可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣設(shè)備或電子設(shè)備絕緣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可回收的聚烯烴高 導(dǎo)熱電纜絕緣材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流電纜輸電技術(shù)相對(duì)于其他輸電方式具有很多優(yōu)勢(shì)，可以節(jié)省大量的土地資 源、無(wú)系統(tǒng)安全問(wèn)題、無(wú)大范圍連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)隨著分布式新能源發(fā)電的發(fā)展，直流輸 電技術(shù)特別是直流電纜輸電技術(shù)將被廣泛采用。
[0003] 傳統(tǒng)的擠出型塑料直流電纜一般采用交聯(lián)聚乙烯作為電纜絕緣材料，但是交聯(lián)聚 乙烯是一種熱固性材料，在使用壽命到期后無(wú)法回收再利用并且難以降解，會(huì)對(duì)環(huán)境造成 大量污染。同時(shí)交聯(lián)聚乙烯在生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行交聯(lián)和脫氣處理，處理過(guò)程周期較長(zhǎng)、且 會(huì)產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，同時(shí)消耗大量能量。因此有必要開(kāi)發(fā)出一種新型的可回收電纜絕緣材 料，以提高電纜絕緣材料的環(huán)境友好性。
[0004] 同時(shí)直流電纜在運(yùn)行過(guò)程中由于芯線發(fā)熱會(huì)在電纜絕緣層中形成溫度梯度分布， 使得靠近內(nèi)導(dǎo)體部分溫度較高，靠近電纜外表面部分溫度較低。直流電纜絕緣層中的電場(chǎng) 分布取決于絕緣層的電阻率和幾何結(jié)構(gòu)，由于高分子聚合物材料的電阻率隨溫度升高會(huì)降 低，從而使得直流電纜在正常運(yùn)行過(guò)程中靠近內(nèi)導(dǎo)體部分電場(chǎng)強(qiáng)度較低，靠近電纜外表面 部分電場(chǎng)強(qiáng)度較高，即直流電纜運(yùn)行過(guò)程中由于電阻率變化造成的電場(chǎng)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這種電 場(chǎng)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響直流電纜的正常運(yùn)行和工作壽命，同時(shí)給直流電纜的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶來(lái)困難。為了解決這一問(wèn)題，需要提高直流電纜絕緣材料的熱導(dǎo)率，從而使得直流電纜絕 緣層中的溫度分布更加均勻，減小絕緣層內(nèi)外表面的溫度差，從而抑制由于溫度變化造成 的電阻率變化和電場(chǎng)強(qiáng)度變化。同時(shí)可回收的高導(dǎo)熱絕緣材料的應(yīng)用也不僅僅局限于直流 電纜絕緣材料，也可以應(yīng)用于電子設(shè)備或其他電氣設(shè)備的絕緣材料。通過(guò)提高絕緣材料的 熱導(dǎo)率以改善電子設(shè)備或電氣設(shè)備小型化帶來(lái)的散熱問(wèn)題，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性和工作 壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜 絕緣材料及其制備方法，該材料是采用可回收的熱塑性聚烯烴作為絕緣材料的基體，同時(shí) 添加經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒以改善基體材料的導(dǎo)熱性能，采用該制備方法 有效提高了材料的熱導(dǎo)率，同時(shí)保持了優(yōu)良的電氣性能。
[0006] 本發(fā)明提出的一種可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料，該材料是采用可回收的 熱塑性聚烯烴作為絕緣材料的基體，同時(shí)添加經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒通過(guò) 熔融共混法制備而成。
[0007] 其中，所述的熱塑性聚烯烴與具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒的質(zhì)量比為95:5~80:20; 所述的熱塑性聚烯烴為聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物之一種;所述的具有高熱導(dǎo)率的 納米顆粒為氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、碳化硅或氮化硅之一種，納米顆粒的粒徑為30~80nm。
[0008] 本發(fā)明提出的制備上述可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料的方法，具體包括如 下步驟：
[0009] (1)將2.5份具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒和5份硅烷偶聯(lián)劑加入到100份甲苯溶液中， 然后油浴加熱至120°C，攪拌反應(yīng)12小時(shí)并冷凝回流，得到懸濁液；
[0010] (2)將步驟(1)得到的懸池液放入離心機(jī)中以6000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心6分鐘，得到 沉淀物，將該沉淀物在真空干燥箱中80°C下干燥24小時(shí)，得到經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率 的納米顆粒；
[0011] (3)將熱塑性聚烯烴、步驟(2)中得到的經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒、 抗氧劑、阻燃劑和加工助劑相互混合，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為： 熱塑性聚烯烴 80~95份 經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒 5~20份
[0012] 抗氧劑 （X5~1份 阻燃劑 2~5份 加工助劑 （X5~1份：
[0013] (4)將步驟（3)混合好的混合物在密煉機(jī)中在一定溫度下熔融共混，轉(zhuǎn)速為40~ 60r/min，混煉10~15分鐘，得到可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料。
[0014] 所述的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅 烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷之一種。
[0015]所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑2246或者抗氧劑264之一種。
[0016]所述的阻燃劑為氫氧化鎂、低水硼酸鋅、氫氧化鋁或三氧化二銻之一種。
[0017] 所述的加工助劑為潤(rùn)滑劑硬脂酸甘油酯。
[0018] 所述的一定溫度為所用的熱塑性聚烯烴材料熔點(diǎn)以上10~50°C。
[0019] 本發(fā)明提出的可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料及其制備方法，其特點(diǎn)和有益 效果在于：
[0020] 利用本發(fā)明制備的可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料，在制備過(guò)程采用了熱塑 性聚烯烴作為基體材料，在壽命到期之后可以回收再利用，有利于保護(hù)環(huán)境。添加了經(jīng)表面 處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒，有效提高了材料的熱導(dǎo)率，同時(shí)保持了優(yōu)良的電氣性能。
[0021] 本發(fā)明方法制備的可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料，主要應(yīng)于電子設(shè)備和電 力設(shè)備的絕緣材料，特別是高壓直流電纜絕緣材料。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明提出的一種可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料，該材料是采用可回收的 熱塑性聚烯烴作為絕緣材料的基體，同時(shí)添加經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒通過(guò) 熔融共混法制備而成。
[0023]其中，所述的熱塑性聚烯烴與具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒的質(zhì)量比為95:5~80:20; 所述的熱塑性聚烯烴為聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物之一種;所述的具有高熱導(dǎo)率的 納米顆粒為氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、碳化硅或氮化硅之一種，納米顆粒的粒徑為30~80nm。
[0024] 本發(fā)明提出的制備上述可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料的方法，具體包括如 下步驟：
[0025] (1)將2.5份具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒和5份硅烷偶聯(lián)劑加入到100份甲苯溶液中， 然后油浴加熱至120°C，攪拌反應(yīng)12小時(shí)并冷凝回流，得到懸濁液；
[0026] (2)將步驟(1)得到的懸濁液放入離心機(jī)中以6000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心6分鐘，得到 沉淀物，將該沉淀物在真空干燥箱中80°C下干燥24小時(shí)，得到經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率 的納米顆粒；
[0027] (3)將熱塑性聚烯烴、步驟(2)中得到的經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒、 抗氧劑、阻燃劑和加工助劑相互混合，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為： 熱塑性聚烯烴 肋~95份 經(jīng)表面處理的具有高熱導(dǎo)率的納米顆粒 5~20份
[0028] 抗氧劑 0.5~1份 阻燃劑 2~5份 加工助劑 1份
[0029] (4)將步驟（3)混合好的混合物在密煉機(jī)中在一定溫度下熔融共混，轉(zhuǎn)速為40~ 60r/min，混煉10~15分鐘，得到可回收的聚烯烴高導(dǎo)熱電纜絕緣材料。
[0030] 所述的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅 烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷之一種。
[0031] 所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑2246或者抗氧劑264之一種。
[0032]所述的阻燃劑為氫氧化鎂、低水硼酸鋅、氫氧化鋁或三氧化二銻之一種。
[0033]所述的加工助劑為潤(rùn)滑劑硬脂酸甘油酯。
[0034]所述的一定溫度為所用的聚烯烴材料熔點(diǎn)以上10~50°C。
[0035]本發(fā)明將通過(guò)下面的具體實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明并 不局限于以下提出的實(shí)施案例。
[0036] 實(shí)施例1:
[0037] (1)將5克氮化鋁納米顆粒和10克正辛基三乙氧基硅烷加入到200克甲苯溶液中， 然后油浴加熱至120°C，攪拌反應(yīng)12小時(shí)并冷凝回流，得到懸濁液；
[0038] (2)將上述該懸濁液放入離心機(jī)中以6000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心6分鐘，得到沉淀物 后將該沉淀物在真空干燥箱中80°C下干燥24小時(shí)，得到經(jīng)表面處理的氮化鋁納米顆粒； [0039] (3)將47.5克的乙烯丙烯共聚物(熔點(diǎn)140°C)，2.5克直徑為50納米的經(jīng)表面處理 的氮化鋁納米顆粒，〇 . 25克抗氧劑1010，1克阻燃劑氫氧化鎂和0.5克加工助劑硬脂酸甘油 酯相互混合，得到一種混合物；
[0040] (4)將上述混合物在密煉機(jī)中熔融共混，加工溫度為180°C，轉(zhuǎn)速為60r/min，混煉 15分鐘，得到一種可