一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法
【專利摘要】一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法，屬于電纜絕緣材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于使用一種低沸點、易揮發(fā)的液體作為納米粒子載體，將納米粒子均勻粘附在聚烯烴顆粒表面，同時載體在納米粒子均勻粘附于聚烯烴顆粒表面的過程中揮發(fā)，最后將表面均勻粘附納米粒子的聚烯烴顆粒通過雙螺桿擠出、造粒。通過該方法制備的超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的絕緣性能優(yōu)異。添加1wt％MgO納米粒子的LDPE的直流擊穿場強比純LDPE提高接近一倍,純LDPE的直流擊穿場強為275.3kV/mm,添加1wt％MgO的LDPE的擊穿場強為455.6kV/mm。添加1wt％MgO的LDPE抑制空間電荷能力得到明顯提高。
【專利說明】一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法。屬于電纜絕緣材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近十年來，納米改性聚烯烴用于制備高壓絕緣材料被世界各大電氣公司及研究機構(gòu)所重視。2000年至今，J.K.Nelson等人的研究表明，納米改性聚烯烴復合材料在樹枝老化、空間電荷、局部放電、介電強度、介質(zhì)損耗、電導等多方面都具有優(yōu)異的性能，已成為高性能絕緣材料的發(fā)展方向。目前，塑料絕緣高壓和超高壓直流電纜的應用越來越受到國家相關(guān)部門的重視，市場需求幾乎是指數(shù)式增長。國際上有瑞典ABB和日本J-Power SystemsCorporation等公司能夠提供超高壓塑料絕緣直流電纜；日本采用納米MgO復合XLPE的技術(shù)成功研制出500kV高壓直流塑料電纜，還在試驗中，尚未推向市場。
[0003]制備超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料已經(jīng)成為世界各國爭相突破的技術(shù)難題。其中的難題之一:如何使納米粒子均勻分散在聚烯烴中，而不引入任何雜質(zhì)，從而制備性能優(yōu)良的超凈納 米改性聚烯烴高壓直流電纜料。
[0004]納米粒子由于具有表面效應,量子尺寸效應,小尺寸效應,宏觀量子效應等特性，極易發(fā)生團聚，以致納米粒子很難均勻分散在聚烯烴中。此外，如果采用加工助劑使納米粒子均勻分散在聚烯烴中又會引入雜質(zhì)。最終，導致制備的納米改性聚烯烴高壓直流電纜料性能遠不及預期理論值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的難題，提供一種制備超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的方法。該方法具有如下特點:設(shè)備要求低，工藝簡單，易推廣，實用性強，不引入雜質(zhì)的情況下使納米粒子較均勻地分散在聚烯烴基體中。
[0006]本發(fā)明的發(fā)明人在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，直接將納米粒子與聚烯烴顆粒共混，因納米粒子粒徑小，在混料/加料的過程中直接從聚烯烴顆粒之間的縫隙沉入底部，導致納米粒子在聚烯烴中局部積聚。其次，業(yè)界普遍采用加工助劑(如液體石蠟等)，通過高速攪拌使納米粒子粘附在聚烯烴顆粒表面，擠出、造粒，制備納米改性聚烯烴電纜料，但引入了雜質(zhì)液體石蠟，這樣會大大降低電纜料的電氣性能。基于上述遇到的難題，本發(fā)明的構(gòu)思方案是通過一種易揮發(fā)性的載體，將納米粒子通過本身具有較高表面能粘附在聚烯烴顆粒表面，將載體通過升溫揮發(fā)而不引入雜質(zhì)，再通過熔融擠出造粒，最后得到超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。
[0007]超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法，是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]I)將一定質(zhì)量的納米粒子與低沸點載體混合，形成懸浮液。納米粒子所用載體為低沸點無水乙醇、無水甲醇、無水丙酮等具有較好揮發(fā)性液體，與聚烯烴無副作用，且不能溶解納米粒子；納米粒子為三氧化二招Al2O3、氧化鎂MgO、碳化娃SiC、二氧化娃SiO2等。[0009]2)將I)得到的懸浮液超聲分散一定時間，使納米粒子解團聚，均勻分散在載體中。
[0010]3)將2)制備的納米粒子懸浮液與聚烯烴顆粒在低于載體沸點下復合，攪拌，混合均勻。然后烘干，除去載體。
[0011]4)將3)中制備的納米粒子/聚烯烴混合物，采用雙螺桿擠出、造粒，最后制備出超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。 [0012]本發(fā)明的關(guān)鍵在于選擇一種不改變納米粒子化學成份及結(jié)構(gòu)的液態(tài)載體，載體必須是易揮發(fā)，不含水分。通過載體揮發(fā)使納米粒子通過本身具有較高的表面能均勻粘附在聚烯烴顆粒表面，最后擠出造粒，制備出超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。
[0013]本發(fā)明具有以下效果:
[0014]I)本發(fā)明所制備的超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料具有優(yōu)良的電氣性能，包括:優(yōu)異的抑制空間電荷特性，較大地提高電纜料的直流擊穿性能。
[0015]2)本發(fā)明所提供的制備超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的方法具有設(shè)備成本低，工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，不引入雜質(zhì)，納米改性后的電氣性能提高顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1、純凈的聚乙烯顆粒形貌。
[0017]圖2、用低沸點揮發(fā)性液體作為載體將4.5wt%無機納米粒子粘附在聚乙烯顆粒表面。
[0018]圖3、使用本發(fā)明方法制備的4.5wt%無機納米粒子均勻分散在聚乙烯基體中的斷面電鏡圖。
[0019]圖4、直接將lwt%無機納米粒子與聚烯烴共混制備的無機納米粒子/LDPE絕緣電纜料在30kV/mm下的空間電荷分布。
[0020]圖5、使用本法明方法制備的I % Wt無機納米粒子與聚烯烴制備的超凈無機納米粒子/LDPE絕緣電纜料在30kV/mm下的空間電荷分布。
[0021]圖6、使用本發(fā)明方法制備的不同質(zhì)量百分數(shù)的超凈無機納米粒子/LDPE的直流擊穿場強。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]I)選用低沸點揮發(fā)性液體為載體，納米粒子為粒徑50~SOnm氧化鎂，聚烯烴為低密度聚乙烯LDPE。
[0024]2)載體:納米氧化鎂:LDPE的質(zhì)量之比為12:1:100。向Ig納米氧化鎂中加入12g無水乙醇，用玻璃棒攪拌均勻，然后超聲1.5h,制備出納米氧化鎂粒子分散液。
[0025]3)將制得的納米氧化鎂分散液與LDPE顆粒混合，攪拌均勻，制備出表面均勻粘附納米氧化鎂粒子的低密度LDPE顆粒，烘干，再通過雙螺桿擠出、造粒，最后擠出得到混合均勻的超凈納米氧化鎂改性低密度LDPE高壓直流電纜料。
[0026]實施例2
[0027]I)選用低沸點揮發(fā)性液體為載體，納米粒子為粒徑IOOnm氧化鋁，聚烯烴為低密度聚乙烯LDPE。
[0028]2)載體:納米氧化鋁:LDPE的質(zhì)量之比為20:1:100。向Ig納米氧化鋁中加入20g無水乙醇，用玻璃棒攪拌均勻，然后超聲2h~3h,制備出納米氧化招顆粒分散液。
[0029]3)將制得納米氧化鋁分散液與LDPE顆粒粉料共混，攪拌均勻，烘干，制備出表面均勻粘附納米氧化招粒子的低密度LDPE顆粒。在60~70°C下干燥30~40min,再通過哈克MINILAB共混，最后擠出得到混合均勻的超凈納米氧化鋁改性低密度LDPE高壓直流電纜料。
[0030] 實施例3
[0031]I)選用低沸點揮發(fā)性液體為載體，納米粒子為粒徑SOnm 二氧化硅，聚烯烴為聚丙烯PP。
[0032]2)載體:SiO2:PP的質(zhì)量之比為15:1:100。向Ig納米SiO2加入15g丙酮，攪拌均勻，超聲I~2h，制備得到納米SiO2分散液。
[0033]3)將制得納米SiO2分散液與PP顆粒混合均勻，50~60°C干燥40~60min，再最后通過哈克MINILAB，最后擠出得到混合均勻的超凈納米二氧化硅改性低密度LDPE高壓直流電纜料。
【權(quán)利要求】
1.一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法，其特征在于，使用一種低沸點、易揮發(fā)的液體作為納米粒子載體，將納米粒子均勻粘附在聚烯烴顆粒表面，同時載體在納米粒子均勻粘附聚烯烴顆粒表面過程中揮發(fā)，最后將表面均勻粘附納米粒子的聚烯烴顆粒通過雙螺桿擠出造粒； 所述的低沸點、易揮發(fā)的載體為無水乙醇、無水甲醇、無水丙酮；其中載體必須是不改變納米粒子的化學成份及結(jié)構(gòu)，沸點低于80°c，不含有水分；納米粒子為三氧化二鋁A1203、氧化鎂MgO、碳化硅SiC、二氧化硅Si02。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將載體與納米粒子按質(zhì)量比為10~20:1混合后超聲振蕩分散大于lh，納米粒子在超聲過程中解團聚，分散均勻，得到分散性較好的懸浮液； 2)將I)得到的懸浮液與聚烯烴顆粒混合，攪拌均勻，烘干，制得表面均勻粘附納米粒子的聚烯烴顆粒； 3)將粘附納米粒子的聚烯烴顆粒擠出、造粒，制備出超凈納米改性聚烯烴高壓直流電纜料。
【文檔編號】H01B3/30GK103980600SQ201410251465
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】黨智敏, 巫運輝, 張翀, 查俊偉, 王思蛟, 林祥, 于凡 申請人:北京科技大學, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院