一种高耐压的绝缘材料及其制备方法与流程

2021-02-02 01:02:30|

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[0001]
本发明属于绝缘材料领域，具体涉及一种高耐压的绝缘材料及其制备方法。

背景技术：

[0002]
随着电力系统的不断扩大，输电功率的不断增加，输电距离逐渐增长，交流输电遇到一些技术困难，直流输电是解决输电技术困难的方向之一。直流输电相比于交流输电具有输送效率高、线路损失小、调节电流和改变功率传递方向方便、投资费用少，长度不受电容电流的限制、可作为两种电网的联接线、能降低主干线与电网间的短路电流、电晕无线电干扰小等优点。有多项研究证实交联聚乙烯中的空间电荷是导致电缆早期绝缘失效的主要原因。空间电荷注入电介质内，造成材料内部电场畸变，并最终导致材料的击穿，绝缘材料失效。绝缘介质中的空间电荷问题已经成为制约电力电缆向高电场发展的主要因素之一。

技术实现要素：

[0003]
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种高耐压的绝缘材料及其制备方法，以解决现有绝缘材料在使用过程中不能耐受较高电压的问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯90-100份、聚四氟乙烯20-30份、改性凹凸棒土15-20份、填充剂6-12份、钛酸酯偶联剂3-7份、抗氧化剂0.5-2.5份。
[0004]
本发明进一步设置为，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯90-94份、聚四氟乙烯24-27份、改性凹凸棒土16-18份、填充剂6-9份、钛酸酯偶联剂4-7份、抗氧剂1.5-2份。
[0005]
本发明进一步设置为，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂bbm、抗氧化剂121或者抗氧化剂1076；所述填充剂为稀土氧化物。
[0006]
本发明进一步设置为，还包括0.3-0.6份氢氧化铝和0.3-0.6份十二烷基硫酸钠。
[0007]
本发明进一步设置为，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1-2小时混合均匀，加入的强碱的量使ph值为8-10，然后焙烧得焙烧物，焙烧温度小于450℃；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米无机盐进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0008]
普通的凹凸棒土具有三维链状结构，其具有空隙率高、比表面大、比重小，经过改性后的凹凸棒土能与材料更好的结合并使材料具有更好的耐压性能。
[0009]
本发明进一步设置为，在步骤一中，焙烧温度为350-380℃，时间为1-2小时。
[0010]
本发明进一步设置为，在步骤一中，凹凸棒土和水的质量比为20-30:1:0.5-1。优选地，凹凸棒土和水的质量比为22:1:0.8。
[0011]
本发明进一步设置为，所述纳米无机盐为纳米二氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化铝和纳米氧化锌中的一种或者多种。
[0012]
本发明还提供了上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例混合，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，得高耐压的绝缘材料。
[0013]
本发明进一步设置为，步骤（1）中，混合时加热，加热温度为150-170℃；步骤（2）中，干燥温度为180-200℃，干燥时间为2-3小时，然后再在80-120℃保温1-2小时；步骤（3）中，热压温度为400-550℃，压力为9-10mpa。
[0014]
本发明的一种高耐压的绝缘材料具备很好的绝缘性能，阻燃性能好，且材料的拉伸强度好，能耐较高的击穿电压。同时本发明的高耐压的绝缘材料的制备方法，原料易得且成本较低、原料，步骤简单，具有较好的应用前景。
具体实施方式
[0015]
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]
实施例1本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯91份、聚四氟乙烯24份、改性凹凸棒土17份、ceo
2 9份、钛酸酯偶联剂6份、抗氧化剂1010 1.8份、0.6份氢氧化铝和0.4份十二烷基硫酸钠。
[0017]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1-2小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为22:1:0.8，加入的强碱的量使ph值为9，然后在370℃焙烧2小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米二氧化硅进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0018]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例加热混合，加热温度为170℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在196℃干燥2小时，再在80℃保温2小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为480℃，压力为9mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0019]
试验结果：击穿电压为49kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度28.5mpa。
[0020]
实施例2本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯90份、聚四氟乙烯20份、改性凹凸棒土20份、ceo
2 11份、钛酸酯偶联剂4份、抗氧化剂121 0.5份。
[0021]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为
22:1:1，加入的强碱的量使ph值为8，然后在350℃焙烧2小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米氧化镁进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0022]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例加热混合，加热温度为150℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在180℃干燥3小时，再在100℃保温1小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为490℃，压力为9mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0023]
试验结果：击穿电压为42 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度23.5mpa。
[0024]
实施例3本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯100份、聚四氟乙烯30份、改性凹凸棒土15份、la2o
3 12份、钛酸酯偶联剂3份、抗氧化剂1010 2.5份、还包括0.4份氢氧化铝和0.5份十二烷基硫酸钠。
[0025]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌2小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为30:1:0.5，加入的强碱的量使ph值为10，然后在360℃焙烧2小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米氧化铝进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0026]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例加热混合，加热温度为170℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在200℃干燥2小时，再在90℃保温1小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为450℃，压力为9mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0027]
试验结果：击穿电压为48 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度27.5mpa。
[0028]
实施例4本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯96份、聚四氟乙烯27份、改性凹凸棒土18份、la2o
3 6份、钛酸酯偶联剂7份、抗氧化剂121 2份、还包括0.3份氢氧化铝和0.5份十二烷基硫酸钠。
[0029]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为20:1:0.6，加入的强碱的量使ph值为8，然后在370℃焙烧2小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米氧化锌进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0030]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按
照比例加热混合，加热温度为155℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在190℃干燥2小时，再在100℃保温1小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为480℃，压力为10mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0031]
试验结果：击穿电压为47.6 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度25.8mpa。
[0032]
实施例5本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯92份、聚四氟乙烯27份、改性凹凸棒土16份、rb2o 8份、钛酸酯偶联剂6份、抗氧化剂bbm 1.5份、还包括0.5份氢氧化铝和0.3份十二烷基硫酸钠。
[0033]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1-2小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为27:1:0.8，加入的强碱的量使ph值为10，然后在360℃焙烧1小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米氧化镁进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0034]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例加热混合，加热温度为165℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在180℃干燥2小时，再在110℃保温1小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为450℃，压力为9mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0035]
试验结果：击穿电压为45.9 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度23.5mpa。
[0036]
实施例6本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯91份、聚四氟乙烯28份、改性凹凸棒土15份、rb2o 7份、钛酸酯偶联剂5份、抗氧化剂1076 1份、还包括0.6份氢氧化铝和0.4份十二烷基硫酸钠。
[0037]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为28:1:0.8，加入的强碱的量使ph值为8，然后在350℃焙烧1小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米二氧化硅进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0038]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例加热混合，加热温度为158℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在180℃干燥2小时，再在120℃保温1小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为400℃，压力为10mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0039]
试验结果：击穿电压为45.5 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度26.2mpa。
[0040]
实施例7本发明提供一种高耐压的绝缘材料，按照重量份包括以下成分：低密度聚乙烯98份、聚四氟乙烯25份、改性凹凸棒土16份、rb2o 6份、钛酸酯偶联剂6份、抗氧化剂1010 0.8份、还包括0.3份氢氧化铝和0.4份十二烷基硫酸钠。
[0041]
其中，改性凹凸棒土的制备方法包括：步骤一：将凹凸棒土、强碱和水中搅拌1-2小时混合均匀，其中，凹凸棒土和水的质量比为21:1:0.5，加入的强碱的量使ph值为10，然后在380℃焙烧1小时得焙烧物；步骤二：将焙烧物粉碎后过200目筛，加入水中超声处理得分散液，再加入改性剂纳米氧化铝进行均匀混合，过滤得到改性凹凸棒土。
[0042]
上述高耐压的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、改性凹凸棒土、填充剂、钛酸酯偶联剂、抗氧化剂按照比例加热混合，加热温度为152℃，搅拌均匀；（2）将步骤（1）制得的物料均匀涂布在无碱玻纤布的两面，然后在195℃干燥3小时，再在80℃保温2小时；干燥固化得无碱玻纤胶布；（3）再使用热压机对无碱玻纤胶布进行热压，热压温度为550℃，压力为9mpa，得高耐压的绝缘材料。
[0043]
试验结果：击穿电压为47.2 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度23.9mpa。
[0044]
对比例1以实施例1为参照，不使用改性凹凸棒土，仅使用普通凹凸棒土，其余参数和条件不变。
[0045]
试验结果：击穿电压为38 kv/mm，阻燃性能v-0级，拉伸强度24.5mpa。
[0046]
对比例2以实施例2为参照，不使用改性凹凸棒土，仅使用普通凹凸棒土，其余参数和条件不变。
[0047]
试验结果：击穿电压为36.2kv/mm，阻燃性能v-1级，拉伸强度23.8mpa。
[0048]
上述实施例1-7和对比例1-2的性能是取制得的厚度为4mm、长为4cm、宽3cm 的样品进行实验得到的。
[0049]
通过实施例1-7可以看出本发明的绝缘材料具有较好的绝缘性能、抗拉强度以及阻燃性能。此外，通过与对比例1和对比例比较，进一步证明了本发明的绝缘材料地优点。
[0050]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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