本發(fā)明涉及電纜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗電枝老化型交聯(lián)聚乙烯電力電纜。
背景技術(shù)：
高壓直流輸電因具有比交流輸電傳輸容量大、損耗低、電纜附件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)而備受重視。目前，直流輸電途徑有3種：充油電纜輸電；油浸紙電纜輸電；塑料直流電纜輸電。充油電纜和油浸紙電纜由于成本高和維護(hù)難度大等缺點(diǎn)，應(yīng)用受到限制。塑料直流電纜制備成本低、應(yīng)用前景廣，在跨海輸電和城市輸電等領(lǐng)域，越來(lái)越多的國(guó)家，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研發(fā)塑料高壓直流電纜，制備高壓直流電纜的關(guān)鍵難題之一為：在直流輸電過(guò)程中，導(dǎo)體會(huì)向絕緣層注入電子和空穴，而絕緣層極易發(fā)生電子或空穴積聚，形成空間電荷包，引發(fā)電場(chǎng)畸變，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生電擊穿，造成輸電事故。因此，尋找有效途徑抑制空間電荷積聚，均化絕緣層電場(chǎng)分布，抑制電樹(shù)枝生長(zhǎng)，延長(zhǎng)電纜的使用壽命，是制備高性能塑料直流電纜亟待解決的技術(shù)瓶頸。納米復(fù)合技術(shù)的出現(xiàn)為制備高性能直流電纜帶來(lái)了新的技術(shù)革命，納米顆粒由于自身的介電特性、與基體形成的界面效應(yīng)等，可以改善復(fù)合材料的絕緣電氣性能，大量研究證明交聯(lián)聚乙烯中添加納米顆?？梢杂行б种瓶臻g電荷積聚，提高擊穿強(qiáng)度和體積電阻率，抑制電樹(shù)枝生長(zhǎng)，從而改善絕緣材料電氣性能。這使得納米顆粒/交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料越來(lái)越受到關(guān)注。
《多層介孔納米氧化鎂/低密度聚乙烯復(fù)合材料的制備及其絕緣性能》一文中作者通過(guò)水熱反應(yīng)，制備了具有多層介孔結(jié)構(gòu)的納米氧化鎂，使用低沸點(diǎn)溶劑法，將納米氧化鎂初步均勻黏附在低密度聚乙烯顆粒表面，然后通過(guò)哈克共混，最終制備出分散性較好的多層介孔納米MgO/LDPE復(fù)合材料，結(jié)果表明納米氧化鎂在LDPE中均勻分散，并且添加1wt%的多層介孔納米氧化鎂的復(fù)合材料在70KV/mm直流電場(chǎng)下，正負(fù)極附近沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電極注入的電子和空穴，抑制了異極性空間電荷的產(chǎn)生，阻擋電樹(shù)枝的生長(zhǎng)，具有良好的絕緣性，并且擊穿場(chǎng)強(qiáng)有明顯的提高，降低了復(fù)合材料的介電常數(shù)，此外添加納米顆粒的多層介孔納米MgO/LDPE復(fù)合材料在高頻和低頻下非常穩(wěn)定，可以滿足在寬頻下的使用，對(duì)于絕緣材料，低介電常數(shù)具有低的極化率，在高電場(chǎng)下，極化率越低，其絕緣特性越好，其多層納米MgO/LDPE復(fù)合材料的介電特性滿足高性能絕緣材料的使用條件。雖然上文的制備的MgO/LDPE復(fù)合材料具有良好的絕緣性和抗老化性能，但是聚乙烯在高溫下容易分解，并且阻燃性差，燃燒產(chǎn)生煙霧，有極大的安全隱患，所以針對(duì)這一缺點(diǎn)，本發(fā)明在上文的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性研究，以期達(dá)到實(shí)用性好、安全性高、適用范圍廣的電纜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種抗電枝老化型交聯(lián)聚乙烯電力電纜。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種抗電枝老化型交聯(lián)聚乙烯電力電纜，由內(nèi)而外依次包括線芯（導(dǎo)體）、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層四部分組成；其中，保護(hù)層是由下列重量份的原料制備制成：氧化鑭6.5-7、氫氧化鈉3.8-4.2、異辛酸17-18、200號(hào)溶劑油22-24、異辛酸鋅1.5-2、油酸鈣2-2.5、聚乙二醇400 2-3、水滑石1.4-2、硅溶膠4-6、42號(hào)溶劑油18-22、低密度聚乙烯90-100、馬來(lái)酸酐3-5、TBPO引發(fā)劑0.2-0.4、BIPB交聯(lián)劑1-2、聚酰胺蠟2-4、乙烯基硅油3-5、正丙醇鋯2-3、聚氯丁二烯樹(shù)脂7-9、聚己酸內(nèi)醋20-25、聚酰胺蠟0.5-0.7、促進(jìn)劑DM0.5-1、碳納米管6-8、酶解木質(zhì)素纖維5-6、去離子水適量。
所述一種抗電枝老化型交聯(lián)聚乙烯電力電纜，由以下具體步驟制備制成：
（1）將氧化鑭用適量的濃鹽酸溶解，再按照質(zhì)量體積比g：mL1：8-8.5加入去離子水，除去沉淀后加入異辛酸和200號(hào)溶劑油，開(kāi)始攪拌，升高溫度至80℃，再加入40wt%氫氧化鈉水溶液，滴加完成后保溫40-60min，冷卻至室溫后，靜置分層，將油層洗滌至不含氯離子，減壓脫水得到異辛酸鑭備用；
（2）將硅溶膠、聚乙二醇400混合加到6-7倍量的無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后加入水滑石細(xì)粉，超聲分散均勻，再將異辛酸鋅、油酸鈣、42號(hào)溶劑油和步驟（1）制備的產(chǎn)物加到上述混合物中，升高溫度至110-120℃回流反應(yīng)2-3h，降低溫度至50℃時(shí)減壓抽濾除去固體雜質(zhì)，自然冷卻至室溫；
（3）將碳納米管按照質(zhì)量體積比1g：10-15ml加到20%的氫氧化鈉溶液中，攪拌30-40min后過(guò)濾，濾液用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-3，攪拌后再次過(guò)濾，固體用去離子水洗滌成中性后烘干至恒重，再將處理后的碳納米管加到7-9倍量的二甲基亞砜中，加入正丙醇鋯在110-130℃下反應(yīng)4-6h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥，再加入聚酰胺蠟熔融攪拌混合，在置于烘箱中105℃下烘干，冷卻后粉碎至微粉；
（4）將15%低密度聚乙烯、乙烯基硅油和馬來(lái)酸酐按照配料比加到高速混合機(jī)中攪拌均勻，再向混合物中加入酶解木質(zhì)素纖維、步驟（3）制備的產(chǎn)物和TBPO引發(fā)劑在捏合機(jī)中捏合，充分混合后用擠出機(jī)擠出，擠出機(jī)溫度設(shè)置為135-145℃，得到改性相容劑備用；
（5）將剩余的低密度聚乙烯、聚己酸內(nèi)醋、步驟（2）制備的產(chǎn)物、步驟（4）制備的產(chǎn)物和除BIPB交聯(lián)劑以外其余剩余的物料混合，在轉(zhuǎn)矩流變儀上熔融復(fù)合，制得納米復(fù)合物，再將納米復(fù)合物和BIPB交聯(lián)劑在開(kāi)煉機(jī)上熔融共混，然后在平板硫化機(jī)中將復(fù)合物在溫度為140-150℃，壓力為15-20MPa下熱壓成型即得。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：隨著電力電纜材料高壓直流輸出的增大對(duì)電纜保護(hù)層的要求越來(lái)越高，并且在高溫下聚乙烯容易發(fā)生分解，常規(guī)的方法是加入穩(wěn)定劑和抗氧化劑，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，必須減少使用含鉛、鎘等重金屬穩(wěn)定劑，本發(fā)明利用我國(guó)豐富的稀土資源，并且稀土的毒性相對(duì)較低，對(duì)材料的光學(xué)、力學(xué)性能均有改善，所以采用稀土改性鈣鋅生成復(fù)合穩(wěn)定劑，并且利用硅溶膠、水滑石等形成混合溶膠和復(fù)合穩(wěn)定劑共混形成改性的復(fù)合穩(wěn)定劑，不僅提高了聚乙烯的熱穩(wěn)定性，還提高了聚乙烯的光穩(wěn)定性、耐候性和阻燃性，還將碳納米管先進(jìn)行預(yù)處理分散在有機(jī)溶劑中，以有機(jī)鋯源采用水熱反應(yīng)對(duì)碳納米管進(jìn)行改性，制備的氧化鋯負(fù)載碳納米管，并且再利用聚酰胺蠟進(jìn)行二次改性，提高了抗沉積性，可以在高分子基體中具有良好的分散性作用，并且改性的填料提高了電纜的抗電枝老化、耐腐蝕、耐磨和抗氧化等方面的性能；利用馬來(lái)酸酐等制備出相容劑，并且添加酶解木質(zhì)素纖維和填料負(fù)載在相容劑里，提高了填料在聚乙烯中的相容性和補(bǔ)強(qiáng)性，改性相容劑的加入不僅改善了填料、增強(qiáng)樹(shù)脂與基體樹(shù)脂的相容性，改善了填料的分散狀態(tài)和增加了界面粘結(jié)力，減少界面應(yīng)力集中的發(fā)生，本發(fā)明制備的電纜具有優(yōu)良的耐候性、耐低溫性能及電氣性能，并且具有良好的抗撕裂、耐屈撓和耐磨籌物理機(jī)械性能，符合中低壓電力電纜的電氣性能，值得推廣。
具體實(shí)施方式
一種抗電枝老化型交聯(lián)聚乙烯電力電纜，由內(nèi)而外依次包括線芯（導(dǎo)體）、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層四部分組成；其中，保護(hù)層是由下列重量份（公斤）的原料制備制成：氧化鑭6.5、氫氧化鈉3.8、異辛酸17、200號(hào)溶劑油22、異辛酸鋅1.5、油酸鈣2、聚乙二醇400 2、水滑石1.4、硅溶膠4、42號(hào)溶劑油18、低密度聚乙烯90、馬來(lái)酸酐3、TBPO引發(fā)劑0.2、BIPB交聯(lián)劑1、聚酰胺蠟2、乙烯基硅油3、正丙醇鋯2、聚氯丁二烯樹(shù)脂7、聚己酸內(nèi)醋20、聚酰胺蠟0.5、促進(jìn)劑DM0.5、碳納米管6、酶解木質(zhì)素纖維5、去離子水適量。
所述一種抗電枝老化型交聯(lián)聚乙烯電力電纜，由以下具體步驟制備制成：
（1）將氧化鑭用適量的濃鹽酸溶解，再按照質(zhì)量體積比g：mL1：8加入去離子水，除去沉淀后加入異辛酸和200號(hào)溶劑油，開(kāi)始攪拌，升高溫度至80℃，再加入40wt%氫氧化鈉水溶液，滴加完成后保溫40min，冷卻至室溫后，靜置分層，將油層洗滌至不含氯離子，減壓脫水得到異辛酸鑭備用；
（2）將硅溶膠、聚乙二醇400混合加到6倍量的無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后加入水滑石細(xì)粉，超聲分散均勻，再將異辛酸鋅、油酸鈣、42號(hào)溶劑油和步驟（1）制備的產(chǎn)物加到上述混合物中，升高溫度至110℃回流反應(yīng)2h，降低溫度至50℃時(shí)減壓抽濾除去固體雜質(zhì)，自然冷卻至室溫；
（3）將碳納米管按照質(zhì)量體積比1g：10ml加到20%的氫氧化鈉溶液中，攪拌30min后過(guò)濾，濾液用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2，攪拌后再次過(guò)濾，固體用去離子水洗滌成中性后烘干至恒重，再將處理后的碳納米管加到7倍量的二甲基亞砜中，加入正丙醇鋯在110℃下反應(yīng)4h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥，再加入聚酰胺蠟熔融攪拌混合，在置于烘箱中105℃下烘干，冷卻后粉碎至微粉；
（4）將15%低密度聚乙烯、乙烯基硅油和馬來(lái)酸酐按照配料比加到高速混合機(jī)中攪拌均勻，再向混合物中加入酶解木質(zhì)素纖維、步驟（3）制備的產(chǎn)物和TBPO引發(fā)劑在捏合機(jī)中捏合，充分混合后用擠出機(jī)擠出，擠出機(jī)溫度設(shè)置為135℃，得到改性相容劑備用；
（5）將剩余的低密度聚乙烯、聚己酸內(nèi)醋、步驟（2）制備的產(chǎn)物、步驟（4）制備的產(chǎn)物和除BIPB交聯(lián)劑以外其余剩余的物料混合，在轉(zhuǎn)矩流變儀上熔融復(fù)合，制得納米復(fù)合物，再將納米復(fù)合物和BIPB交聯(lián)劑在開(kāi)煉機(jī)上熔融共混，然后在平板硫化機(jī)中將復(fù)合物在溫度為140℃，壓力為15MPa下熱壓成型即得。
按照實(shí)施例制備的電力電纜料，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：
拉伸強(qiáng)度（MPa）：36；斷裂伸長(zhǎng)率（%）：474；沖擊強(qiáng)度（J/m）：384；體積電阻率（Ω?cm）：6.3×105；介電強(qiáng)度（MV/m）：26；氧指數(shù):33。