本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有抑制電樹枝生長能力的納米介孔聚合物，更具體地，涉及具有抑制電樹生長功能的聚合物以及制備聚合物的方法。

背景技術(shù)：

高壓絕緣材料因長期工作在強電場下，因此易絕緣老化甚至被擊穿破壞。常見的絕緣材料通常采用高分子材料及其復(fù)合物，而上述高分子材料的絕緣老化或其擊穿破壞通常表現(xiàn)為電樹枝的形式。電樹枝是一種具有樹枝狀分形結(jié)構(gòu)的微放電缺陷，這種放電通道在強電場和高溫下會迅速貫穿絕緣層并最終導(dǎo)致?lián)舸┖徒^緣失效。因此，抑制電樹枝的形成和發(fā)展，提高工程絕緣材料的耐久度，延長高壓設(shè)備的工作壽命，是高壓絕緣材料需要解決的重要問題。

目前抑制電樹枝生長的方法，通常為利用摻雜技術(shù)，在聚合物基材中摻雜一定濃度的絕緣顆粒。最初的摻雜物多為絕緣強度較高的微米級氧化物顆粒，如氧化鋁，氧化鎂，氧化硅等。所得到的聚合物基復(fù)合材料雖然能夠在某些性能上得到提升，但微米級摻雜往往帶來其他性能的降低，如介電損耗和擊穿強度降低等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米顆粒也被摻雜與聚合物中用于防止電樹枝的形成。

然而，目前抑制絕緣聚合物電樹枝生長的技術(shù)仍有待改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：

目前基于納米顆粒摻雜的絕緣聚合物，常常存在防電擊穿性能不理想的情況。發(fā)明人經(jīng)過深入研究以及大量實驗發(fā)現(xiàn)，這是由于納米顆粒由于尺寸較小，因此具有較大的表面能，摻雜濃度高時容易在基材中形成微米級團塊，因此實際獲得的是具有微米顆粒摻雜的聚合物，從而造成聚合物擊穿強度等性能不理想；而當(dāng)納米顆粒摻雜濃度低時難以在材料中對電樹枝的生長延伸路徑進行有效的阻擋，從而防電擊穿性能不理想。

有鑒于此，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了具有抑制電樹生長功能的一種聚合物。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該聚合物包括：本體，所述本體為絕緣聚合物；以及納米顆粒，所 述納米顆粒分散于所述本體中，且所述納米顆粒具有介孔結(jié)構(gòu)。由此，可利用納米顆粒中的介孔結(jié)構(gòu)增加納米顆粒與本體之間的相界面區(qū)域，改善納米顆粒摻雜過程中的團聚問題，并且可以利用介孔結(jié)構(gòu)有效吸附電樹老化產(chǎn)物中的氣體分子，從而緩解電樹區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力，從而減緩電樹生長。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述納米顆粒含有二氧化硅、硅酸鹽、硅鋁酸鹽、磷酸鹽以及金屬氧化物的至少之一。由此，可以利用上述制備工藝成熟、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且成本低廉的物質(zhì)形成納米顆粒。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述納米顆粒進一步包括：填充材料，所述填充材料填充在所述介孔結(jié)構(gòu)中，所述填充材料含有聚乙烯亞胺、n-甲基二乙醇胺(mdea)以及三乙烯硫代磷酸胺(tepa)的至少之一。利用上述有機胺類物質(zhì)構(gòu)成填充材料，可以加強納米顆粒吸附電樹老化產(chǎn)物中的酸性氣體分子的能力，從而可以增強該聚合物抗絕緣老化的能力。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于所述聚合物的總質(zhì)量，所述納米顆粒的含量為0.1～0.5wt％。由于上述納米顆粒中含有介孔結(jié)構(gòu)，具有更大的相界面區(qū)域，因此，可以通過較低的摻雜濃度，實現(xiàn)抑制電樹生長。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種制備前面所述的聚合物的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：(1)將納米顆粒以及本體混合，以便獲得混合物；以及(2)對所述混合物進行熔融共混處理，以便獲得所述聚合物。由此，可以簡便地獲得根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物，并利用熔融共混制備過程中較高的熔融溫度，除去納米顆粒的介孔中有可能吸附的雜質(zhì)，從而可以提高該聚合物的防電樹生長性能。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在步驟(1)之前，進一步包括：在所述納米顆粒的所述介孔結(jié)構(gòu)中填充填充材料。由此，可以利用上述有機胺類物質(zhì)構(gòu)成的填充材料，加強納米顆粒吸附電樹老化產(chǎn)物中的酸性氣體分子的能力，從而可以增強該聚合物抗絕緣老化的能力。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在所述納米顆粒的所述介孔結(jié)構(gòu)中填充所述填充材料是通過下列步驟完成的：(a)將所述納米顆粒加入到填充材料溶液中進行浸漬處理；(b)經(jīng)過所述浸漬處理的納米顆粒進行低溫蒸發(fā)處理，以便在所述納米顆粒的所述介孔結(jié)構(gòu)中填充所述填充材料。由此，可以簡便地將填充材料填充到納米顆粒的介孔結(jié)構(gòu)中。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述填充材料溶液包含所述填充材料以及溶劑，所述溶劑含有甲醇、乙醇、氯仿、二甲基甲酰胺以及丙酮的至少之一。由此，可以利用上述溶劑分子量小、易揮發(fā)的特點，簡便地在低溫蒸發(fā)處理過程中除去。

附圖說明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的聚合物的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的納米顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的納米顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制備聚合物的方法的流程圖；

圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的制備聚合物的方法的流程圖；以及

圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電樹老化性能測試的樣品結(jié)構(gòu)圖。

附圖標記：

100：本體

10：納米顆粒

20：介孔結(jié)構(gòu)

30：填充材料。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種具有抑制電樹生長功能的聚合物。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖1以及圖2，該聚合物包括：本體100以及納米顆粒10。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，本體100為絕緣聚合物，納米顆粒10分散在本體100中，且納米顆粒10具有介孔結(jié)構(gòu)20。由此，可利用納米顆粒中的介孔增加納米顆粒與本體之間的相界面區(qū)域，改善納米顆粒摻雜過程中的團聚問題，并且可以利用介孔通道有效吸附電樹老化產(chǎn)物中的氣體分子，從而緩解電樹區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力，從而減緩電樹生長。

發(fā)明人經(jīng)過深入研究以及大量實驗發(fā)現(xiàn)，在上述微放電缺陷區(qū)域，由于電樹老化產(chǎn)物的存在，使得該區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力均大于聚合物中的完好區(qū)域，因此上述微放電缺陷區(qū)域極易生長，并最終導(dǎo)致絕緣聚合物的擊穿。而上述電樹老化產(chǎn)物，多為酸性氣體分子，由于聚合物中的上述氣體分子無法排出聚合物本體，從而造成具有微放電區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力較大。傳統(tǒng)的具有抑制電樹生長功能的聚合物，通過在聚合物中摻雜具有高絕緣強度的無機物顆粒，在形成電樹的微放電缺陷生長的路徑上形成“障礙”，實現(xiàn)阻擋或者延緩電樹的生長。發(fā)明人經(jīng)過深入研究以及大量實驗發(fā)現(xiàn)，采用微米顆粒進行摻雜的傳統(tǒng)的具有抑制電樹生長功能的聚合物中，常常出現(xiàn)摻雜后聚合物整體的介電損耗以及擊穿強度等性能下降的問題，而這一問題主要是由于引入了尺寸較大的微米顆粒，從而影響了聚合物材料整體的性能。而如果降低摻雜顆粒的尺寸，采用納米顆粒進行摻雜來實現(xiàn)抗電樹生長，則會出現(xiàn)納米顆粒摻雜濃度難以調(diào)控的問題。如前所述，由于納米顆粒尺寸較小，表面能較大，摻雜濃度高時會導(dǎo)致納米顆粒團聚形成微米級團塊，從而對聚合 物整體的性能造成影響；而當(dāng)摻雜濃度較低時，則無法在微缺陷周圍形成足夠多的“障礙”阻擋電樹的生長。并且，上述利用微米顆?；蛘呒{米顆粒進行摻雜的聚合物，并不能解決電樹老化產(chǎn)物中的氣體分子不能排出聚合物本體所帶來的問題。

基于發(fā)明人的上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用具有介孔尺度(50-2nm)孔道結(jié)構(gòu)的納米級無機物顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的納米顆粒。由于具有介孔結(jié)構(gòu)20的納米顆粒10具有極大的比表面積，根據(jù)本發(fā)明的聚合物能夠引入比傳統(tǒng)納米復(fù)合材料更多的相界面區(qū)域，通過增強納米顆粒吸附電樹老化產(chǎn)物的能力，實現(xiàn)抑制電樹的生長。因而，根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物可以通過更低的摻雜濃度實現(xiàn)抑制電樹生長，并解決了納米顆粒在摻雜過程中團聚的問題。并且，具有較小尺寸以及較低濃度的納米顆粒10也不會對聚合物本體100的性能造成負面影響。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，納米顆粒10依靠具有介孔結(jié)構(gòu)20的疏松框架結(jié)構(gòu)與本體100相互貫穿，利用納米顆粒10較強的絕緣強度，能夠有效地阻擋電樹枝缺陷的形成和發(fā)展。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，納米顆粒10可以含有二氧化硅、硅酸鹽、硅鋁酸鹽、磷酸鹽以及金屬氧化物的至少之一。參考圖2，在上述納米級(粒徑為100nm～200nm或更小)的無機物形成的納米顆粒10中，存在介孔結(jié)構(gòu)20。例如，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，可以采用介孔硅、沸石等作為納米顆粒10，此類材料的制備工藝較為成熟且成本較低，目前主要有水熱合成法，水熱轉(zhuǎn)化法和離子交換法等。由此，可以利用上述制備工藝成熟、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且成本低廉的物質(zhì)形成納米顆粒。并且，上述無機材料形成的納米顆粒10具有較強的絕緣強度，因此可以起到良好的防止電擊穿以及抑制電樹生長的作用。在制備根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物的過程中，具有介孔結(jié)構(gòu)20的納米顆粒10由于具有多孔結(jié)構(gòu)，使得本體100的聚合物分子鏈能夠伸入介孔結(jié)構(gòu)中并與之形成互穿網(wǎng)絡(luò)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較好的無機-有機兩相相容性，并進一步提高材料的各方面性能。因此，對于根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物，不需要對納米顆粒10進行特別的化學(xué)修飾就可以得到較好的分散性。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于聚合物的總質(zhì)量，納米顆粒10的含量為0.1～0.5wt％。如前所述，由于根據(jù)本發(fā)明實施例的納米顆粒10中含有介孔結(jié)構(gòu)20，因此可以引入比傳統(tǒng)納米復(fù)合材料更多的相界面區(qū)域，通過增強納米顆粒吸附電樹老化產(chǎn)物的能力，實現(xiàn)抑制電樹的生長。由此，可以通過較低的摻雜濃度，實現(xiàn)抑制電樹生長。

需要說明的是，在本發(fā)明中，構(gòu)成聚合物本體100的具體材料不受特別限制，本體100可以為本領(lǐng)域常用的絕緣材料，例如，可以為絕緣的高分子材料，具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，本體100可以為低密度聚乙烯(ldpe)、交聯(lián)聚乙烯(xlpe)、環(huán)氧樹脂以及聚丙烯(pp)等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需求，選擇適當(dāng)?shù)慕^緣聚合物形成根據(jù)本發(fā)明實施例的本體100。

為了進一步提高納米介孔復(fù)合材料的絕緣性能，特別是高溫運行條件下的絕緣性能，根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖3，納米顆粒10還可以進一步包括填充材料30。發(fā)明人經(jīng)過深入研究以及大量實驗發(fā)現(xiàn)，具有介孔結(jié)構(gòu)的納米材料，例如介孔分子篩等，在高溫條件下吸附能力有限，常溫下吸附的氣體分子在溫度升高后也會脫附，因此針對高溫運行條件，如大容量輸電電纜等，納米顆粒10吸附的電樹老化產(chǎn)物氣體分子容易脫附回到本體100中。發(fā)明人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，采用有機胺作為化學(xué)填充劑，在介孔結(jié)構(gòu)20中形成填充材料30，可以利用其在一定溫度范圍內(nèi)對電樹老化的酸性氣體產(chǎn)物(主要是二氧化碳)進行穩(wěn)定的吸附。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，填充材料30可以由選自聚乙烯亞胺、n-甲基二乙醇胺(mdea)以及三乙烯硫代磷酸胺(tepa)的至少之一形成的，且填充材料30填充在介孔結(jié)構(gòu)20中。通過向納米顆粒10的介孔結(jié)構(gòu)20中添加有特定官能基團的填充材料30，可以實現(xiàn)對聚合物電樹老化產(chǎn)物的穩(wěn)定吸附。上述有機胺類材料形成的填充材料30，能夠加強納米顆粒10吸附酸性電樹老化氣體產(chǎn)物的能力，從而可以提高根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物抑制電樹枝生長的能力。需要說明的是，為了保證具有填充材料30的聚合物的整體性能以及抗電擊穿能力，形成填充材料30的材料需要具有相對較低的分子量和較好的熱穩(wěn)定性。由于目前常采用熔融共混技術(shù)制備含有摻雜顆粒的聚合物，因此較小的分子量以及較好的熱穩(wěn)定性有利于保證熔融共混技術(shù)的制備過程不會對含有填充材料30的聚合物造成負面影響。例如，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，通過二氧化碳氛圍下的熱重分析(tga)，聚乙烯亞胺(pei)在擠塑電纜的工作溫度(60～150℃)范圍內(nèi)表現(xiàn)出明顯的二氧化碳吸收峰，而在擠塑電纜的加工成型溫度(180～200℃)下二氧化碳會再次脫附。因此用pei作為填充材料30可以在電纜運行溫度下實現(xiàn)電樹微缺陷降解產(chǎn)物(二氧化碳)的穩(wěn)定吸附，同時該填充材料30可以保證在正常的擠塑加工過程后保持活性。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物具有以下特征以及優(yōu)點：

1、通過具有介孔結(jié)構(gòu)的納米顆粒摻雜，可以利用介孔結(jié)構(gòu)增加納米顆粒與本體之間的相界面區(qū)域，改善納米顆粒摻雜過程中的團聚問題。

2、利用介孔結(jié)構(gòu)能夠有效吸附電樹老化產(chǎn)物中的氣體分子，從而緩解電樹區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力，減緩電樹生長。

3、根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物中，納米顆粒含量低，可以通過低濃度摻雜實現(xiàn)有效的抗擊穿、延緩電樹生長，從而可以提高該聚合物在強電場工作條件下的性能。

4、根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物，在具有較好的抗擊穿、延緩電樹生長能力的前提下，能夠保證聚合物自身的性能不受影響。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種制備前面所述的聚合物的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖4，該方法包括：

s100混合

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在該步驟中，將納米顆粒以及本體混合。其中，該納米顆粒具有介孔結(jié)構(gòu)。由此，可利用納米顆粒中的介孔結(jié)構(gòu)增加納米顆粒與本體之間的相界面區(qū)域，改善納米顆粒摻雜過程中的團聚問題，并且可以利用介孔結(jié)構(gòu)有效吸附電樹老化產(chǎn)物中的氣體分子，從而緩解電樹區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力，從而減緩電樹生長。關(guān)于納米顆粒的具體組成以及結(jié)構(gòu)，前面已經(jīng)進行了詳細的描述，在此不再贅述。

為了進一步提高利用該方法制備的聚合物防止電擊穿、延緩電樹生長的能力，根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖5，在步驟(1)之前還可以進一步包括：

s10填充填充材料

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在該步驟中，在納米顆粒的介孔結(jié)構(gòu)中填充填充材料。由此，可以利用上述有機胺類物質(zhì)構(gòu)成的填充材料，加強納米顆粒吸附電樹老化產(chǎn)物中的酸性氣體分子的能力，從而可以增強該聚合物抗絕緣老化的能力。關(guān)于填充材料的具體種類以及作用，前面已經(jīng)進行了詳細的描述，在此不再贅述。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，填充材料可以通過下列步驟設(shè)置：

(a)浸漬處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在該步驟中，將納米顆粒加入到填充材料溶液中進行浸漬處理。具體地，配制含有填充材料的溶液，將納米顆粒浸入該溶液中，進行攪拌浸漬處理。其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，含有填充材料的溶液的溶劑的具體組成不受特別限制，只要與填充材料具有較好的相容性，且溶劑分子本身易揮發(fā)，便于在后續(xù)處理中利用簡單的干燥等操作除去即可。例如，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，溶劑可以采用甲醇、乙醇、氯仿、二甲基甲酰胺以及丙酮的至少之一。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在上述填充材料溶液中，填充材料的含量可以為10～50wt％，浸漬的時間可以為30～60分鐘。上述溶劑與填充材料具有較好的相容性，且溶劑分子較小，易揮發(fā)，便于后續(xù)步驟中除去溶劑獲得根據(jù)本發(fā)明實施例的納米顆粒。

(b)低溫蒸發(fā)處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在該步驟中，采用低溫蒸發(fā)處理經(jīng)過浸漬處理的納米顆粒，除去所述填充材料溶液中的溶劑，以便獲得納米顆粒。具體地，過濾含有納米顆粒的填充材料溶液，獲得浸漬有填充材料的納米顆粒，然后通過蒸發(fā)，除去殘留的溶劑。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例，干燥溫度可以為50～75攝氏度。由此，可以簡便地將填充材料填充到納米顆粒的介孔結(jié)構(gòu)中。

s200熔融共混

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在該步驟中，利用熔融共混技術(shù)，獲得根據(jù)本發(fā)明實施例的聚 合物。由此，可以利用熔融共混制備過程中較高的熔融溫度，除去納米顆粒的介孔中有可能吸附的雜質(zhì)，從而可以提高該聚合物的防電樹生長性能。具體地，可以將納米顆粒以及聚合物本體組成的混合物，通過熔融共混，形成根據(jù)本發(fā)明的聚合物。關(guān)于形成根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物本體的具體材料，前面已經(jīng)進行了詳細的描述，在此不再贅述。在聚合物本體以及納米顆粒的混合物中，納米顆粒的含量可以為0.1～0.5wt％。如前所述，由于根據(jù)本發(fā)明實施例的納米顆粒中含有介孔結(jié)構(gòu)，因此可以引入比傳統(tǒng)納米復(fù)合材料更多的相界面區(qū)域，通過增強納米顆粒吸附電樹老化產(chǎn)物的能力，實現(xiàn)抑制電樹的生長。由此，可以通過較低的摻雜濃度，實現(xiàn)抑制電樹生長。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的方法具有以下特征以及優(yōu)點：

1、通過具有介孔結(jié)構(gòu)的納米顆粒摻雜，可以利用介孔結(jié)構(gòu)增加納米顆粒與本體之間的相界面區(qū)域，改善納米顆粒摻雜過程中的團聚問題。

2、利用介孔結(jié)構(gòu)能夠有效吸附電樹老化產(chǎn)物中的氣體分子，從而緩解電樹區(qū)域的電氣應(yīng)力以及機械應(yīng)力，減緩電樹生長。

3、根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物中，納米顆粒含量低，可以通過低濃度摻雜實現(xiàn)有效的抗擊穿、延緩電樹生長，從而可以提高該聚合物在強電場工作條件下的性能。

4、根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物，在具有較好的抗擊穿、延緩電樹生長能力的前提下，能夠保證聚合物自身的性能不受影響。

5、該方法加工步驟簡便、生產(chǎn)成本低廉，有利于利用該方法制備的聚合物的大范圍推廣。

下面通過具體實施例對本發(fā)明進行說明，需要說明的是，下面的具體實施例僅僅是用于說明的目的，而不以任何方式限制本發(fā)明的范圍，另外，如無特殊說明，則未具體記載條件或者步驟的方法均為常規(guī)方法，所采用的試劑和材料均可從商業(yè)途徑獲得。

實施例1制備含有納米顆粒的聚合物

采用聚丙烯(pp)作為聚合物本體，粒徑為100-200納米的mcm-41介孔二氧化硅為納米顆粒。將介孔二氧化硅與pp混合，混合物中介孔二氧化硅的含量為0.5wt％。設(shè)置熔融共混溫度為200攝氏度。將上述混合物置于密煉機中，設(shè)置轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，密煉時間10分鐘。由此，獲得pp/mcm-41聚合物。

實施例2制備含有填充材料以及納米顆粒的聚合物

采用粒徑為100-200納米的mcm-41介孔二氧化硅為納米顆粒。

采用甲醇以及聚乙烯亞胺配置50wt％的pei溶液，將粒徑為100-200納米的mcm-41介孔二氧化硅浸入pei溶液中，在室溫下浸漬攪拌30分鐘。過濾后在50攝氏度下干燥除 去甲醇溶劑，獲得具有pei填充的納米顆粒。

將具有pei填充的納米顆粒與pp混合，混合物中介孔二氧化硅的含量為0.5wt％。設(shè)置熔融共混溫度為200攝氏度。將上述混合物置于密煉機中，設(shè)置轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，密煉時間10分鐘。由此，獲得pp/mcm-41-pei聚合物。

對比例1制備含有實心二氧化硅納米顆粒的聚合物

制備方法同實施例1，所不同的是，采用與介孔納米顆粒粒徑相近(200～300nm)的實心二氧化硅作為納米顆粒進行摻雜?；旌衔镏袑嵭亩趸璧暮恳矠?.5wt％。對比例2制備含有實心二氧化硅納米顆粒的聚合物

為了考察體積摻雜百分比對于聚合物電樹老化性能的影響，發(fā)明人對實施例1以及實施例2中使用的介孔二氧化硅納米顆粒的孔隙率進行了檢測。由氮氣吸脫附法測定的所用mcm-41介孔材料的孔容約為0.3ml/g，考慮到二氧化硅的密度約為2.2g/cm³，介孔二氧化硅納米顆粒的密度為2.2/(1+0.3×2.2)＝1.33g/cm³。由此，計算得出介孔二氧化硅納米顆粒以及實心二氧化硅納米顆粒的密度比為1:1.66。因此，當(dāng)聚合物中實心二氧化硅納米顆粒的體積百分比0.83％時，與實施例1以及實施例2中摻雜介孔二氧化硅納米顆粒的體積摻雜百分比相似。

因此，對比例2的制備方法同實施例1，所不同的是，采用與介孔納米顆粒粒徑相近(200～300nm)的實心二氧化硅作為納米顆粒進行摻雜?；旌衔镏袑嵭亩趸璧捏w積百分比為0.83％。

電樹老化性能測試：

采用無規(guī)共聚聚丙烯pp-r/4220(燕山石油化工有限公司提供)作為對照，對對比例1、對比例2、實施例1以及實施例2中制備的聚合物延緩電樹老化性能進行測試。用于電樹老化的樣品通過平板硫化機和鋼模熱壓成型制得。熱壓前，將不銹鋼針電極插入一塊導(dǎo)電橡膠，并與樣品材料一同預(yù)埋在鋼模中，導(dǎo)電橡膠便于外接電極的接觸，所得樣品示結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中，壓膜獲得的樣品為長方體型，長15mm，寬3mm，高20mm。導(dǎo)電膠位于長方體樣品頂部，與導(dǎo)電膠連接的針電極的底部距離長方體樣品的底部距離為7mm。

在本實施例的電樹試驗中，上述樣品加持在兩塊平板電極之間，電極與導(dǎo)電橡膠接觸，另一電極接地。試驗中所施加的電壓為工頻50hz交流30kv。為了驗證所述材料在實際電力電纜運行高溫條件(60～90℃)下抑制電樹老化的能力，電樹老化實驗需要在高溫條件下進行。此外，起樹實驗是衡量絕緣材料耐電樹老化性能的重要指標，而起樹過程需要通過光學(xué)顯微鏡持續(xù)觀測才能得到，難以在高溫條件下實施。因此，本實施例采用兩種電樹老化試驗分別研究電樹起樹和高溫條件下的電樹老化特性。

電樹實驗i：在室溫下持續(xù)觀測樣品電樹老化的各個階段(包括起樹階段，電樹生長， 以及電樹枝化)，分別得到不同樣品在電樹起始、電樹生長至250微米(單一電樹通道生長)，以及電樹生長至375微米(電樹通道出現(xiàn)明顯枝化)時所需要的時間。

電樹實驗ii：在80℃高溫條件下，將不同樣品加壓老化1，2，5，10，20分鐘后，記錄最長電樹枝的尺寸，代表樣品的老化程度。

實驗結(jié)果表明，實施例1以及實施例2，即摻雜了介孔二氧化硅材料的納米復(fù)合物(pp/mcm-41-pei和pp/mcm-41)，比純pp基材以及對比例1和對比例2的實心二氧化硅納米顆粒的復(fù)合材料(pp/sio2)均表現(xiàn)出更強的抑制電樹生長的能力，實施例1以及實施例2電樹尺寸的老化時間延長了2～5倍。高溫電樹實驗進一步驗證，負載有機胺的介孔納米顆粒能夠進一步抑制高溫下的電樹枝老化。相同的老化時間下，pp/mcm-41-pei復(fù)合材料比pp/mcm-41復(fù)合材料表現(xiàn)出了更低的劣化程度，前者電樹枝尺寸僅為后者的一半左右。

電氣擊穿性能測試：

復(fù)合材料的介電強度，主要通過對薄膜樣品的電氣擊穿實驗來表征。首先采用平板硫化機和鋼模將所述pp及各種復(fù)合材料熱壓成厚度為60～80微米的薄膜，然后將薄膜樣品加持在直徑為1厘米的球-球電極之間并浸泡在硅油中，均勻升高電極電壓，在樣品擊穿瞬間由實驗系統(tǒng)自動記錄擊穿電壓值。本實施例進行了工頻交流擊穿和直流擊穿實驗，升壓速率分別為1kv有效值/秒和1kv/秒，實驗方法和裝置分別參照國際電工委員會標準iec60243-1:1998和iec60243-2:2001。

每個樣品進行30次擊穿實驗，計算得到擊穿場強后，篩選與平均值偏差小于一個標準差的數(shù)據(jù)(約20個數(shù)據(jù)點)作為有效實驗數(shù)據(jù)。根據(jù)國際電工委員會推薦的電氣絕緣擊穿數(shù)據(jù)處理指南iec-62539:2007，采用二參數(shù)weibull分布對數(shù)據(jù)進行擬合作圖，公式如下:

其中e為數(shù)據(jù)點的擊穿場強，α為63.2％概率特征值，β為weibull分布的形狀參數(shù)，用于表征實驗數(shù)據(jù)的離散性。由此可得到63.2％擊穿概率點對應(yīng)的擊穿場強，根據(jù)國際電工委員會電氣絕緣擊穿數(shù)據(jù)處理指南iec-62539:2007，該擊穿場強可以代表樣品的擊穿強度。

工頻交流擊穿實驗結(jié)果表明，實施例1以及實施例2的交流擊穿強度(α值)均在200～213kv/mm，差異不明顯?？梢哉J為納米摻雜對交流擊穿強度影響不大，本發(fā)明所述材料不會降低材料的交流擊穿強度。

直流擊穿實驗結(jié)果表明，摻雜負載有機胺的介孔納米顆粒的復(fù)合材料(實施例2)擊穿強度達到了將近550kv/mm，比純基材pp的直流擊穿強度提高了約18％。而摻雜相同質(zhì)量(對比例1)和體積百分比的同粒徑實心二氧化硅納米顆粒的復(fù)合材料(對比例2)，其擊 穿強度為470～490kv/mm，比純基材pp提高了不到5％。因此，本發(fā)明所述的納米介孔復(fù)合材料在直流擊穿強度方面遠高于傳統(tǒng)的納米復(fù)合材料。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。