CN103612461A - 电缆用石墨烯复合半导电带材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆用石墨烯复合半导电带材及其制备方法，要解决的技术问题是提高对电缆的屏蔽均化电场效果。本发明的电缆用石墨烯复合半导电带材，设有基材，基材的两面涂有半导电胶层，半导电胶按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5%。本发明的制备方法包括以下步骤：在基材两面涂半导电胶层，烘烤。本发明与现有技术相比，采用微片直径不大于10μm的石墨烯粉制备半导电胶，经涂布制备得到的电缆用半导电带材，体积电阻率在1×105Ω·cm以下，表面电阻在100Ω以下，提高均化电场的效果，从而大大提高电缆的运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电缆的带材及其制备方法，特别是一种半导电带材及其制备方法。
背景技术
在电力电缆的国家标准中，对于500平方毫米10KV及以上交联聚乙烯绝缘电力电缆，均要求在导体外面绕包一层半导电材料以达到均化电场的效果。现有技术绕包的半导电材料，采用炭黑将其溶解在有机溶剂中，然后涂覆在尼龙带两面，烘干后制成半导电尼龙带，受炭黑颗粒细度不均匀的因素影响，导电性能不够理想，半导电尼龙带的体积电阻率在1×105Ω·cm以上，表面电阻在150Ω以下，因而对电缆产品屏蔽均化电场效果不够理想，尤其对高压和超高压电缆影响尤为明显，对电缆的安全运行带来了安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种电缆用石墨烯复合半导电带材及其制备方法，要解决的技术问题是提高对电缆的屏蔽均化电场效果。
本发明采用以下技术方案：一种电缆用石墨烯复合半导电带材，设有基材，基材的两面涂有半导电胶层，所述半导电胶按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5%；所述黏合剂为丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯与甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。
本发明的石墨烯粉微片的直径不大于10μm。
本发明的述基材为尼龙织物，厚度为0.05-0.20mm，单位质量为60-200g/m2。
本发明的半导电胶采用以下方法制备得到，包括以下步骤：
一、按质量百分比，将65-71.5%的自来水约2/3部分，加入到搅拌罐内；
二、将脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到搅拌罐，以2500-3000prm/min的转速，搅拌10-15分钟；
三、将黏合剂23-27.5%加入到搅拌罐，搅拌25-30分钟；
四、将石墨烯粉4.00-8.00%加入到搅拌罐，搅拌3-5小时；
五、向搅拌罐内加入其余的水，搅拌均匀1-1.5小时，得到半导电胶。
一种电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，包括以下步骤：
一、在基材两面涂半导电胶层，基材前行的线速度为4-8m/min，在基材的两面涂上厚度为0.01-0.03mm的半导电胶；所述半导电胶按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5%；所述黏合剂为丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯与甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液；
二、直接在115-125℃条件下，烘烤3-5分钟，自然冷却至室温，得到电缆用石墨烯复合半导电带材。
本发明的方法石墨烯粉微片的直径不大于10μm。
本发明的方法基材为尼龙织物，厚度为0.05-0.20mm，单位质量为60-200g/m2。
本发明的方法在基材两面涂半导电胶层，将基材从装有半导电胶的涂布装置中经过，基材的两面被涂上半导电胶，然后用刮板将基材两面多余的半导电胶刮掉。
本发明的方法启动涂布装置前，将半导电胶注入到涂布装置中，将烘烤的烘道温度升温为115-125℃，保温30分钟。
本发明的方法半导电胶采用以下方法制备得到，包括以下步骤：
一、按质量百分比，将65-71.5%的自来水约2/3部分，加入到搅拌罐内；
二、将脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到搅拌罐，以2500-3000prm/min的转速，搅拌10-15分钟；
三、将黏合剂23-27.5%加入到搅拌罐，搅拌25-30分钟；
四、将石墨烯粉4.00-8.00%加入到搅拌罐，搅拌3-5小时；
五、向搅拌罐内加入其余的水，搅拌均匀1-1.5小时，得到半导电胶。
本发明与现有技术相比，采用微片直径不大于10μm的石墨烯粉制备半导电胶，经涂布制备得到的电缆用半导电带材，体积电阻率在1×105Ω·cm以下，表面电阻在100Ω以下，提高均化电场的效果，从而大大提高电缆的运行安全。
附图说明
图1是本发明的电缆用石墨烯复合半导电带材结构示意图。
图2是本发明的电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的电缆用石墨烯复合半导电带材，设有基材1，基材1为尼龙织物，厚度为0.05-0.20mm，单位质量为60-200g/m2,基材1的两面涂有半导电胶层2。
半导电胶2按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，表面活性剂1.5-2.5%，水65-71.5%。
石墨烯粉微片（微粒）的直径（粒径）不大于10μm。石墨烯粉作为导电的溶质，溶解到溶剂中制成石墨烯半导电胶。
黏合剂是丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯与甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。黏合剂作为溶剂，将石墨烯溶解到溶剂中成为导电胶溶液。
表面活性剂采用平平加（脂肪醇聚氧乙烯醚）。平平加用于增加石墨烯的表面活性，使石墨烯更容易分散溶解在溶液中。
水为自来水。
所述半导电胶采用以下方法制备得到，包括以下步骤：
一、常温（20℃）下，按质量百分比，将65-71.5%的自来水约2/3部分，加入到搅拌罐内。
二、将表面活性剂平平加（脂肪醇聚氧乙烯醚）1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到搅拌罐，以2500-3000prm/min的转速，搅拌10-15分钟。
三、将黏合剂23-27.5%加入到搅拌罐，搅拌25-30分钟。
四、将的石墨烯粉4.00-8.00%加入到搅拌罐，搅拌3-5小时。
五、向搅拌罐内加入其余的水，搅拌均匀1-1.5小时，得到半导电胶。
如图2所示，本发明电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，包括以下步骤：
一、常温（20℃）下，在基材两面涂半导电胶层，在基材的两面涂上厚度为0.01-0.03mm的半导电胶，将基材（带材）从装有半导电胶的涂布装置中经过，基材的两面被涂上半导电胶，然后在进入烘干装置前用刮板将基材两面多余的半导电胶刮掉，刮板之间的间隙按照涂胶后的基材的厚度设定，基材前行的线速度为4-8m/min，刮板刮后基材每面半导电胶层的厚度为0.01-0.03mm。
基材为尼龙织物，厚度为0.05-0.20mm，单位质量为60-200g/m2。
半导电胶按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，表面活性剂1.5-2.5%，水65-71.5%。
石墨烯粉微片（微粒）的直径不大于10μm。石墨烯粉作为导电的溶质，溶解到溶剂中制成石墨烯半导电胶。
黏合剂是丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯与甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。黏合剂作为溶剂，将石墨烯溶解到溶剂中成为导电胶溶液。
表面活性剂采用平平加（脂肪醇聚氧乙烯醚）。平平加用于增加石墨烯的表面活性，使石墨烯更容易分散溶解在溶液中。
水为自来水。
所述半导电胶采用以下方法制备得到，包括以下步骤：
（一）、常温（20℃）下，按质量百分比，将65-71.5%的自来水约2/3部分，加入到搅拌罐内。
（二）、将表面活性剂平平加（脂肪醇聚氧乙烯醚）1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到搅拌罐，以2500-3000prm/min的转速，搅拌10-15分钟。
（三）、将黏合剂23-27.5%加入到搅拌罐，搅拌25-30分钟。
（四）、将的石墨烯粉4.00-8.00%加入到搅拌罐，搅拌3-5小时。
（五）、向搅拌罐内加入其余的水，搅拌均匀1-1.5小时，得到半导电胶。
二、直接在115-125℃条件下，烘烤3-5分钟，自然冷却至室温，得到电缆用石墨烯复合半导电带材。
启动涂布装置前，将半导电胶注入到涂布装置中，将烘烤的烘道温度设为115-125℃，保温30分钟。
实施例1-5半导电胶的组份、工艺参数见表1。
实施例1-5电缆用石墨烯复合半导电带材的制备工艺参数见表2，盘芯内径为：Φ76mm、Φ80mm、Φ100mm、Φ105mm、Φ150mm；带盘外径为：Φ200mm、Φ250mm、Φ300mm、Φ350mm、Φ400mm、Φ430mm。盘芯内径和带盘外径根据用户设备和长度要求确定，在实施例1-5中，分别采用盘芯内径：Φ76mm、Φ80mm、Φ100mm、Φ105mm、Φ150mm；带盘外径：Φ200mm、Φ250mm、Φ300mm、Φ350mm、Φ400mm。
本发明制备方法制备得到的电缆用石墨烯复合半导电带材，按JB/T10259－2001测试，实施例1-5的体积电阻率在1×105Ω·cm以下，表面电阻在100Ω以下，实施例2-4的具体性能指标见表3。
石墨烯具有非同寻常的导电性能、良好的机械性能和导热性能，采用微片细度10微米以下的石墨烯，均匀分散到有机溶剂中涂覆在尼龙带两面烘干后制成电缆用石墨烯复合半导电带材，其体积电阻率可降到1×105Ω·cm以下，表面电阻可降到100Ω以下，可以大大提高电力电缆的均化电场的效果。
表1实施例1-5的半导电胶的组份、制备工艺参数
表2实施例1-5电缆用石墨烯复合半导电带材的制备工艺参数
表3实施例2-4的电缆用石墨烯复合半导电带材的性能指标
Claims (10)
1.一种电缆用石墨烯复合半导电带材，设有基材（1），基材（1）的两面涂有半导电胶层（2），其特征在于：所述半导电胶按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5%；所述黏合剂为丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯与甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。
2.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯复合半导电带材，其特征在于：所述石墨烯粉微片的直径不大于10μm。
3.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯复合半导电带材，其特征在于：所述基材（1）为尼龙织物，厚度为0.05-0.20mm，单位质量为60-200g/m2。
4.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯复合半导电带材，其特征在于：所述半导电胶采用以下方法制备得到，包括以下步骤：
一、按质量百分比，将65-71.5%的自来水约2/3部分，加入到搅拌罐内；
二、将脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到搅拌罐，以2500-3000prm/min的转速，搅拌10-15分钟；
三、将黏合剂23-27.5%加入到搅拌罐，搅拌25-30分钟；
四、将石墨烯粉4.00-8.00%加入到搅拌罐，搅拌3-5小时；
五、向搅拌罐内加入其余的水，搅拌均匀1-1.5小时，得到半导电胶。
5.一种电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，包括以下步骤：
一、在基材两面涂半导电胶层，基材前行的线速度为4-8m/min，在基材的两面涂上厚度为0.01-0.03mm的半导电胶；所述半导电胶按质量百分比由以下组份组成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合剂23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5%；所述黏合剂为丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯与甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液；
二、直接在115-125℃条件下，烘烤3-5分钟，自然冷却至室温，得到电缆用石墨烯复合半导电带材。
6.根据权利要求5所述的电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，其特征在于：所述石墨烯粉微片的直径不大于10μm。
7.根据权利要求5所述的电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，其特征在于：所述基材为尼龙织物，厚度为0.05-0.20mm，单位质量为60-200g/m2。
8.根据权利要求5所述的电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，其特征在于：所述在基材两面涂半导电胶层，将基材从装有半导电胶的涂布装置中经过，基材的两面被涂上半导电胶，然后用刮板将基材两面多余的半导电胶刮掉。
9.根据权利要求8所述的电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，其特征在于：所述启动涂布装置前，将半导电胶注入到涂布装置中，将烘烤的烘道温度升温为115-125℃，保温30分钟。
10.根据权利要求5所述的电缆用石墨烯复合半导电带材的制备方法，其特征在于：所述半导电胶采用以下方法制备得到，包括以下步骤：
一、按质量百分比，将65-71.5%的自来水约2/3部分，加入到搅拌罐内；
二、将脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到搅拌罐，以2500-3000prm/min的转速，搅拌10-15分钟；
三、将黏合剂23-27.5%加入到搅拌罐，搅拌25-30分钟；
四、将石墨烯粉4.00-8.00%加入到搅拌罐，搅拌3-5小时；
五、向搅拌罐内加入其余的水，搅拌均匀1-1.5小时，得到半导电胶。
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