ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1998 года по МПК H01B3/00 H01B1/24 H02G15/04 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может найти применение в электроизоляционных материалах, используемых при изготовлении изделий, предназначенных для оконцевания и соединения силовых электрических кабелей.

Известен композиционный материал, содержащий продукт сополимеризации этилена с α-олефином и сополимер этилена с винилацетатом [1].

Электроизоляционная оболочка, изготовленная из известного композиционного материала, не обеспечивает равномерного распределения электрического напряжения вдоль стыка высоковольтного кабеля.

Известен полупроводящий полимерный композиционный материал, содержащий термопластичный полимер, токопроводящий наполнитель в виде сажистого углерода и диэлектрический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью [2].

Равномерное распределение электрического напряжения в известном материале обеспечивается за счет введения в полимер большого количества токопроводящего наполнителя, что приводит к снижению удельного объемного сопротивления известного композиционного материала и к ухудшению его электроизоляционных свойств.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении электрического сопротивления композиционного материала при обеспечении равномерного распределения электрического напряжения.

Для решения этой задачи в отличие от известного полимерного композиционного материала, содержащего термопластичный полимер, токопроводящий наполнитель в виде сажистого углерода и диэлектрический неорганический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью, предлагаемый материал в качестве диэлектрического неорганического наполнителя содержит неорганический наполнитель с диэлектрической проницаемостью ε = 150 - 15000, причем суммарное содержание сажистого углерода и неорганического наполнителя составляет 30 - 40 мас. ч. на 100 мас. ч полимера, а каждый из этих наполнителей содержится в количестве не менее 10 мас ч. на 100 мас. ч. полимера.

В предлагаемом композиционном материале могут быть использованы термопластичные полимеры с объемным удельным сопротивлением ρ_v = 10¹³ - 10¹⁷ Ом•см, например полиолефины и/или их сополимеры.

В качестве диэлектрического наполнителя может быть использована двуокись титана и/или спек титаната бария с удельной поверхностью не менее 2300 см²/г.

Из предлагаемого композиционного материала путем ориентационной вытяжки могут быть изготовлены термоусадочные электроизоляционные оболочки. Для их изготовления полимер в составе композиционного материала может быть сшит ионизирующим излучением с образованием гель-фракции с массовым содержанием в полимере 30 - 70%. Указанный диапазон сшивания композиционного материала необходим для обеспечения возможности его вторичного формования (ориентации) при температуре, превышающей температуру плавления несшитого композиционного материала.

Наличие в предлагаемом композиционном материале сажистого углерода в количестве до 30 мас. ч. позволяет получить композиционный материал с удельным объемным сопротивлением ρ_v = 10 ¹⁰ - 10¹² Ом•см. При этом частицы неорганического наполнителя, имеющие высокую диэлектрическую проницаемость, обеспечивают дополнительный перенос заряда за счет увеличения емкостной проводимости внутри композиционного материала, что позволяет создать в нем равномерное распределение напряженности электрического поля.

Кроме того, в области величин удельного объемного сопротивления ρ_v = 10¹⁰ - 10¹² Ом•см обеспечивается устойчивое получение полимерного композиционного материала с заданными электроизоляционными свойствами, так как в этой области не оказывают существенного влияния на изменение его активного сопротивления неоднородности и микродефекты полимера.

Сшивка ионизирующим излучением предлагаемого композиционного материала позволяет дополнительно повысить его емкостную проводимость, что приводит в предлагаемом сшитом материале к дополнительному снижению неравномерности распределения напряженности электрического поля.

Ориентация предлагаемого сшитого полимерного композиционного материала при температуре, превышающей температуру плавления несшитого полимера, входящего в состав композиционного материала, позволяет получать термоусадочные электроизоляционные оболочки, имеющие большое удельное объемное сопротивление и обеспечивающие равномерное распределение напряженности электрического поля вдоль этих оболочек.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами конкретного исполнения.

Предлагаемый композиционный материал может быть получен путем введения сажистого углерода и спека титаната бария с удельной поверхностью 2300 см²/г в расплав термопластичного полимера, например сэвилена. Суммарное количество вводимого сажистого углерода и спека титаната бария должно быть в пределах 30 - 40 мас. ч. на 100 мас. ч. сэвилена. При этом сажистого углерода и титаната бария должно быть не менее 10 мас. ч. каждого на 100 мас. ч. сэвилена. Из предлагаемого композиционного материала была изготовлена электроизоляционная оболочка длиной 150 мм для изоляции стыка силового электрического кабеля при подаваемом напряжении 30 кВ. Материал этой оболочки был предварительно сшит ионизирующим излучением до образования 30 - 70% гель-фракции. После сшивки материал оболочки был подвергнут ориентационной вытяжке при температуре 130 - 150^oC.

При различном массовом содержании углерода и спека титаната бария в предлагаемом композиционном материале были получены результаты, приведенные в таблице.

Результаты, аналогичные результатам, приведенным в таблице, были получены при использовании в предлагаемом композиционном материале полиэтилена в качестве термопластичного полимера, а также двуокиси титана в качестве неорганического наполнителя.

Изобретение относится к электроизоляционным материалам, используемым в кабельной промышленности. Полимерный композиционный материал содержит термопластичный сополимер, сажистый углерод в качестве токопроводящего наполнителя и неорганический наполнитель с диэлектрической проницаемостью ε = 150-15000 при суммарном содержании указанных наполнителей 30-40 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера, а содержание каждого из наполнителей не менее 10 мас.ч. на 100 мас. ч. полимера. В качестве неорганического наполнителя используют спек титаната бария с удельной поверхностью не менее 2300 см²/г. Полимерный композиционный материал может быть дополнительно сшит ионизирующим излучением, причем масса гель-фракции составляет 30-70% по отношению к массе полимера. Полимерный материал может быть дополнительно ориентирован при температуре, превышающей температуру плавления несшитого материала, но ниже температуры деструкции сшитого полимера. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Полимерный композиционный материал, содержащий термопластичный полимер, токопроводящий наполнитель в виде сажистого углерода и неорганический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью, отличающийся тем, что в качестве неорганического наполнителя содержит неорганический наполнитель с диэлектрической проницаемостью 150 - 15000, причем суммарное содержание сажистого углерода и неорганического наполнителя составляет 30 - 40 мас.ч. на 100 мас. ч. полимера, а каждый из этих наполнителей содержится в количестве не менее 10 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического наполнителя содержит спек титаната бария с удельной поверхностью не менее 2300 см²/г. 3. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно сшит ионизирующим излучением, причем масса гель-фракции составляет 30 - 70% по отношению к массе полимера, входящего в состав композиционного материала. 4. Материал по п.3, отличающийся тем, что дополнительно ориентирован при температуре, превышающей температуру плавления несшитого полимера, но ниже температуры деструкции сшитого полимера.