一种耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的制备及应用

本发明涉及电工绝缘材料及其制备，具体涉及一种耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的制备及应用。

背景技术：

1、高压直流输电具有输送容量大、损耗小、可靠性高、稳定性高等优势，是电力系统发展的重点方向。在高压直流输电系统中，塑料绝缘电缆因其具备运行温度高、强度大、重量轻等特性而被广泛应用。目前塑料绝缘电缆大多采用交联聚乙烯作为主绝缘材料。然而，随着交联聚乙烯电缆的大规模应用，其在制造生产及退役回收处理等方面的问题逐渐凸显。具体而言，一方面，交联聚乙烯电缆生产过程耗时较长、能耗较高；另一方面，交联聚乙烯作为热固性高分子聚合物，具有特殊的交联网状结构，导致xlpe电缆退役后其绝缘层难以降解，无法被加工再利用，开发可回收、环保型电缆材料已成为电工材料领域的研究热点。

2、聚丙烯电缆的生产过程能耗低，无有害副产物，并且聚丙烯可回收利用，可有效降低碳排放。然而，聚丙烯作为一种线性半结晶聚合物，在高温工况下易出现绝缘击穿和电缆偏心现象，显著降低聚丙烯电缆的运行稳定性。因此，研制一种高温绝缘性能与机械性能优异的聚丙烯绝缘材料是保证聚丙烯电缆的安全运行的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的是要解决现有聚丙烯电缆绝缘材料高温绝缘性能和机械性能较差易出现绝缘击穿和电缆偏心的瓶颈问题，提供一种在高温下兼备高击穿强度与良好机械性能的聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法及应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：

4、一、称取适当质量的聚丙烯放进真空烘箱内，在真空、80℃条件下放置24h，得到干燥的聚丙烯备用；

5、二、将干燥的聚丙烯放进密炼机中，将1,6-己二醇二丙烯酸酯和引发剂过氧化二异丙苯加入密炼机中，密炼机转速设置60r/min、温度设置180℃，混合10min完成1,6-己二醇二丙烯酸酯的接枝；

6、三、加入四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯，密炼机转速设置60r/min、温度设置180℃，混合3min使接枝后的聚丙烯和四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯混合均匀；

7、四、从密炼机中取出熔融状态接枝后的聚丙烯，用剪子进行分剪，分剪后的聚丙烯在空气中自然冷却得到耐高温聚丙烯电缆绝缘材料。

8、优选的，所述的聚丙烯分子链接枝的1,6-己二醇二丙烯酸酯与聚丙烯的质量比为（0.002~0.016）：1，掺杂四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯与聚丙烯的质量比为0.003:1。

9、优选的，步骤二中引发剂过氧化二异丙苯与聚丙烯的质量比为0.001:1。

10、本发明还提供一种耐高温聚丙烯电缆绝缘材料，耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的1,6-己二醇二丙烯酸酯接枝到聚丙烯的分子链上，通过双接枝位点桥接聚丙烯分子链和在分子链上引入极性基团c=o改变聚丙烯分子链结构，另一方面四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯掺杂进接枝后的聚丙烯，增加接枝后聚丙烯分子链间作用力。

11、优选的，耐高温聚丙烯电缆绝缘材料能够在120℃的条件下，达到385.3kv/mm的击穿场强、1.59×10-6a/m2的电导电流、9.7mpa的拉伸强度、2181%的断裂伸长率和4%的蠕变性变量。

12、本发明最后提供一种耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的应用，其特征在于，耐高温聚丙烯电缆绝缘材料作为电缆的主绝缘材料包裹在电缆导体外用于隔离电压、防止漏电和短路、保证安全输电的核心绝缘层；其高温下绝缘性能和机械性能的提升可有效提高聚丙烯电缆的运行安全性。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、一、本发明将1,6-己二醇二丙烯酸酯接枝到聚丙烯上，对分子链结构改性的角度，1,6-己二醇二丙烯酸酯具有双接枝位点可使两个及两个以上聚丙烯分子链之间相连，增加了聚丙烯分子链间相互作用力，同时增加了聚丙烯分子链的长度可增加分子链间的缠绕程度。

15、掺杂的四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯会提高接枝后聚丙烯分子链之间的相互作用力。分子链间相互作用力和分子链间缠绕程度的增加可提高聚丙烯在高温下的机械性能。最终实例结果表明，本发明制备的耐高温聚丙烯电缆绝缘材料高温拉伸强度可提高28%、高温断裂伸长率可提高16.7%、抗蠕变性可提高64%。

16、二、本发明将1,6-己二醇二丙烯酸酯接枝到聚丙烯上，接枝的1,6-己二醇二丙烯酸酯可在聚丙烯内引入陷阱，抑制高能电子的传输，减弱高能电子对聚丙烯分子链的破坏，并且能显著降低聚丙烯高温下的电导电流，提高聚丙烯高温下的绝缘性能。掺杂的四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯会降低接枝后聚丙烯的自由体积，抑制高能电子的传输，可进一步提高聚丙烯高温下的绝缘性能。最终实例结果表明，本发明制备的耐高温聚丙烯电缆绝缘材料高温击穿场强可提高24.4%、20kv/mm的场强下高温电导电流可降低6倍。

17、三、本发明将1,6-己二醇二丙烯酸酯接枝到聚丙烯上，接枝的1,6-己二醇二丙烯酸酯具有较高的负表面电势，可在聚丙烯内部对电子进行散射作用，降低电子的能量，阻碍电子的传输。

18、四、本发明属于全有机体系，改性成本低适宜于规模化生产，为规模化生产耐高温聚丙烯电缆材料提供新的研发思路。

19、五、本发明与电缆生产工艺有极强的适配性，1,6-己二醇二丙烯酸酯的接枝过程和四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯掺杂过程可直接在电缆生产时的三层共挤流程中引入，为规模化生产耐高温聚丙烯电缆提供新的研发思路。

1.一种耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯分子链接枝的1,6-己二醇二丙烯酸酯与聚丙烯的质量比为（0.002~0.016）：1，掺杂四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯与聚丙烯的质量比为0.003:1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中引发剂过氧化二异丙苯与聚丙烯的质量比为0.001:1。

4.一种根据权利要求1-3任意一项所述方法制备得到的耐高温聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的1,6-己二醇二丙烯酸酯接枝到聚丙烯的分子链上，通过双接枝位点桥接聚丙烯分子链和在分子链上引入极性基团c=o改变聚丙烯分子链结构，另一方面四（3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸）季戊四醇酯掺杂进接枝后的聚丙烯，增加接枝后聚丙烯分子链间作用力。

5.根据权利要求4所述的耐高温聚丙烯电缆绝缘材料，其特征在于，耐高温聚丙烯电缆绝缘材料能够在120℃的条件下，达到385.3kv/mm的击穿场强、1.59×10-6a/m2的电导电流、9.7mpa的拉伸强度、2181%的断裂伸长率和4%的蠕变性变量。

6.一种权利要求4-5任意一项所述耐高温聚丙烯电缆绝缘材料的应用，其特征在于，耐高温聚丙烯电缆绝缘材料作为电缆的主绝缘材料包裹在电缆导体外用于隔离电压、防止漏电和短路、保证安全输电的核心绝缘层；其高温下绝缘性能和机械性能的提升可有效提高聚丙烯电缆的运行安全性。