基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜及其制备方法

1.本发明涉及聚丙烯薄膜技术领域，特别是涉及基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜及其制备方法。


背景技术：

2.高压直流金属化薄膜电容器作为高压直流输电系统的核心装备，在换流站中起着滤波、电压支撑、均压等重要作用。随着电压等级的升高，对于电容器用聚丙烯绝缘的耐压等级要求也逐渐提高，而击穿场强低、介质损耗高的绝缘问题则是聚丙烯薄膜面临的主要问题。灰分作为表征聚丙烯料杂质含量的一个关键性指标，在电场作用下易电离生成载流子，导致电导损耗增加，以及薄膜内局部电场畸变，引起击穿场强下降，最终可能造成绝缘故障，从而威胁到整个直流输电系统的安全稳定运行。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜及其制备方法，对聚丙烯薄膜的介电性能改善，提升薄膜击穿强度，降低其电导率，避免绝缘失效故障的发生。
4.为实现上述目的，本发明提供了基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜，包括聚丙烯和金属离子钝化剂。
5.优选的，所述金属离子钝化剂为mark cda-1、chel-180、naugard xl-1中的一种或多种。
6.基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜制备方法：s1、将金属离子钝化剂放入干燥装置中干燥，干燥温度40-60℃，干燥时间12-36h；
7.s2、将s1中干燥后的金属离子钝化剂放入乙醇溶液中，超声振荡0.5-3h，得到脱灰溶液；
8.s3、将s2中的脱灰溶液与聚丙烯混合，20-60℃下磁力搅拌0.5-2.5h，之后对混合物过滤干燥，得到脱灰聚丙烯；
9.s4、将s3中脱灰聚丙烯放入热压压片机中得到样品，定型时间5-20min，定型温度175-195℃，压强18-25mpa；
10.s5、保持s4中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至90-140℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到脱灰聚丙烯薄膜试样。
11.优选的，s2中金属离子钝化剂的用量为0.01-1g。
12.优选的，s5中脱灰聚丙烯薄膜试样的厚度为15-30μm。
13.因此，本发明采用上述方法的基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜及其制备方法，其有益效果为：
14.1、对聚丙烯薄膜的介电性能改善，提升薄膜击穿强度，降低其电导率，避免绝缘失效故障的发生；
15.2、通过金属离子钝化剂脱灰处理聚丙烯，金属离子钝化剂与灰分形成稳定的螯合
结构，改善薄膜的陷阱特性，减少离子型载流子，抑制载流子的运输，聚丙烯薄膜的介电性能得到改善；
16.3、通过金属离子钝化剂脱灰处理聚丙烯，操作简易且成本低廉。
17.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
18.图1是实施例1-3和对比例1的击穿强度测试图；
19.图2是实施例1-3和对比例1在不同测试电场和测试温度下的电导率图。
具体实施方式
20.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
21.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
22.实施例1
23.所用聚丙烯为海南石化生产的pph-t03。
24.s1、将mark cda-1放入干燥装置中干燥，干燥温度50℃，干燥时间24h。
25.s2、将s1中0.1g干燥后的mark cda-1放入100ml乙醇溶液中，超声振荡1h，得到脱灰溶液。
26.s3、将s2中的脱灰溶液与聚丙烯混合，40℃下磁力搅拌2.5h，之后对混合物过滤干燥，得到脱灰聚丙烯。
27.s4、将s3中脱灰聚丙烯放入热压压片机中得到样品，定型时间5min，定型温度180℃，压强20mpa。
28.s5、保持s4中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至120℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到脱灰聚丙烯薄膜试样。
29.对该实施例中的脱灰聚丙烯薄膜试样命名为mc-0.1-2.5-40，其中0.1为0.1gmark cda-1，2.5为脱灰时间2.5h，40为脱灰温度40℃。
30.实施例2
31.所用聚丙烯为海南石化生产的pph-t03。
32.s1、将chel-180放入干燥装置中干燥，干燥温度50℃，干燥时间24h。
33.s2、将s1中0.05g干燥后的chel-180放入100ml乙醇溶液中，超声振荡1h，得到脱灰溶液。
34.s3、将s2中的脱灰溶液与聚丙烯混合，30℃下磁力搅拌1.5h，之后对混合物过滤干燥，得到脱灰聚丙烯。
35.s4、将s3中脱灰聚丙烯放入热压压片机中得到样品，定型时间5min，定型温度180℃，压强20mpa。
36.s5、保持s4中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至120℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到脱灰聚丙烯薄膜试样。
37.对该实施例中的脱灰聚丙烯薄膜试样命名为ch-0.05-1.5-30，其中0.05为0.05g chel-180，1.5为脱灰时间1.5h，30为脱灰温度30℃。
38.实施例3
39.所用聚丙烯为海南石化生产的pph-t03。
40.s1、将naugard xl-1放入干燥装置中干燥，干燥温度50℃，干燥时间24h。
41.s2、将s1中0.05g干燥后的naugard xl-1放入100ml乙醇溶液中，超声振荡1h，得到脱灰溶液。
42.s3、将s2中的脱灰溶液与聚丙烯混合，30℃下磁力搅拌1.5h，之后对混合物过滤干燥，得到脱灰聚丙烯。
43.s4、将s3中脱灰聚丙烯放入热压压片机中得到样品，定型时间5min，定型温度180℃，压强20mpa。
44.s5、保持s4中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至120℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到脱灰聚丙烯薄膜试样。
45.对该实施例中的脱灰聚丙烯薄膜试样命名为nx-0.05-1.5-30，其中0.05为0.05g naugard xl-1，1.5为脱灰时间1.5h，30为脱灰温度30℃。
46.实施例4
47.对实施例1-3中的脱灰聚丙烯薄膜和对比例1中的聚丙烯薄膜试样进行击穿强度实验，结果如图1所示，可知金属离子钝化剂对实施例1-3中的脱灰聚丙烯薄膜试样的击穿强度有所改善。实施例2中的脱灰聚丙烯薄膜试样与对比例1中的聚丙烯薄膜试样对比可知，实施例2中的脱灰聚丙烯薄膜试样的击穿强度提升了34.9％，其改善效果最佳。
48.实施例5
49.对实施例1-3中的脱灰聚丙烯薄膜和对比例1中的聚丙烯薄膜试样在不同测试电场和不同测试温度下进行直流电导率测试，结果如图2所示，虽然实施例1-3中的脱灰聚丙烯薄膜和对比例1中的聚丙烯薄膜试样的电导率会随着测试电场或测试温度的提升而提高，但是，实施例1-3中的脱灰聚丙烯薄膜的增强程度明显低于对比例1中的聚丙烯薄膜试样的增强程度。可知，脱灰溶液使得脱灰聚丙烯薄膜试样的电导率受测试电场和测试温度变化的敏感性得到了显著的抑制。
50.对比例1
51.所用聚丙烯为海南石化生产的pph-t03。
52.s1、将聚丙烯放入热压压片机中得到样品，定型时间5min，定型温度180℃，压强20mpa。
53.s2、保持s1中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至120℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到聚丙烯薄膜试样。
54.对该对比例中的聚丙烯薄膜试样命名为pp0。
55.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，
尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜，其特征在于：包括聚丙烯和金属离子钝化剂。2.根据权利要求1所述的基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜，其特征在于：所述金属离子钝化剂为mark cda-1、chel-180、naugard xl-1中的一种或多种。3.根据权利要求1-2任一项所述的基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜制备方法，其特征在于：s1、将金属离子钝化剂放入干燥装置中干燥，干燥温度40-60℃，干燥时间12-36h；s2、将s1中干燥后的金属离子钝化剂放入乙醇溶液中，超声振荡0.5-3h，得到脱灰溶液；s3、将s2中的脱灰溶液与聚丙烯混合，20-60℃下磁力搅拌0.5-2.5h，之后对混合物过滤干燥，得到脱灰聚丙烯；s4、将s3中脱灰聚丙烯放入热压压片机中得到样品，定型时间5-20min，定型温度175-195℃，压强18-25mpa；s5、保持s4中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至90-140℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到脱灰聚丙烯薄膜试样。4.根据权利要求3所述的基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜制备方法，其特征在于：s2中金属离子钝化剂的用量为0.01-1g。5.根据权利要求3所述的基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜制备方法，其特征在于：s5中脱灰聚丙烯薄膜试样的厚度为15-30μm。

技术总结
本发明公开了基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜及其制备方法，S1、将金属离子钝化剂放入干燥装置中干燥；S2、将S1中干燥后的金属离子钝化剂放入乙醇溶液中得到脱灰溶液；S3、将S2中的脱灰溶液与聚丙烯混合，磁力搅拌，之后对混合物过滤干燥，得到脱灰聚丙烯；S4、将S3中脱灰聚丙烯放入热压压片机中得到样品；S5、保持S4中的压强不变，使用冷却装置将样品温度降至90-140℃，取出试样放置在自然环境中冷却至室温，得到脱灰聚丙烯薄膜试样。本发明采用上述方法的基于灰分脱除的高介电性能聚丙烯薄膜及其制备方法，对聚丙烯薄膜的介电性能改善，提升薄膜击穿强度，降低其电导率，避免绝缘失效故障的发生。绝缘失效故障的发生。绝缘失效故障的发生。


技术研发人员：肖萌 陈毓妍 杜伯学 张建航 刘浩梁 陈可 张梦蝶
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/11