本發(fā)明屬于電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的制備方法。

背景技術(shù)：

聚乙烯電纜在輸電工程中應(yīng)用日益廣泛，在使用過程中多種因素的協(xié)同作用下，其內(nèi)部不可避免的會產(chǎn)生以電樹枝等缺陷，這些微缺陷進(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)致材料絕緣老化和破壞，引起電纜絕緣失效和設(shè)備故障，使得供電可靠性降低。因此,如果能夠使高分子材料具有自修復(fù)的功能，即可在電樹枝發(fā)展的初期解決上述問題，顯著延長電纜絕緣材料的使用壽命，提高產(chǎn)品的可靠性和安全性。

在以往應(yīng)用中，電纜絕緣中由水樹枝引發(fā)的電樹枝，可以水樹枝狀態(tài)時對其進(jìn)行一定程度的修復(fù)，主要采用干燥N₂、憎水性化合物和硅氧烷三種材料作為修復(fù)介質(zhì)對絕緣強(qiáng)度下降的電纜進(jìn)行人為修復(fù)以延長電纜的使用壽命。這些傳統(tǒng)方法需要大量的人工干預(yù)、資源消耗大、效果不佳，且無法修復(fù)電樹枝引發(fā)的絕緣缺陷。而在電纜絕緣中添加其他材料抑制電樹枝發(fā)展的技術(shù)也因無法根本上修復(fù)電樹枝缺陷并未得到廣泛應(yīng)用。

目前，微膠囊自修復(fù)技術(shù)正在不斷地完善，并在機(jī)械、建筑等領(lǐng)域得到一定程度的應(yīng)用。并且大量采用地下電力電纜線路取代架空輸電線路的輸配電方式已經(jīng)成為國內(nèi)外城市輸配電網(wǎng)今后發(fā)展的趨勢。我們研制的這種能夠降低修復(fù)成本，延長電纜絕緣材料使用壽命的自修復(fù)電纜絕緣材料，可以在電樹枝發(fā)展的初期對其缺陷進(jìn)行及時修復(fù)，從而節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，因此其制備方法具有十分重要的意義和應(yīng)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的制備方法。利用微膠囊工藝，制備含有液態(tài)修復(fù)劑的微膠囊，該修復(fù)劑在電樹枝缺陷導(dǎo)致膠囊破裂后能夠進(jìn)入電樹枝通道并在基體中的催化劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，修復(fù)電樹枝通道，從而實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的制備方法，將1wt％～3wt％含液態(tài)修復(fù)劑的微膠囊與低密度聚乙烯基料共混，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化劑，通過擠出機(jī)擠出并冷卻，干燥后得到自修復(fù)電纜絕緣材料；所述含液態(tài)修復(fù)劑的微膠囊為脲醛樹脂包覆雙環(huán)戊二烯納米微膠囊。

進(jìn)一步，所述含液態(tài)修復(fù)劑的微膠囊的制備步驟為：

步驟1)：將尿素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5％～37.5％的甲醛溶液按照質(zhì)量比為1:1.5～1:2.5混合，械攪拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH到8～9，于65～75℃下反應(yīng)1～1.5h，之后再加入重量為7～8份的水，形成穩(wěn)定透明的脲醛預(yù)聚體。

步驟2)：將重量為0.2～0.4份的乳化劑與重量為2～3份的熔融雙環(huán)戊二烯混合，在45～55℃條件下，機(jī)械攪拌20～30min使其充分乳化，并滴加重量為7～8份的水，乳化過程中滴加適量消泡劑正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液。

步驟3)：在300～500r/min轉(zhuǎn)速的機(jī)械攪拌下，將步驟1)得到的溶液滴加至步驟2)得到的溶液中，并用酸調(diào)節(jié)pH至3.3～3.6，待微膠囊成型后，在60～65℃條件下固化2～3小時。之后再將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌，在25～30℃干燥箱中干燥8～12小時，得到固體粉末狀微膠囊。

進(jìn)一步，將步驟3)得到的微膠囊按1wt％～3wt％與低密度聚乙烯基料混合均勻后倒入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行機(jī)械共混，在循環(huán)模式下充分混合20～25min，再加入0.02wt％～0.05wt％的Grubbs催化劑，通過雙螺桿擠出機(jī)擠出并經(jīng)純凈水冷卻，干燥后得到自修復(fù)電纜絕緣材料。

進(jìn)一步，步驟2)所述乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、乳化劑OP-10、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或聚乙烯醇中的一種。

進(jìn)一步，步驟3)所述酸為鹽酸或檸檬酸。

進(jìn)一步，所述步驟1)為：將尿素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的甲醛溶液按照質(zhì)量比為1:2混合，械攪拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH到8～9，于65～75℃下反應(yīng)1～1.5h，之后再加入重量為7～8份的水，形成穩(wěn)定透明的脲醛預(yù)聚體。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的一種早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料以低密度聚乙烯與含液態(tài)修復(fù)劑的微膠囊為基礎(chǔ)，通過修復(fù)劑與埋藏在基體內(nèi)的催化劑之間的化學(xué)反應(yīng)修復(fù)早期電樹枝缺陷，保證電纜材料的絕緣強(qiáng)度無明顯下降，其效果為：

1)本發(fā)明的適用于電纜絕緣材料的電樹枝發(fā)展初期的修復(fù)，從微膠囊中流出的修復(fù)劑在樹枝通道中斷裂面上的催化劑接觸后發(fā)生聚合反應(yīng)，大大增加了修復(fù)材料的修復(fù)能力，有助于獲得較高的修復(fù)效率。

2)本發(fā)明中的自修復(fù)電纜絕緣材料的制備工藝簡單，修復(fù)液在微膠囊中阻止了微放電對修復(fù)液體的破壞，保證了膠囊在破裂后，修復(fù)液即在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)完成自修復(fù)。

3)本發(fā)明的自修復(fù)電纜絕緣材料中微膠囊基體材料之間相容良好，能夠保證微膠囊的引入不會向基體中引入新的結(jié)構(gòu)缺陷。

4)本發(fā)明的自修復(fù)電纜絕緣材料中的修復(fù)劑的電導(dǎo)率低于聚乙烯的電導(dǎo)率，因此在微膠囊附近發(fā)生電樹枝缺陷后，微膠囊將具有靶向引導(dǎo)作用吸引電樹枝向膠囊處發(fā)展，最終破壞膠囊壁釋放修復(fù)劑實(shí)現(xiàn)電樹枝放電通道的修復(fù)。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的制備工藝流程。

圖2為早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的掃描電鏡圖。

圖3為修復(fù)過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

如圖1所示為早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的制備工藝流程，具體為：

1)稱取重量為5g的尿素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的甲醛溶液10g在容器中混合，并以400r/min的轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH到8，于70℃下反應(yīng)1h，之后再加入重量為40g的蒸餾水，形成穩(wěn)定透明的脲醛預(yù)聚體待用。

2)稱取重量為1g的乳化劑十二烷基苯磺酸鈉與重量為10g的熔融雙環(huán)戊二烯混合，在50℃條件下，機(jī)械攪拌20min使其充分乳化，并滴加重量為40g的蒸餾水，乳化過程中滴加適量消泡劑正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液。

3)在400r/min的轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌將步驟1)得到的溶液滴加至步驟2)得到的溶液中，并用鹽酸調(diào)節(jié)pH至3.5左右，待微膠囊成型后，在65℃條件下固化兩小時。之后再將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌，在30℃干燥箱中干燥12小時，得到固體粉末狀微膠囊。

4)將步驟3)得到微膠囊取1g與100g低密度聚乙烯基料混合均勻后倒入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行機(jī)械共混，在循環(huán)模式下充分混合20min，再將1g的催化劑加入復(fù)合介質(zhì)，通過雙螺桿擠出機(jī)擠出并經(jīng)純凈水冷卻，干燥后得到自修復(fù)電纜絕緣材料。

實(shí)施例2

1)稱取重量為5g的尿素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的甲醛溶液10g在容器中混合，并以400r/min的轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌至尿素完全溶解，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH到9，于70℃下反應(yīng)1h，之后再加入重量為45g的蒸餾水，形成穩(wěn)定透明的脲醛預(yù)聚體待用。

2)稱取重量為1g的乳化劑十二烷基苯磺酸鈉與重量為10g的熔融雙環(huán)戊二烯混合，在50℃條件下，機(jī)械攪拌20min使其充分乳化，并滴加重量為34g的蒸餾水，乳化過程中滴加適量消泡劑正辛醇使泡沫消除，得到芯材乳液。

3)在450r/min的轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌將步驟1)得到的溶液滴加至步驟2)得到的溶液中，并用鹽酸調(diào)節(jié)pH至3.5左右，待微膠囊成型后，在65℃條件下固化兩小時。之后再將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌，在30℃干燥箱中干燥12小時，得到固體粉末狀微膠囊。

4)將步驟3)得到微膠囊取1g與100g低密度聚乙烯基料混合均勻后倒入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行機(jī)械共混，在循環(huán)模式下充分混合20min，再將1g的催化劑加入復(fù)合介質(zhì)，通過雙螺桿擠出機(jī)擠出并經(jīng)純凈水冷卻，干燥后得到自修復(fù)電纜絕緣材料。

圖2為早期電樹枝缺陷自修復(fù)的電纜絕緣材料的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，微膠囊表面均勻光滑，基本沒有殘留雜質(zhì)，脲醛樹脂與基體之間的相容性良好，沒有進(jìn)一步引入物理放電缺陷，本樣品的微觀結(jié)構(gòu)基本滿足要求。

圖3為修復(fù)過程示意圖，從圖中可以看出，電樹枝發(fā)展初期運(yùn)動的載流子對基體進(jìn)行沖擊破壞，使得電樹枝不斷向基體內(nèi)部發(fā)展，隨著電樹枝進(jìn)一步發(fā)展致，埋藏在基體中的微膠囊的壁材也受到破壞導(dǎo)致修復(fù)劑流入樹枝通道，在鄰近的催化劑作用下發(fā)生開環(huán)移位聚合反應(yīng)生成固體的網(wǎng)狀的聚雙環(huán)戊二烯，填充部分樹枝通道，抑制電樹枝的進(jìn)一步發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)早期電樹枝缺陷的自修復(fù)功能。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。