CN101942142B - 110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法。所述方法是以乙烯-丙烯酸乙脂树脂为基础树脂，以导电炭黑为载体，加入抗氧剂，聚乙烯蜡、白油、乙二醇和硬脂酸锌，经混炼、挤出造粒、冷却和干燥后，再加入交联剂相互吸收和渗透，最后经沸腾床进行风送和干燥，最终制成一种颗粒状的交联聚乙烯绝缘电缆用半导电屏蔽料。本发明方法制备的屏蔽料具有较好的导电性能和较好的抗老化性、在材料细度上具备微粉超细的特点以及有良好的工艺挤出性能和极强的剥离粘结性。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法。主要用于110KV及以上电压等级的高压或超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆。属电缆材料领域。
(二)背景技术
110kv及以上电压等级的高压或超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆用半导电屏蔽料，由于其工作环境处于高电压，高电流中，要求其能平衡高电场，使电压保持稳定，这就要求屏蔽料和绝缘表面形成表面的光滑度达到超光滑效果，即每单位cm2中大于25nm的微粒不能大于2个。且由于屏蔽料接触铜芯，在高电流下，易被金属催化老化，致使其使用寿命短，这就要求屏蔽料具有较高的耐金属催化老化性能，从而延长其使用寿命。
现有的35KV及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆都采用乙烯醋酸乙烯酯为主要原料，加入一般导电炭黑及石蜡进行生产加工，产品性能远满足不了高压或超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆用半导电屏蔽料的需要。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有较好的导电性能和较好的抗老化性、以及有良好的工艺挤出性能和极强的剥离粘结性的超光滑的110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：它是以乙烯-丙烯酸乙脂树脂为基础树脂，以导电炭黑为载体，加入抗氧剂，聚乙烯腊、白油、乙二醇、偶联剂和硬脂酸锌，经混炼、挤出造粒、冷却和干燥后，再加入交联剂相互吸收和渗透，最后经沸腾床进行风送和干燥，最终制成一种颗粒状的交联聚乙烯绝缘电缆用半导电屏蔽料，所述各组份的投料重量份为：
所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、按上述配比将乙烯-丙烯酸乙酯树脂、导电炭黑、抗氧剂、聚乙烯蜡、白油、乙二醇、硬脂酸锌和偶联剂，加入翻斗式混炼机中，封闭混炼，混炼成熟胶；
步骤二、将混炼好的熟胶送入往复阶梯式挤出机上进行二次混炼和造粒，制成半导电屏蔽料，在造粒机出胶口采用两道过滤；
步骤三、用纯净水作为冷却介质，冷却屏蔽料，冷却水经过滤后重复使用；
步骤四、用离心式分离器对冷却后的半导电屏蔽料脱水后，再经过风管二次干燥；
步骤五、将二次干燥好的半导电屏蔽料加入高速混合器，再加入交联剂，进行混合；
步骤六、将步骤五混合好的半导屏蔽料经过沸腾床，再次进行风送和干燥。
所述乙烯-丙烯酸乙酯树脂的熔融指数为6，丙烯酸含量在15％重量百分比。
所述导电炭黑采用比利时产，其细度为300目及以上；优选为320目。
所述抗氧剂为4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸的混合物，其中双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸含量重量百分比为0.4-0.6％。
所述聚乙烯蜡的数均分子量为5000～7500。
所述白油采用7#工业白油。
所述偶联剂采用钛酸酯偶联剂。
所述交联剂采用过氧化二异丙苯。
所述两道过滤第一道过滤采用5层200目过滤网，第二道过滤采用4层350目过滤网。
乙烯-丙烯酸乙烯脂树脂是一种绝缘体，电阻系数在1014Ω·cm以上，要使这种材料从绝缘体变为半导体状态，需要加入合适的导电物质。这种导电物质主要是超细导电炭黑，为满足机械性能、耐热性能和抗老化等性能，还需加入抗氧剂、过氧化物交联剂。
本发明的有益效果是：
乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)树脂，是聚烯烃中韧性及柔度最大的一族。具有非同寻常的韧度和柔度。丙烯酸乙脂部分为共聚物提高柔度和极性，通常在聚合物的15-30％(wt)含量乙烯醋酸乙烯酯(EVA)树脂相比同为乙烯共聚物，EEA有很好的热稳定性和极高的剥离强度，并属于非腐蚀性降解产品。高压电缆主要是铜导体，最怕有腐蚀性(氧化)，因而选择EEA做高压或超高压交联电缆超光滑半导电屏蔽料最主要的性能指标是超光滑和高强度粘结力。所以研制超光滑屏蔽料首先要有良好的加工性能，超细导电炭黑和耐温性较强的抗氧剂，及与EEA有较好的相融性。
选择钛酸酯偶联剂作为炭黑和基体树脂的交联剂，同时选用硬脂酸锌、聚乙烯蜡、7#工业白油作为其润滑体系。钛酸酯偶联剂可以使炭黑更好的和基体树脂结合，同时硬脂酸锌在作为润滑剂的同时也具有一定的辅助作用。能很好的在加工中起到润滑和分散作用，最大限度的使物料处于均一的状态。使屏蔽料在挤出成缆的过程中流动稳定，表面光滑。
同时为了兼顾防老性与交联度，抗氧体系的选择尤为重要，本发明选择非污染型的位阻酚类抗氧剂4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)作为主防老剂，同时考虑到屏蔽料接触铜芯，在高电流下，易被金属催化老化。所以选用金属钝化剂双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸作为辅助，两者起协同效果。这些可使电缆使用寿命大于40年。
制备时，通过多道过滤，保证其最终产品达到超光滑的效果，同时，采用多道过滤，可以减少过滤阻力，且滤网不易阻塞，提高生产效率，降低生产成本。
(四)附图说明
图1为本发明涉及的高压或超高压交联聚乙烯绝缘电缆截面图。
图2为本发明110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法的工艺流程图。
(五)具体实施方式
参见图1，本发明涉及的高压或超高压交联聚乙烯绝缘电缆自内至外依次由导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲阻水层、皱纹铝护套和外护套组成。
本发明制得的屏蔽料主要用于导体屏蔽和绝缘屏蔽层。
参见图2，本发明交联聚乙烯绝缘电缆用半导电屏蔽料，它是以乙烯-丙烯酸乙酯树脂为主料，加入超细导电炭黑、抗氧剂、聚乙烯蜡、工业白油、乙二醇和硬脂酸锌，经混炼、挤出造粒、冷却和干燥后，再加入交联剂相互吸收和渗透，最后经沸腾床进行风送和干燥，最终制成一种颗粒状(3mm×4mm)的交联聚乙烯绝缘电缆用半导电屏蔽料。
实施例1(以下各组份均为重量份)：
步骤一、取乙烯-丙烯酸乙酯树脂66份，320目导电炭黑(比利时产)31份，抗氧剂4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸的混合物0.5份，(其中双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸含量重量百分比为0.5％)，数均分子量为5000～7500的聚乙烯蜡1.5份，7#工业白油3.5份，乙二醇0.9份、钛酸酯偶联剂0.4份和硬脂酸锌1份，加入翻斗式混炼机中，封闭混炼8分钟，混炼成熟胶。其中乙烯-丙烯酸乙酯树脂的熔融指数为6，丙烯酸含量在15％重量百分比。
步骤二、将混炼好的熟胶送入往复阶梯式挤出机上进行二次混炼和造粒，制成半导电屏蔽料。为保本产品的纯净度和细度，在造粒机出胶口采用两道过滤，第一道过滤采用5层200目过滤网，第二道过滤采用4层350目过滤网；
步骤三、用纯净水作为冷却介质，冷却屏蔽料，冷却水经过滤后重复使用。
步骤四、用离心式分离器对冷却后的半导电屏蔽料脱水后，再经过5米风管二次干燥。为防止因为混炼过程中温度过高，造成半导屏蔽料先期交联。
步骤五、将二次干燥好的半导电屏蔽料加入高速混合器，再加入0.7份过氧化二异丙苯，在40℃温度下混合11分钟，使半导屏蔽料与交联剂相互吸收和渗透。
步骤六、为再次保证半导电屏蔽料的纯净度，将混合好的半导屏蔽料再经过沸腾床，再次进行风送和干燥。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：乙烯-丙烯酸乙酯树脂65份，300目导电炭黑32份，抗氧剂4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸的混合物1份，(其中双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸含量重量百分比为0.4％)，分子量为5000～7500的聚乙烯蜡1份，7#工业白油3份，乙二醇0.8份、钛酸酯偶联剂0.8份和硬脂酸锌0.5份，过氧化二异丙苯0.4份。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：乙烯-丙烯酸乙酯树脂68份，320目导电炭黑30份，抗氧剂4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸的混合物0.3份，(其中双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸含量重量百分比为0.6％)，分子量为5000～7500的聚乙烯蜡2份，7#工业白油4份，乙二醇1份、钛酸酯偶联剂0.6份和硬脂酸锌1.5份，过氧化二异丙苯0.6份。
本发明通过采用上述实施例制得的交联聚乙烯绝缘电缆用半导电屏蔽料符合高压或超高压交联绝缘电缆适用的高抗剥力强度，超光滑屏蔽作用，使用寿命在40～50年，挤出工艺性能良好，下表为本发明超光滑半导屏蔽料性能：
Claims (9)
1.一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：它是以乙烯-丙烯酸乙酯树脂为基础树脂，以导电炭黑为载体，加入抗氧剂，聚乙烯蜡、白油、乙二醇、偶联剂和硬脂酸锌，经混炼、挤出造粒、冷却和干燥后，再加入交联剂相互吸收和渗透，最后经沸腾床进行风送和干燥，最终制成一种颗粒状的交联聚乙烯绝缘电缆用半导电屏蔽料，所述各组份的投料重量份为：
2.根据权利要求1所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、按上述配比将乙烯-丙烯酸乙酯树脂、导电炭黑、抗氧剂、聚乙烯蜡、白油、乙二醇、偶联剂和硬脂酸锌，加入翻斗式混炼机中，封闭混炼，混炼成熟胶；
步骤二、将混炼好的熟胶送入往复阶梯式挤出机上进行二次混炼和造粒，制成半导电屏蔽料，在造粒机出胶口采用两道过滤；
步骤三、用纯净水作为冷却介质，冷却屏蔽料；
步骤四、用离心式分离器对冷却后的半导电屏蔽料脱水后，再经过风管二次干燥；
步骤五、将二次干燥好的半导电屏蔽料加入高速混合器，再加入交联剂，进行混合；
步骤六、将步骤五混合好的半导电屏蔽料经过沸腾床，再次进行风送和干燥。
3.根据权利要求1所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述导电炭黑细度大于等于300目。
4.根据权利要求1所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述抗氧剂为4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸的混合物，其中双[(苯基亚甲基)酰肼]乙二酸含量重量百分比为0.4-0.6％。
5.根据权利要求1所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述聚乙烯蜡的数均分子量为5000～7500。
6.根据权利要求1所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述白油采用7#工业白油。
7.根据权利要求1所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述交联剂采用过氧化二异丙苯。
8.根据权利要求2所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：第一道过滤采用5层200目过滤网，第二道过滤采用4层350目过滤网。
9.根据权利要求2所述的一种110kv及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法，其特征在于：所述二次干燥风管长5m。
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