)行混合加入到N，N’_二甲基甲酰胺中，超聲33分鐘，然后邊攪拌邊滴加硫酸溶液，再加熱至83°C攪拌反應(yīng)25分鐘，結(jié)束反應(yīng)后，過濾，真空干燥得到氟化納米氧化鎂； (2)氟化納米氧化鎂與納米聚四氟乙烯微粉混合，加入到氯仿中，超聲分散lh，揮發(fā)除去氯仿，干燥得到納米粉末；
(3)將甲基丙烯酸甲酯、非離子硼酸酯與所述納米粉末混合均勻，再加入過硫酸鉀混合均勻，得到混合物料；
(4 )將第(3 )步得到的混合物料與其他剩余原料，送入高速混合機(jī)中混合，在138 °C下混合均勻，再經(jīng)造粒即得。
[0013]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
該實(shí)施例復(fù)合材料的熔點(diǎn)為112 °C，在70kV/mm電場下，在加壓90min中沒有出現(xiàn)空間電荷積聚，介電常數(shù)為2.21;進(jìn)行力學(xué)性能測試，制作成厚度3 mm的試樣用于氧指數(shù)測試，結(jié)測試結(jié)果為拉伸強(qiáng)度為20MPa，斷裂伸長率為234%，氧指數(shù)為36.5、電氣強(qiáng)度為36MV/m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料，其特征在于:由下列重量份的原料制成:丁烷四酸鈰0.8-1.1、納米四氧化三鐵1.3-1.5,TPE樹脂3-4、納米氧化鎂10_11、聚乙烯90-91、N，N’_二甲基甲酰胺30-35、20%的硫酸溶液200-220、全氟辛酸100-120、納米聚四氟乙烯微粉23-27、氯仿70-75、甲基丙烯酸甲酯2.4-2.5、過硫酸鉀0.1-0.2、非離子硼酸酯 1.5-1.6。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將納米氧化鎂、丁烷四酸鈰、納米四氧化三鐵和全氟辛酸進(jìn)行混合加入到N，N’_二甲基甲酰胺中，超聲30-35分鐘，然后邊攪拌邊滴加硫酸溶液，再加熱至80-85°C攪拌反應(yīng)20-30分鐘，結(jié)束反應(yīng)后，過濾，真空干燥得到氟化納米氧化鎂； (2)氟化納米氧化鎂與納米聚四氟乙烯微粉混合，加入到氯仿中，超聲分散1-1.2h，揮發(fā)除去氯仿，干燥得到納米粉末； (3)將甲基丙烯酸甲酯、非離子硼酸酯與所述納米粉末混合均勻，再加入過硫酸鉀混合均勻，得到混合物料； (4 )將第(3 )步得到的混合物料與其他剩余原料，送入高速混合機(jī)中混合，在135-140 0C下混合均勻，再經(jīng)造粒即得。
【文檔編號】C08L101/00GK105968487SQ201610246890
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】祝春菊, 祝永芳
【申請人】安徽中宏線纜有限公司