CN107767989A - 一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆 - Google Patents
一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆 Download PDFInfo
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Abstract
一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，属于电线电缆生产技术领域，其中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，本发明采用PEEK导热绝缘、PEEK半导电和PEEK导电复合材料作为电缆料，构成全部采用PEEK材料的高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，提高电缆的工作温度，实现高的输电容量。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆生产技术领域。
背景技术
电力工业是关系国计民生的基础产业，我国经济持续快速发展，人民生活水平不断提高，能源需求快速增长，我国电力系统需要建设特高压、远距离、大容量、低损耗的电能输送通道，这就对电力电缆提出了更高的要求。目前我国的输电电缆多为交流挤出绝缘电缆，而随着运行电压等级的不断提高，需要采用高压柔性直流电缆来解决我国长距离跨江、跨河、跨旅游景区以及特大城市等特殊地区的输电走廊问题，并满足我国海上平台与海上孤岛的输送电需求。
随着中国柔性直流换流技术和直流电缆技术的进步和产品的成功研发，中国从2012年开始了高压柔性直流输电示范工程建设。直流电缆系统作为构建直流电网的物理基础和关键设备，是直流电网研究与建设的重要基础。高压直流电缆输电已经成为世界各国以及各大电力设备企业重点研究和发展的方向。
目前主要有三种形式的直流电缆：高粘度油浸纸绝缘直流电缆、低粘度油浸纸绝缘直流电缆和挤出塑料绝缘直流电缆。油浸纸绝缘结构的直流电缆，绝缘电阻不是很高，绝缘油泄漏后，不易分解，会造成环境污染；并且电缆用纸需用上等木材为原材料，需要消耗森林资源。自上世纪60年代后，欧美、日本等主要电缆企业发展以挤出交联聚乙烯为绝缘材料的电缆，制造成本低，不仅不存在漏油而导致的对环境长期危害的缺点，而且塑料绝缘电缆软化点高，在高温下机械性能和抗热老化性能高，同等载流量的重量轻，易于连接和铺设，正逐步取代传统的油浸纸绝缘电缆。
一般电力电缆由金属绞合而成的导电线芯、绝缘层和护套层所构成。在6 KV及以上的中高压电力电缆结构中，挤出绝缘电缆中绝缘材料的电阻很高，绝缘体中的空间电荷不容易释放，会在电缆绝缘层中的电场分布中形成空间电荷畸变，导致电场集中，会造成电缆绝缘击穿。为了避免绝缘层表面电场应力集中，使绝缘层表面电场应力分布均匀，改善电缆内部电场径向分布，提高电缆的电气强度，要求在导电线芯和绝缘层以及绝缘层和护套之间分别加一层半导电屏蔽层，从而改善电缆长期运行的电气性能和安全。近年来研究者发现通过掺杂添加剂可有效地抑制空间电荷。添加剂种类有很多，近年来新型纳米添加剂的发展十分迅速，其中采用无机导电材料的改性结果比较优异。同时，在直流电缆运行过程中，半导电屏蔽层与绝缘层之间的界面需要光滑平整，如若有突起，就会引起电场集中产生电树枝老化，产生空间电荷注入绝缘层，极大的影响电缆绝缘水平，导致电缆的绝缘寿命缩短。这就要求电缆不同的屏蔽层表面要十分光滑。
目前市场上商品化的高压直流电缆料主要是采用交联聚乙烯（XLPE），但是聚乙烯结晶度通常在50%左右，具有晶区和非晶区共存的复杂物理形态，虽然其具有极低的载流子迁移率，但是由于工业生产的需要，聚乙烯材料内常会有催化剂残留。在直流电场作用下，这些聚乙烯材料本征的缺陷及电极的电荷注入，极易在介质内部形成空间电荷场；若形成同极性空间电荷时，将加强绝缘中的电场强度，可使绝缘击穿电压下降。所以目前商品化的直流高压挤出电缆工作温度约为70℃，低于现有交流挤出绝缘电缆的工作温度90℃，在相同电压相同导体界面积的情况下，电缆的载流量要小得多，这就造成了输电容量要小很多。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中电缆存在的不足，提供一种输电容量较大的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆。
本发明聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆的中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，其特征在于：
所述绝缘层和非金属外护套层分别由导热绝缘聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和改性纳米无机导热材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性纳米无机导热材料由硅烷偶联剂对纳米无机导热材料改性制备得到；
所述导体屏蔽层、绝缘屏蔽层和半导电缓冲阻水层分别由半导电聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述半导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性导电无机材料由导电无机材料经等离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到；
所述非金属导电层由导电聚醚醚酮电缆料挤包成形；所述导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述表面改性的碳纳米导电材料由碳纳米导电材料经离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到。
聚醚醚酮（PEEK）是一种性能优异的特种工程塑料，具有耐高温、机械性能优异、自润滑性好、耐化学腐蚀、阻燃、耐剥离性、辐照性好、绝缘性稳定、耐水解和耐摩擦等优异特性。PEEK非晶区的玻璃化转变温度高（T g = 143℃），耐热性是热塑性树脂中最优异的，同时还具有优异的综合力学、电学性能，用PEEK作为新型电缆护套材料能够同时满足上述要求。同时PEEK具有很高的自润滑性，是最光滑的工程塑料，通过挤出工艺形成的表面具有很高的光洁度。
为了解决现有技术中的不足，通过大量的研究，本发明采用PEEK导热绝缘、PEEK半导电和PEEK导电复合材料作为电缆料，构成全部采用PEEK材料的高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，提高电缆的工作温度，实现高的输电容量；不同聚醚醚酮屏蔽层的表面光滑，能够提高电缆绝缘击穿强度；电缆料采用纳米材料进行增强，在保留聚醚醚酮材料的阻燃性、耐高低温、耐化学腐蚀性和耐油等优异性能的同时，也具很高的力学机械强度和耐磨性，可减少电缆外金属护套的敷设，防止传统电缆金属护套易发生机械破坏和重金属污染等问题，也能减小为金属防腐而造成的施工现场和使用过程中的环境污染。本发明电缆中的绝缘层克服了传统电缆绝缘由于空间电荷积聚而导致的电场畸变甚至击穿，同时提高了电缆的耐热性，能够保证电缆的载流量，适合作为高压柔性直流电缆使用。
进一步地，本发明所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性纳米无机导热材料和改性纳米无机填料分别占导热绝缘聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%、1%～10%和1%～10%。
聚醚醚酮作为导热绝缘特种电缆料的主要成分，占总质量的65%～90%。但是聚醚醚酮熔融温度高，熔融粘度大，加工特性不适合直接应用于电线电缆的制造，共混少量的聚苯硫醚可显著改善聚醚醚酮的加工流动性，聚苯硫醚作为电缆料的次要成分，占总质量的5%～30%。但是聚醚醚酮和聚苯硫醚在固态条件下呈明显的相分离状态，共混材料的力学机械性能无法满足电线电缆行业的需求。经过我们深入的研究发现，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中添加少量的六钛酸钾晶须，能够抑制共混体系在固态条件下的相分离，使其能够用于高性能特种电缆的制造。六钛酸钾晶须占总质量的1%～10%，小于1%不能抑制聚醚醚酮和聚苯硫醚的相分离，大于10%六钛酸钾晶须会在复合材料基体中发生团聚，使复合材料的性能降低。无机纳米导热材料具有高的导热率，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中少量添加，能够大幅提高复合材料的导热绝缘性能，而且能够提高复合材料的力学机械性能。无机纳米导热材料占总质量的1%～10%，低于1%不能起到导热的作用，大于10%易在复合材料基体中团聚，影响复合材料的性能。同时，由于聚醚醚酮熔融温度高，成型加工过程中挤出机头的温度很高，聚醚醚酮复合材料离开机头后温度骤降，材料内部易形成非结晶状态，易在复杂使用环境中发生应力开裂。添加的无机导热材料也具有成核剂的作用，能够使聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料在温度骤降的过程中，快速地部分结晶，提高复合材料的结晶度和抗应力开裂的能力。
另外，本发明所述半导电聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂分别占半导电聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%、1%～10%和0.5%～5%；所述成核剂为纳米蒙脱土、纳米埃洛石、纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅或纳米碳酸钙中的至少任意一种。
聚醚醚酮作为导热绝缘特种电缆料的主要成分，占总质量的65%～90%。但是聚醚醚酮熔融温度高，熔融粘度大，加工特性不适合直接应用于电线电缆的制造，共混少量的聚苯硫醚可显著改善聚醚醚酮的加工流动性，聚苯硫醚作为电缆料的次要成分，占总质量的5%～30%。但是聚醚醚酮和聚苯硫醚在固态条件下呈明显的相分离状态，共混材料的力学机械性能无法满足电线电缆行业的需求。经过我们深入的研究发现，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中添加少量的六钛酸钾晶须，能够抑制共混体系在固态条件下的相分离，使其能够用于高性能特种电缆的制造。六钛酸钾晶须占总质量的1%～10%，小于1%不能抑制聚醚醚酮和聚苯硫醚的相分离，大于10%六钛酸钾晶须会在复合材料基体中发生团聚，使复合材料的性能降低。改性导电无机材料具有一定的导电性，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中少量添加，其能够均匀分散于基体材料中并具有一定相互接触面积，增加了导电通道，使基体复合材料具有半导电性，能够很好地抑制空间电荷尤其是异极性电荷的积累，提高在中高压电缆使用中复合材料的电流击穿强度。改性导电无机材料占总质量的1%～10%，小于1%不具有导电性，大于10%改性导电无机材料会在复合材料基体中发生团聚，使复合材料的性能降低。由于聚醚醚酮熔融温度高，成型加工过程中挤出机头的温度很高，聚醚醚酮复合材料离开机头后温度骤降，材料内部易形成非结晶状态，易在复杂使用环境中发生应力开裂。添加少量的无机纳米成核剂，能够使聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料在温度骤降的过程中，快速地部分结晶，提高复合材料的结晶度和抗应力开裂的能力。无机纳米成核剂占总质量的0.5%～5%，低于0.5%不能产生足够多的晶核，大于5%易在复合材料基体中团聚，影响复合材料的性能。
由于聚醚醚酮熔融温度高，成型加工过程中挤出机头的温度很高，聚醚醚酮复合材料离开机头后温度骤降，材料内部易形成非结晶状态，易在复杂使用环境中发生应力开裂。纳米蒙脱土、纳米埃洛石、纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅或纳米碳酸钙是常用的低价易得的商业无机纳米材料，通常添加于基体树脂中用于提高复合材料的力学性能，我们仅添加少量的无机纳米材料作为成核剂，能够使聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料在温度骤降的过程中，快速地部分结晶，提高复合材料的结晶度和抗应力开裂的能力。
所述导电聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料分别占导热绝缘聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%和1%～10%。
聚醚醚酮作为导热绝缘特种电缆料的主要成分，占总质量的65%~90%。但是聚醚醚酮熔融温度高，熔融粘度大，加工特性不适合直接应用于电线电缆的制造，共混少量的聚苯硫醚可显著改善聚醚醚酮的加工流动性，聚苯硫醚作为电缆料的次要成分，占总质量的5%～30%。但是聚醚醚酮和聚苯硫醚在固态条件下呈明显的相分离状态，共混材料的力学机械性能无法满足电线电缆行业的需求。经过我们深入的研究发现，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中添加少量的六钛酸钾晶须，能够抑制共混体系在固态条件下的相分离，使其能够用于高性能特种电缆的制造。六钛酸钾晶须占总质量的1%～10%，小于1%不能抑制聚醚醚酮和聚苯硫醚的相分离，大于10%六钛酸钾晶须会在复合材料基体中发生团聚，使复合材料的性能降低。碳纳米导电材料具有低密度和高导电性，在聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料中少量添加，能够大幅提高复合材料的导电性能，而且能够提高复合材料的力学机械性能。碳纳米导电材料占总质量的1%～10%，低于1%不能形成共连续碳材料网络结构，大于10%易在复合材料基体中团聚，影响复合材料的性能。同时，由于聚醚醚酮熔融温度高，成型加工过程中挤出机头的温度很高，聚醚醚酮复合材料离开机头后温度骤降，材料内部易形成非结晶状态，易在复杂使用环境中发生应力开裂。添加的碳纳米导电材料也具有成核剂的作用，能够使聚醚醚酮和聚苯硫醚复合材料在温度骤降的过程中，快速地部分结晶，提高复合材料的结晶度和抗应力开裂的能力。
更进一步地，本发明所述导体屏蔽层2的厚度为0.5～2.0 mm，绝缘层3的厚度为8.0～40.0 mm，绝缘屏蔽层4的厚度为1.0～3.0 mm，不锈钢管保护的光纤层5的厚度为0.5～3.0 mm，半导电缓冲阻水层7的厚度为1.0～3.0 mm，金属护套层8的厚度为0.5～4.0 mm，非金属外护套层9的厚度为1.0～2.0 mm，非金属导电层10的厚度为0.5～1 mm。
导体屏蔽层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲阻水层为半导电屏蔽层，在中高压电力电缆中，能够避免缘层表面电场应力集中，使绝缘层表面电场应力分布均匀，改善电缆内部电场径向分布，提高电缆的电气强度和长期运行的电气性能和安全。半导电屏蔽层的厚度在0.5～3.0 mm之间。绝缘层3是电力电缆的主要绝缘层，根据电缆耐压的等级不同，厚度不同，通常在8.0～40.0 mm之间。金属护套层能够提高电缆的机械强度和疲劳强度等物理性能，避免电缆运行中的机械破坏，厚度通常在0.5～4.0 mm之间。非金属外护套层是电缆的挤出外护套，防止电缆的金属护套层在使用过程中因腐蚀而造成环境污染，厚度通常在1.0～2.0mm之间。非金属导电层10是通过挤出在电缆护套外包覆的一层导电层，用于在电缆铺设以后监测护套绝缘的安全性和可靠性。为了避免在电缆运输和铺设过程中由于碰撞和摩擦导致导电层脱落而影响检测，通常导电层厚度在0.5～1.0 mm之间。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点和效果：
1. PEEK的玻璃化转变温度高（T g = 143℃），热变形温度为135～160℃，连续使用温度可达260℃，并且还有很高的热氧稳定性，在400℃的热失重为0，耐热性是热塑性树脂中最优异的。连续负荷载流量是电缆运行中的重要参数，电力电缆芯线在正常工作时由于导体损耗而会发热，载流量应满足该电流作用下缆芯工作温度不超过电缆护套材料耐热寿命允许的温度值。目前商品化的高压直流交联聚乙烯电缆料的工作温度仅约为70℃，极大限制了电缆的载流量。而以PEEK复合材料作为电缆料，电缆能够在较高的温度下连续工作，实现较高的输电容量。
2. PEEK材料具有自润滑性，是最光滑的工程塑料，通过挤出工艺形成的表面具有很高的光洁度，这就可以极大地避免电缆不同功能屏蔽层界面之间的突起，获得高绝缘水平的电缆，提高电缆的使用寿命。
3. 本发明所采用的PEEK树脂经聚苯硫醚和无机纳米材料进行改性，不仅保留聚醚醚酮材料的阻燃性、耐高低温、耐化学腐蚀性和耐油等优异性能，还大大地提高了复合材料的力学机械强度和耐磨性，可减少电缆外金属护套的敷设，防止传统电缆金属护套易发生机械破坏和重金属污染等问题，也能减小为金属防腐而造成的施工现场和使用过程中的环境污染。
附图说明
图1为本发明聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆的截面结构示意图。
1. 紧压圆形金属导体，2. 导体屏蔽层，3. 绝缘层，4. 绝缘屏蔽层，5不锈钢管保护的光纤层，6. 光纤，7. 半导电缓冲阻水层，8. 金属护套层，9. 非金属外护套层，10. 非金属导电层。
具体实施方式
下面结合附图和较佳的实施例对本发明进行详细地描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。
一、改性六钛酸钾晶须的制备：
将1～3kg钛酸酯偶联剂——焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯TMC-114或KR-38S加入到10L水和20 L乙醇混合溶剂中。搅拌60 min后，将100kg直径为0.2～1.5 μm、长度为10～50 μm的六钛酸钾晶须加入到以上钛酸酯偶联剂溶液中，超声分散1～2 h，然后旋转蒸发去除溶剂乙醇和水，得到100 kg表面改性的六钛酸钾晶须。
二、导热绝缘聚醚醚酮电缆料的制备：
1、改性纳米无机导热材料的制备：
方法1：改性纳米氮化硅的制备：
将1.0 kg硅烷偶联剂KH550加入到10 L水和20 L乙醇混合溶剂中，搅拌30 min后，将100 kg纳米氮化硅加入到硅烷偶联剂溶液中，超声分散1 h，然后旋转蒸发去除溶剂水和乙醇，得到表面改性的纳米氮化硅。
方法2：改性纳米氮化镓的制备：
将1.5 kg硅烷偶联剂HG560加入到10 L水和20 L乙醇混合溶剂中，搅拌30 min后，将100 kg纳米氮化镓加入到硅烷偶联剂溶液中，超声分散1 h，然后旋转蒸发去除溶剂水和乙醇，得到表面改性的纳米氮化镓。
方法3：
将1.5 kg硅烷偶联剂HG560加入到10 L水和20 L乙醇混合溶剂中，搅拌30 min后，将100 kg纳米氮化铝加入到硅烷偶联剂溶液中，超声分散1 h，然后旋转蒸发去除溶剂水和乙醇，得到表面改性的纳米氮化铝。
2、导热绝缘聚醚醚酮电缆料的制备：
将PEEK、PPS、改性六钛酸钾晶须、改性纳米氮化硅（或改性纳米氮化镓，改性纳米氮化铝或）、改性纳米ZnO分别置于鼓风烘箱中，于120℃干燥2 h。
再分别称取75～81kg PEEK，142～16kg PPS，3～5kg改性六钛酸钾晶须，3kg改性纳米氮化硅，1kg改性纳米ZnO，使用高速搅拌混合机将配料混合，得到混合料。
再将混合料通过双螺杆挤出机在250～400℃工艺温度下充分熔融、混合后挤出料条，冷却后造粒，即得导热绝缘聚醚醚酮电缆料。
3、产品性能分析及结果：
将电缆料按照GB/T 1040-2006和GB/T 9341-2008制备拉伸试验和弯曲试验的标准试样，并对试样按照GB/T 10295-88采用导热率测定仪测定试样材料的导热率。测试前，将试样置于温度为23±2ºC、相对湿度为50%的环境下48 h，然后分别将各试样进行力学和导热测试：
所得材料的性能如上表所示。
三、半导电聚醚醚酮电缆料的制备：
1、导电无机材料的等离子体处理：
经等离子体处理后，在导电无机材料表面引入氨基或者含氧基团，其具体过程如下：
以鳞片石墨、导电炭黑和短切碳纤维为导电无机材料，分别进行以下平行试验：将导电无机材料放置于低温等离子体处理仪中，本体真空10 Pa，反应气体流量135 kPa·mL/s，功率150 W，进行射频处理1 h，分别取得等离子体处理后的鳞片石墨、等离子体处理后的导电炭黑和等离子体处理后的短切碳纤维。
以上反应气体选自Ar/H2O、Ar/NH3或Ar/O2中的任意一种。
2、表面改性导电无机材料的制备：
方法1：
将1～5kg硅烷偶联剂KH550加入到10 L水和20L乙醇混合溶剂中，搅拌30 min，得硅烷偶联剂混合溶剂。
将100 kg等离子体处理后的导电炭黑加入到以上硅烷偶联剂混合溶剂中，超声分散1 h，然后旋转蒸发去除溶剂水和乙醇，得到100 kg表面改性的导电炭黑。
方法2：
将1.5～2kg钛酸酯偶联剂KR-38S加入到10 L水和20 L乙醇混合溶剂中，搅拌30 min，得钛酸酯偶联剂混合溶剂。
将100 kg等离子体处理后的短切碳纤维（或等离子体处理后的鳞片石墨）加入到以上钛酸酯偶联剂混合溶剂中，超声分散1 h，然后旋转蒸发去除溶剂水和乙醇，100 kg得到表面改性的短切碳纤维或表面改性的鳞片石墨。
3、半导电聚醚醚酮电缆料的制备：
将PEEK、PPS、改性六钛酸钾晶须、表面改性导电无机材料、成核剂分别置于鼓风烘箱中，于120℃干燥2 h。
再分别称取75～81kg PEEK，12～16kg PPS，3～5 kg改性六钛酸钾晶须，3 kg表面改性导电无机材料，1.0 kg成核剂，使用高速搅拌混合机将配料混合，得到混合料。
将混合料通过双螺杆挤出机在250～400℃工艺温度下充分熔融、混合后挤出料条，冷却后造粒，即得半导电聚醚醚酮电缆料。
以上成核剂可选用纳米蒙脱土、纳米埃洛石、纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅或纳米碳酸钙中的至少任意一种。
4、产品性能分析及结果：
将电缆料按照GB/T 1040-2006和GB/T 9341-2008制备拉伸试验和弯曲试验的标准试样，并对试样按照GB/T 10295-88采用导热率测定仪测定试样材料的导热率。测试前，将试样置于温度为23±2℃、相对湿度为50%的环境下48 h，然后分别将各试样进行力学和导热测试：
所得材料的性能如上表所示。
四、导电聚醚醚酮电缆料的制备：
1、碳纳米导电材料的等离子体处理：
分别以碳纳米管、富勒烯、石墨烯为碳纳米导电材料，分别进行以下平行试验：将碳纳米导电材料放置于低温等离子体处理仪中，本体真空10 Pa，反应气体流量135 kPa·mL/s，功率150 W，进行射频处理1 h，分别取得等离子体处理后的碳纳米管、等离子体处理后的富勒烯、等离子体处理后的石墨烯。
以上反应气体选自Ar/H2O、Ar/NH3或Ar/O2中的一种。
2、表面改性的碳纳米导电材料的制备：
方法1，硅烷偶联剂改性碳纳米管的制备：
将1.0 ～1.5kg硅烷偶联剂（KH550或HG560）或钛酸酯偶联剂KR-38S加入到10 L水和20L乙醇混合溶剂中，搅拌30 min后，得偶联剂混合溶剂。
将100 kg碳纳米导电材料的等离子体加入到偶联剂混合溶剂中，超声分散1 h，然后旋转蒸发去除溶剂水和乙醇，得到100 kg表面改性的碳纳米导电材料。
3、导电聚醚醚酮电缆料的制备：
分别将PEEK、PPS、改性六钛酸钾晶须、表面改性的碳纳米导电材料、改性石墨烯置于鼓风烘箱中，于120℃干燥2 h。
再分别称取80 kg PEEK，10～12 kg PPS，2～3 kg改性六钛酸钾晶须，6 kg表面改性的碳纳米导电材料，2 kg改性石墨烯，使用高速搅拌混合机将配料混合，得到混合料。
再将混合料通过双螺杆挤出机在250～400℃工艺温度下充分熔融、混合后挤出料条，冷却后造粒，即得导电聚醚醚酮电缆料。
4、产品性能分析及结果：
将电缆料按照GB/T 1040-2006和GB/T 9341-2008制备拉伸试验和弯曲试验的标准试样，并对试样按照GB/T 10295-88采用导热率测定仪测定试样材料的导热率。测试前，将试样置于温度为23±2℃、相对湿度为50%的环境下48 h，然后分别将各试样进行力学和导热测试：
| 力学强度 | 单位 | 导电聚醚醚酮电缆料 |
| 电阻 | Ω | 0.07 |
| 拉伸强度 | MPa | 101 |
| 弯曲强度 | MPa | 169 |
所得材料的性能如上表所示。
五、电缆生产工艺步骤：
例1、生产额定电压±160 kV的电缆：
（1）在截面积为500 mm2的紧压圆形铜导体外绕包半导电尼龙绕包带。
（2）取半导电聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在绕包带外形成导体屏蔽层2，厚度1.3 mm。
（3）取导热绝缘聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在导体屏蔽层2外形成绝缘层3，厚度12.5 mm。
（4）取半导电聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在绝缘层3外形成绝缘屏蔽层4，厚度1.0 mm。
（5）将光纤6包裹于不锈钢管内，制成光纤6均匀分布于其中的不锈钢管保护的光纤。
在绝缘屏蔽层4外套置不锈钢管保护的光纤，形成不锈钢管保护的光纤层5，厚度2mm。
（6）取半导电聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在不锈钢管保护的光纤层5外形成半导电缓冲阻水层7，厚度1.0 mm。
（7）取皱纹铜套套置在半导电缓冲阻水层7外，形成金属护套层8，厚度为0.8 mm。
（8）取导热绝缘聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在金属护套层8外形成非金属外护套层9，厚度为3 mm。
（9）取导热绝缘聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在非金属外护套层9外形成非金属导电层10，厚度为0.5 mm。
例2、生产额定电压±220 kV的电缆：
（1）在截面积为1000 mm2的紧压圆形高纯铝导体外绕包半导电尼龙绕包带。
（2）取半导电聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在绕包带外形成导体屏蔽层2，厚度2.0 mm。
（3）取导热绝缘聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在导体屏蔽层2外形成绝缘层3，厚度25.0 mm。
（4）取半导电聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在绝缘层3外形成绝缘屏蔽层4，厚度1.3mm。
（5）将光纤6包裹于不锈钢管内，制成光纤6均匀分布于其中的不锈钢管保护的光纤。
在绝缘屏蔽层4外套置不锈钢管保护的光纤，形成不锈钢管保护的光纤层5，厚度2mm。
（6）取半导电聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在不锈钢管保护的光纤层5外形成半导电缓冲阻水层7，厚度1.5 mm。
（7）取皱纹铜套套置在半导电缓冲阻水层7外，形成金属护套层8，厚度为0.8 mm。
（8）取导热绝缘聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在金属护套层8外形成非金属外护套层9，厚度为5 mm。
（9）取导热绝缘聚醚醚酮电缆料，通过挤出工艺，在非金属外护套层9外形成非金属导电层10，厚度为0.5 mm。
六、制成的产品结构：
如图1所示，本发明以上两例制成的电缆结构特征是：中心为金属导体1，在金属导体1外依次同心包覆有导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、不锈钢管保护的光纤层5、半导电缓冲阻水层7、金属护套层8、非金属外护套层9和非金属导电层10。
其中绝缘层3和非金属外护套层9均为聚醚醚酮导热绝缘电缆料挤包成形，导体屏蔽层2、绝缘屏蔽层4和半导电缓冲阻水层7均为聚醚醚酮半导电电缆料挤包成形，非金属导电层10为聚醚醚酮导电电缆料挤包成形。
Claims (5)
1.一种聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，中心为金属导体，在金属导体外依次同心包覆有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、不锈钢管保护的光纤层、半导电缓冲阻水层、金属护套层、非金属外护套层和非金属导电层，其特征在于：
所述绝缘层和非金属外护套层分别由导热绝缘聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和改性纳米无机导热材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性纳米无机导热材料由硅烷偶联剂对纳米无机导热材料改性制备得到；
所述导体屏蔽层、绝缘屏蔽层和半导电缓冲阻水层分别由半导电聚醚醚酮电缆料挤包成形，所述半导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述改性导电无机材料由导电无机材料经等离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到；
所述非金属导电层由导电聚醚醚酮电缆料挤包成形；所述导电聚醚醚酮电缆料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料；所述改性六钛酸钾晶须由钛酸酯偶联剂对六钛酸钾晶须改性制备得到，所述表面改性的碳纳米导电材料由碳纳米导电材料经离子体处理后，再用偶联剂进行表面改性得到。
2.根据权利要求1所述的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，其特征在于：所述导热绝缘聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和改性纳米无机导热材料分别占导热绝缘聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%和1%～10%。
3.根据权利要求1所述的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，其特征在于：所述半导电聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须、改性导电无机材料和成核剂分别占半导电聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%、1%～10%和0.5%～5%；所述成核剂为纳米蒙脱土、纳米埃洛石、纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅或纳米碳酸钙中的至少任意一种。
4.根据权利要求1所述的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，其特征在于：所述导电聚醚醚酮电缆料中，聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性六钛酸钾晶须和表面改性的碳纳米导电材料分别占导热绝缘聚醚醚酮电缆料总质量的65%～90%、5%～30%、1%～10%和1%～10%。
5.根据权利要求1所述的聚醚醚酮高压柔性直流输电光纤复合挤出电缆，其特征在于：所述导体屏蔽层2的厚度为0.5～2.0 mm，绝缘层3的厚度为8.0～40.0 mm，绝缘屏蔽层4的厚度为1.0～3.0 mm，不锈钢管保护的光纤层5的厚度为0.5～3.0 mm，半导电缓冲阻水层7的厚度为1.0～3.0 mm，金属护套层8的厚度为0.5～4.0 mm，非金属外护套层9的厚度为1.0～2.0 mm，非金属导电层10的厚度为0.5～1 mm。
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