CN103122085A - 一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法，按照重量份数：丁腈橡胶100份、石墨烯0.5~8份、导电炭黑10~40份、增塑剂7~15份、防老剂1~2份、硫化剂2.5~4.5份；其中丁腈橡胶为极性胶种；石墨烯面径比最小为1000；增塑剂包括石蜡、二辛酯、硬脂酸等的一种或多种混合；硫化剂为过氧化物硫化体系。先将丁腈橡胶分二次每次塑炼10分钟后在常温下放置12小时；再将石墨烯加入到塑炼后的丁腈橡胶中混合均匀，加入1/2的导电炭黑或乙炔炭黑，3分钟后加入剩余的炭黑和增塑剂混炼2分钟，再依次加入各助剂，最后加入硫化剂混炼1分钟后卸料，混炼温度不超过120℃。卸料后将半导电屏蔽胶在出片机上出片，制成半导电屏蔽橡皮。本发明具有易加工、高导电性、易剥离特性。

Description

一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法，用于中高压橡胶电缆制备技术领域。

背景技术

随着我国电缆行业的高速发展，以及具体应用安全性的提高，特别是在采矿、移动变电站等特殊场合，为了有效防止电缆内部电场集中，使电场均匀分布，避免绝缘层电树化而导致的绝缘层击穿等，在6-35kV中高压电力输配系统中的橡胶电缆都必须使用半导电屏蔽材料。

2010年诺贝尔物理学奖得主，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，在2004年成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，此后石墨烯以及围绕石墨烯各项优异性能的应用引起了全世界的研究热潮。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，因此其具有极高的导电性能，在常温下，石墨烯中电子迁移率超过15000cm²/V·s，其电阻率只有约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。

目前，橡胶绝缘电缆绝缘用半导电屏蔽材料采用极性橡胶与导电炭黑配合，存在的缺陷主要表现在以下几个方面：要达到理想的导电目的就需要填充大量的导电炭黑，由于炭黑易团聚，会造成炭黑分散的不均匀；由于炭黑的大量填充，加工和挤出工艺比较困难；剥离时绝缘表面残余物较多，不够洁净；由于受混炼挤出工艺影响，尺寸波动大导致电性参数的不稳定；产品均存在热老化和电老化不理想的问题。为了提高中高压橡胶电缆的安全使用系数，对半导电屏蔽橡胶料的加工、物理、电气性能提出了更高的要求。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明公开了一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法。本发明采用极性的丁腈橡胶（NBR）作为基础橡胶，选择合适的导电炭黑和石墨烯作为导电体系，并加入硫化体系，从而使制得的半导电屏蔽橡皮具有易加工、高导电性、易剥离性能的半导电屏蔽电缆橡皮。

本发明技术方案是这样实现的：

一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮，其特点是：

按照如下重量份数组分：

丁腈橡胶100份、石墨烯0.5~8份、导电炭黑10~40份、增塑剂7~15份、防老剂1~2份、硫化剂2.5~4.5份；

所述丁腈橡胶为极性胶种体系，丙烯腈含量在26%~33%之间；

所述石墨烯为高比表面积、高面径比的层状结构，其面径比最小为1000；

所述导电炭黑为市售普通导电炭黑或乙炔炭黑，主要起辅助石墨烯构建立体导电网络的作用；

所述增塑剂包括石蜡、二辛酯、凡士林、聚乙烯蜡、硬脂酸中的一种或多种混合；

所述硫化剂为过氧化物硫化体系，起延长焦烧时间，保证硫化安全的作用。

所述的一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法包括以下步骤：

A）按配比称量相关材料后，将丁腈橡胶分二次进行塑炼，每次塑炼10分钟，塑炼温度控制在80℃，第一次塑炼10分钟后在常温下放置12小时后再进行第二次塑炼，第二次塑炼10分钟后放置12小时后再进行后续混炼操作；

B）混炼：先将石墨烯加入到步骤A得到的丁腈橡胶当中，待混合均匀后加入1/2的导电炭黑，约3分钟后加入剩余的炭黑和增塑剂，与石墨烯的片层结构形成立体网状导电网络，然后混炼2分钟后再依次加入增塑剂、防老剂，搅拌均匀，最后加入硫化剂混炼1分钟后卸料，整个混炼过程温度不超过120℃；

C）卸料后将半导电屏蔽胶在出片机上进行出片，出片宽度控制在110±10mm，厚度控制在1.0±0.1mm，制成可供连续化生产的半导电屏蔽橡皮。

此外，本发明中还可以如通常半导电橡胶屏蔽料一样加入其它辅助性功能助剂，如填充剂、防焦剂等，以实现相对应的功能。

本发明由于采用了极性的丁腈橡胶作基料，以及选择了具有超导电性能的新材料石墨烯作为主导电体系，配合导电炭黑，从而使胶料的电性能达到一个非常理想的状态，由于性能余度非常大，从而避免了因混炼加工和挤出工艺不同而造成的性能偏差。另外，由于石墨烯特殊的片层结构，与极性的丁腈橡胶配合，使胶料体系在与三元乙丙作为电缆绝缘层的可剥离效果非常好，绝缘表面能够保持高度洁净无粘附物。

本发明通过新材料的选择和配方各组分的优化，制造一种具有易加工、高导电性、导电稳定、易剥离、有效防止热老化和电老化问题的半导电屏蔽电缆橡皮。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例决不能用于限制本发明，凡采用本发明方法及进行相似变换的，均应属于本发明保护范围。

实施例1：

所述丁腈橡胶为极性胶种体系，丙烯腈含量为33%；所述防老剂为喹啉类防老剂RD；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

实施流程：

塑炼：按配比称量相关材料后，将丁腈橡胶进行塑炼，塑炼温度控制在80℃，塑炼10分钟后在常温下放置12小时后再进行第二次塑炼，第二次塑炼完成后放置12小时后再进行后续混炼操作。

混炼：混炼操作时先将石墨烯加入到丁腈橡胶当中，待混合均匀后加入1/2的导电炭黑，约3分钟后加入剩余的炭黑和石蜡与二辛酯，然后混炼2分钟后再加入其它加工助剂，最后加入硫化剂混炼1分钟后卸料，整个混炼过程温度不超过120℃。

出片：卸料后将半导电屏蔽胶在出片机上进行出片，出片宽度控制在110±10mm，厚度控制在1.0±0.1mm，制成可供连续化生产的半导电屏蔽橡皮。最后将出片后的橡皮装箱，供电缆生产时使用。

实施例2：

所述丁腈橡丙烯腈含量为26%；所述防老剂为二苯胺类防老剂HS911；所述硫化剂为双叔丁基过氧异丙基苯。

实施流程：

本实施例实施步骤与实施方式和实施例1的不同之处在于混炼过程先将石墨烯加入到丁腈橡胶当中，待混合均匀后加入1/2的乙炔炭黑，约3分钟后加入剩余的乙炔炭黑和凡士林与聚乙烯蜡，然后混炼2分钟后再加入其它加工助剂，最后加入硫化剂混炼1分钟后卸料，整个混炼过程温度不超过120℃。

实施例3：

所述丁腈橡胶丙烯腈含量为28%；所述防老剂为喹啉类防老剂RD；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

实施流程：

本实施例实施步骤与实施方式和实施例1的不同之处在于混炼过程先将石墨烯加入到丁腈橡胶当中，待混合均匀后加入1/2的导电炭黑，约3分钟后加入剩余的导电炭黑和二辛酯，然后混炼2分钟后再加入其它加工助剂，最后加入硫化剂混炼1分钟后卸料，整个混炼过程温度不超过120℃。

取实施例中一定量的混炼胶，在平板硫化机上硫化160℃×30分钟，压力为12-15MPa，压制成厚度为2mm的试片，进行性能测试，其典型结果如下：

门尼粘度（ML(1+4)100℃）：40~50

抗张强度：≥12MPa

断裂伸长率：≥260%

体积电阻率：0.08~0.3Ω·m

可剥离性：容易剥离，绝缘表面无残余物。

以上实施方式中制备的可剥离半导电屏蔽橡皮，在生产过程中加工操作安全性好；经检测，所制备的可剥离半导电屏蔽橡皮在性能上完成达到进口同类产品的水平，其中关键参数导电性能远远超过标准要求，为生产和使用的可靠性提供了更大的保障空间。

上述实施例是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的研究人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应被视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮，其特征在于：

按照如下重量份数组分：

丁腈橡胶100份、石墨烯0.5~8份、导电炭黑10~40份、增塑剂7~15份、防老剂1~2份、硫化剂2.5~4.5份；

所述丁腈橡胶为极性胶种体系，丙烯腈含量在26%~33%之间；

所述石墨烯其面径比最小为1000；

所述导电炭黑为市售普通导电炭黑或乙炔炭黑；

所述增塑剂包括石蜡、二辛酯、凡士林、聚乙烯蜡、硬脂酸中的一种或多种混合；

所述硫化剂为过氧化物硫化体系。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶绝缘用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法包括以下步骤：

A）按配比称量相关材料后，将丁腈橡胶分二次进行塑炼，每次塑炼10分钟，塑炼温度控制在80℃，第一次塑炼10分钟后在常温下放置12小时后再进行第二次塑炼，第二次塑炼10分钟后放置12小时后再进行后续混炼操作；

B）混炼：先将石墨烯加入到步骤A得到的丁腈橡胶当中，待混合均匀后加入1/2的导电炭黑或乙炔炭黑，3分钟后加入剩余的炭黑和增塑剂，与石墨烯的片层结构形成立体网状导电网络，然后混炼2分钟后再依次加入增塑剂、防老剂，搅拌均匀，最后加入硫化剂混炼1分钟后卸料，整个混炼过程温度不超过120℃。

C）卸料后将半导电屏蔽胶在出片机上进行出片，出片宽度控制在110±10mm，厚度控制在1.0±0.1mm，制成可供连续化生产的半导电屏蔽橡皮。