CN105385033B - 可回收聚丙烯/sebs/氧化石墨烯电缆料的制备方法 - Google Patents

可回收聚丙烯/sebs/氧化石墨烯电缆料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料的制备方法，属于电缆绝缘材料加工技术领域。其特征在于使用一种改性的氧化石墨烯添加到用SEBS改性的聚丙烯材料中。首先是将SEBS溶于二甲基甲酰胺溶剂中，将改性的氧化石墨烯和SEBS两者形成的均匀悬浮液混合在一起，制备出一种复合材料。最后将复合材料和聚丙烯熔融共混制备出一种性能优异的可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。SEBS的引入使得聚丙烯的力学性能得到有效的改善，添加0.12wt％氧化石墨烯的聚丙烯电缆料抑制空间电荷的能力得到明显的提升，而且直流击穿场强要高于纯的聚丙烯材料。

Description

可回收聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种可回收聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料的制备方法。属于电缆绝缘材料加工技术领域。
背景技术
高压直流输电技术近年来得到快速发展，主要应用在可再生资源并网、孤岛供电、海底电缆和城市地下电缆等方面。而且直流输电可以把太阳能发电、风力发电等不稳定的电源和电力系统连接起来，比交流输电更有优势，而且直流输电具有输送容量大、损耗小、没有无功功率、容易控制和调节等特点，在长距离输电中得到广泛的采用。而高压直流输电电缆是直流输电的重要组成部分，电缆性能的好坏直接影响整个输电系统。传统的高压电缆用交联聚乙烯(XLPE)作绝缘材料，但XLPE在使用过程中暴露出以下缺点。1)XLPE是一种热固性的材料，没有办法回收利用，一般通过焚烧的方式处理，不仅造成资源的浪费，还会造成环境污染。2)XLPE生产效率低下，能耗大，而且生产过程会引入杂质，影响其电绝缘性能。为了提高绝缘材料的环境相容性，需要寻找一种可回收的电缆绝缘材料。
聚丙烯是一种热塑性材料，可回收利用，其价格比较便宜，易于成型加工，因此聚丙烯是一种理想的可回收的电缆绝缘材料。和XLPE相比具有更优异的电气绝缘性能，而且其使用温度高，耐热性好，更重要是它是一种环保材料。但是存在的一个关键问题是其冲击性能较差，模量大，低温下变得很脆，直接用作电缆不适用，因此有必要对其进行改性。直流电缆还存在的一个关键问题就是就是空间电荷的问题，这是因为直流电缆的电场分布和材料电阻率成正比，而且绝缘电阻率和温度一般成指数变化，将会形成空间电荷影响电场分布，这会影响材料的击穿强度，加速材料的老化。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的难题，提供一种可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料的制备方法。该方法具有如下特点：设备要求低，工艺简单，制备的电缆料电气绝缘性能良好。
一种可回收聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料的制备方法，其特征在于，使用一种改性的氧化石墨烯添加到用SEBS改性的聚丙烯材料中，最后通过双螺杆挤出机造粒；
所述的改性的氧化石墨烯，是用苯基异氰酸酯来改性氧化石墨烯；首先是将氧化石墨烯和SEBS制备成复合材料，然后再将它和聚丙烯进行熔融共混。
本发明具体制备步骤如下：
1)将一定量的氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中，超声分散5～8个小时，形成均匀的分散液；冷却至室温，加入少量的苯基异氰酸酯，氧化石墨烯:苯基异氰酸酯为1:15～1:20，调温至25～50℃，磁力搅拌10～14h，得到改性的均匀分散的氧化石墨烯悬浮液；
2)将一定量的SEBS溶于二甲基甲酰胺溶剂中，升温至70～100℃，磁力搅拌3～8h，形成均匀的悬浮液；
3)将步骤1)和步骤2)形成的悬浮液混合在一起，升温至25～50℃，在通风橱下磁力搅拌，直到大部分溶剂蒸发完；再将余下的混料倒入培养皿中，放入真空烘箱，60～90℃下放置20～30h，将剩余溶剂全部蒸发完，得到SEBS/氧化石墨烯复合材料；
4)将步骤3)制备的SEBS/氧化石墨烯复合材料和聚丙烯混合在一起，通过双螺杆挤出机挤出造粒，最后制备出可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。其中氧化石墨烯与聚丙烯颗粒的比例为1:500～1:600，SEBS与聚丙烯颗粒的比例为1:9～7:13。
本发明的关键在于选择使用氧化石墨烯来抑制聚丙烯/SEBS可回收电缆料内部产生的空间电荷。将氧化石墨烯用苯基异氰酸酯进行表面处理，使其在材料内部更好的的分散，最后挤出造粒，制备出可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。
本发明具有以下效果：
1)本发明所制备的可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。该电缆料具有优良的电气性能，包括：优异的抑制空间电荷特性，提高了电缆料的直流击穿性能和力学性能。
2)本发明所提供的可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料具有环
保，设备成本低，工艺简单，电气性能提高显著。
附图说明
图1、用SEBS改性过的聚丙烯的力学性能。
图中：1-PP(聚丙烯)；2-SEBS 10；3-SEBS 20；4-SEBS 30；5-SEBS 35.10、20、30、35均为添加量。
图2、用SEBS改性过的聚丙烯断面电镜图。
图3、用苯基异氰酸酯改性氧化石墨烯的示意图。(上图氧化石墨烯通过加入苯基异氰酸酯得到下图的改性氧化石墨烯)。
图4、直接将没有改性的氧化石墨烯加入到SEBS改性的聚丙烯电缆料在60kV/mm下的空间电荷分布。
图5、使用改性过的氧化石墨烯制备的电缆料在60kV/mm下的空间电荷分布。
图6、使用本发明方法制备的不同质量百分数的氧化石墨烯复合材料的直流击穿场强。
图中：1-PP/SEBS；2-0.05wt％GO(氧化石墨烯)；3-0.08wt％GO；4-0.1wt％GO；5-0.12wt％GO.
具体实施方式
实施例1
1)选用聚丙烯和SEBS为基体，氧化石墨烯纳米片为填料。
2)将一定量的SEBS溶于二甲基甲酰胺溶剂中，升温至70～100℃，磁力搅拌3～8h，形成均匀分散液。将氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中，超声分散5～8h，形成悬浮液，冷却至室温。按氧化石墨烯:苯基异氰酸酯为1:15～1:20的比例加入苯基异氰酸酯。升温至25～50℃，磁力搅拌10～14h。形成均匀分散的溶液。然后将两种溶液混合在一起，其中SEBS:氧化石墨烯为700:1，放到通风橱下，升温至25～50℃，磁力搅拌至大部分溶剂挥发完，最后放入真空烘箱内将溶剂完全蒸干。
3)将制得的复合材料与聚丙烯颗粒，通过双螺杆挤出、造粒，最后挤出得到混合均匀的可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。
实施例2
1)选用聚丙烯和SEBS为基体，改性的氧化石墨烯纳米片为填料。
2)将一定量的SEBS溶于二甲基甲酰胺溶剂中，升温至70～100℃，磁力搅拌3～8h，形成均匀分散液。将氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中，超声分散5～8个小时，形成分散液，冷却至室温。按氧化石墨烯:苯基异氰酸酯为1:15～1:20的比例加入苯基异氰酸酯。升温至25～50℃，磁力搅拌10～14h。形成均匀分散的溶液。然后将两种溶液混合在一起，其中SEBS:氧化石墨烯为290:1，放到通风橱下，升温至25～50℃，磁力搅拌至大部分溶剂挥发完，最后放入真空烘箱内将溶剂完全蒸干。
3)将制得的复合材料中氧化石墨烯与聚丙烯颗粒按1:500～1:600的比例，通过双螺杆挤出、造粒，最后挤出得到混合均匀的可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。

Claims (1)

1.一种可回收聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料的制备方法，其特征在于，使用一种改性的氧化石墨烯添加到用SEBS改性的聚丙烯材料中，最后通过双螺杆挤出机造粒；
所述的改性的氧化石墨烯，是用苯基异氰酸酯来改性氧化石墨烯；首先是将氧化石墨烯和SEBS制备成复合材料，然后再将它和聚丙烯进行熔融共混；
包括以下步骤：
1)将一定量的氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中，超声分散5～8个小时，形成均匀的分散液；冷却至室温，加入少量的苯基异氰酸酯，氧化石墨烯:苯基异氰酸酯为1:15～1:20，调温至25～50℃，磁力搅拌10～14h，得到改性的均匀分散的氧化石墨烯悬浮液；
2)将一定量的SEBS溶于二甲基甲酰胺溶剂中，升温至70～100℃，磁力搅拌3～8h，形成均匀的悬浮液；
3)将步骤1)和步骤2)形成的悬浮液混合在一起，升温至25～50℃，在通风橱下磁力搅拌，直到大部分溶剂蒸发完；再将余下的混料倒入培养皿中，放入真空烘箱，60～90℃下放置20～30h，将剩余溶剂全部蒸发完，得到SEBS/氧化石墨烯复合材料；
4)将步骤3)制备的SEBS/氧化石墨烯复合材料和聚丙烯混合在一起，氧化石墨烯与聚丙烯颗粒的比例为1:500～1:600，SEBS与聚丙烯颗粒的比例为1:9～7:13，通过双螺杆挤出机挤出造粒，最后制备出可回收的聚丙烯/SEBS/氧化石墨烯电缆料。
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