CN109337231A - 一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料及其制备方法，按照重量份计，包括聚氯乙烯70‑85份、EVA树脂10‑15份、导电炭黑10‑15份、石墨烯1‑2份、改性镁铝水滑石3‑8份、硼酸锌1‑2份、润滑剂2‑3份、稳定剂0.5‑1份、交联剂1‑2份、复合抗氧化剂0.5‑0.8份，所述的复合抗氧化剂，按照重量份计，包括抗氧化剂300 85份、VE3份、氧化钇2份、白炭黑10份。本发明的屏蔽材料具有优异的力学、电学、阻燃性能、热学性能，尤其是屏蔽材料的抗氧化性能和阻燃性能好，有效的提高了产品的使用寿命。

Description

一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料及其制备方法，属于电缆材料领域。
背景技术
随着我国城市化、工业化、信息化的发展，人们对电力需求与日俱增。电力电缆主要用于传输和分配电能的线缆，常用于地下电网、发电站与变电站的引出线路、水下输电线、工业企业的内部供电线路。屏蔽层在中高压电雞中起到了至关重要的作用，为导体与绝缘层提供了一层光滑的界面，减少了由表面粗糖的导体造成的应力集中对电缆绝缘层的破坏。半导电屏蔽料的质量很大程度上决定了电缆的使用寿命和安全性。我国由于电缆研发起步较晚，在原材料水平、工业基础及技术水平上都与国际先进水平有着巨大的差异。因此，对具有优异性能的半导电屏蔽料进行研发迫在眉睫。申请公布号CN105131408A，发明名称：一种石墨烯半导体屏蔽料，由石墨烯纳米片及乙烯一醋酸乙烯酷制得，通过先配制分散均匀的石墨烯纳米片(GR)水溶液，搅拌下加入乙烯一醋酸乙烯酷(EVA)乳液，两者混合絮凝后，得到GR/EVA固体，用去离子水过滤冲洗至中性后真空冷冻干燥得GR/EVA母胶，通过双辊筒开炼机充分混合，加硫化剂处理后在平板硫化机上成型，获得石墨烯半导体屏蔽料。该发明的制备工艺简单、成本低、能耗低，易于控制；制得的石墨烯半导体屏蔽料具有低密度、半导电性能优越、耐压高、抗张强度高、超光滑且耐水树，产品可作为中高压电力电缆的理想屏蔽材料。但是该发明中仅仅考虑到屏蔽作用，而没有考虑其他性能，导致其抗氧化性能和阻燃性能不好，电缆容易老化，降低使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料及其制备方法，解决了现有石墨烯半导体屏蔽料抗氧化性能和阻燃性能不好，电缆容易老化等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，按照重量份计，包括聚氯乙烯70-85份、EVA树脂10-15份、导电炭黑10-15份、石墨烯1-2份、改性镁铝水滑石3-8份、硼酸锌1-2份、润滑剂2-3份、稳定剂0.5-1份、交联剂1-2份、复合抗氧化剂0.5-0.8份，所述的复合抗氧化剂，按照重量份计，包括抗氧化剂300 85份、VE3份、氧化钇2份、白炭黑10份。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的润滑剂为重量比1:2的KH-560和硬脂酰胺混合物。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的交联剂为交联剂DCP。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的稳定剂为钙锌稳定剂。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的改性镁铝水滑石得制备方法为：称取20g镁铝水滑石加入到100ml水中，超声5-10min，然后加热至80℃，加入1gSTPP、0.2g脂肪醇聚氧乙烯醚和0.3g十八胺盐酸盐，超声15-20min，洗涤抽滤，100℃干燥8-10h，即得改性镁铝水滑石。
本发明的石墨烯阻燃屏蔽电缆材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)将导电炭黑、石墨烯研磨混合均匀得到混合导电填料；将混合导电填料、聚氯乙烯、EVA树脂、润滑剂、稳定剂、改性镁铝水滑石、硼酸锌、交联剂和复合抗氧化剂放入转矩流变仪中，在120-150℃的温度下进行共混，然后取出冷却共混物；
(2)将共混物在平板硫化机中，150-160℃热压成型，得到电力电缆用屏蔽材料。
进一步，本发明的一种优选方案为：所述的转矩流变仪的转速为60-70转，混合时间为8-12min。
本发明的有益效果：
本发明的屏蔽材料采用导电炭黑和石墨烯复合作为导电材料，石墨烯其优异的电性能、热性能、机械性能和独特的二维结构得到了广泛的关注，将少量的石墨烯作为导电填料和导电炭黑共同混入屏蔽层中，炭黑与石墨烯产生协同效应，原本分散不均匀的炭黑开始分散在石墨烯的周围或者是负载在石墨烯的片层上。实现了二维材料与球型材料形成三维空间接触，而非单单的球型材料堆积，并且，随着石墨帰含量的增加，复合材料逐渐形成了完整的导电网络，可以极大地减少导电填料的使用量进而改善屏蔽层的表面光洁度与电缆料的挤出加工性能。
本发明采用复合抗氧化剂，能防止或减缓有机材料氧化的化合物，它不但能够有效降低塑料的自氧化反应速率，且能延缓塑料的老化和降解，有效的提高了产品的使用说明，而且同时可以提高产品的力学和电学性能。
无机阻燃用于高聚物的阻燃时，由于其与基体树脂间的相容性差并且阻燃效率低，为使聚烯烃材料的阻燃性能达到一定的要求，氢氧化物的添加量通常需超过50％，对材料的力学性能影响很大。本发明采用改性镁铝水滑石，使得镁铝水滑石表面的疏水性增强，提高了粒子分散度，使镁铝水滑石在材料中分散更均匀，阻燃性能增强阻燃性能明显改善；改善了镁铝水滑石的相容性和分散性，当材料受到拉伸时，改性镁铝水滑石粒子起到了交联点的作用，使应力分布均匀。同时，添加的改性镁铝水滑石也可作为成核剂，对材料的异相成核作用增强，使其晶粒更为细化，增加复合材料的力学性提高，拉伸、弯曲和冲击强度具有提高。
本发明的屏蔽材料具有优异的力学、电学、阻燃性能、热学性能，尤其是屏蔽材料的抗氧化性能和阻燃性能好，有效的提高了产品的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，按照重量份计，包括聚氯乙烯70份、EVA树脂15份、导电炭黑15份、石墨烯1份、改性镁铝水滑石6份、硼酸锌2份、润滑剂2份、稳定剂0.5份、交联剂1份、复合抗氧化剂0.5份，所述的复合抗氧化剂，按照重量份计，包括抗氧化剂300 85份、VE3份、氧化钇2份、白炭黑10份。
润滑剂为重量比1:2的KH-560和硬脂酰胺混合物；交联剂为交联剂DCP；稳定剂为钙锌稳定剂。
改性镁铝水滑石得制备方法为：称取20g镁铝水滑石加入到100ml水中，超声5min，超声功率1000W，然后加热至80℃，加入1gSTPP、0.2g脂肪醇聚氧乙烯醚和0.3g十八胺盐酸盐，超声15min，超声功率1000W，洗涤抽滤，100℃干燥8h，即得改性镁铝水滑石。
其制备方法，包括以下步骤:
(1)将导电炭黑、石墨烯研磨混合均匀得到混合导电填料；将混合导电填料、聚氯乙烯、EVA树脂、润滑剂、稳定剂、改性镁铝水滑石、硼酸锌、交联剂和复合抗氧化剂放入转矩流变仪中，转矩流变仪的转速为60转，混合时间为12min，在120℃的温度下进行共混，然后取出冷却共混物；
(2)将共混物在平板硫化机中，150℃热压成型，得到电力电缆用屏蔽材料。
实施例2
一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，按照重量份计，包括聚氯乙烯80份、EVA树脂13份、导电炭黑10份、石墨烯2份、改性镁铝水滑石3份、硼酸锌2份、润滑剂2份、稳定剂0.8份、交联剂2份、复合抗氧化剂0.8份，所述的复合抗氧化剂，按照重量份计，包括抗氧化剂300 85份、VE3份、氧化钇2份、白炭黑10份。
润滑剂为重量比1:2的KH-560和硬脂酰胺混合物；交联剂为交联剂DCP；稳定剂为钙锌稳定剂。
改性镁铝水滑石得制备方法为：称取20g镁铝水滑石加入到100ml水中，超声8min，超声功率1000W，然后加热至80℃，加入1gSTPP、0.2g脂肪醇聚氧乙烯醚和0.3g十八胺盐酸盐，超声18min，超声功率1000W，洗涤抽滤，100℃干燥9h，即得改性镁铝水滑石。
其制备方法，包括以下步骤:
(1)将导电炭黑、石墨烯研磨混合均匀得到混合导电填料；将混合导电填料、聚氯乙烯、EVA树脂、润滑剂、稳定剂、改性镁铝水滑石、硼酸锌、交联剂和复合抗氧化剂放入转矩流变仪中，转矩流变仪的转速为60转，混合时间为10min，在130℃的温度下进行共混，然后取出冷却共混物；
(2)将共混物在平板硫化机中，150℃热压成型，得到电力电缆用屏蔽材料。
实施例3
一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，按照重量份计，包括聚氯乙烯85份、EVA树脂10份、导电炭黑13份、石墨烯2份、改性镁铝水滑石8份、硼酸锌1份、润滑剂3份、稳定剂1份、交联剂1份、复合抗氧化剂0.6份，所述的复合抗氧化剂，按照重量份计，包括抗氧化剂300 85份、VE3份、氧化钇2份、白炭黑10份。
润滑剂为重量比1:2的KH-560和硬脂酰胺混合物；交联剂为交联剂DCP；稳定剂为钙锌稳定剂。
改性镁铝水滑石得制备方法为：称取20g镁铝水滑石加入到100ml水中，超声10min，超声功率1000W，然后加热至80℃，加入1gSTPP、0.2g脂肪醇聚氧乙烯醚和0.3g十八胺盐酸盐，超声20min，超声功率1000W，洗涤抽滤，100℃干燥10h，即得改性镁铝水滑石。
其制备方法，包括以下步骤:
(1)将导电炭黑、石墨烯研磨混合均匀得到混合导电填料；将混合导电填料、聚氯乙烯、EVA树脂、润滑剂、稳定剂、改性镁铝水滑石、硼酸锌、交联剂和复合抗氧化剂放入转矩流变仪中，转矩流变仪的转速为70转，混合时间为12min，在150℃的温度下进行共混，然后取出冷却共混物；
(2)将共混物在平板硫化机中，160℃热压成型，得到电力电缆用屏蔽材料。
性能测试
按照JB/T 10738-2007《额定电压35kV及以下挤包绝缘电缆用半导电屏蔽料》和GB/T 2406.2-2009测定实施例1-3所制备的屏蔽材料的性能，具体见下表。
由上表可知，本发明的石墨烯阻燃屏蔽电缆材料具有良好的屏蔽和阻燃性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，其特征在于：按照重量份计，包括聚氯乙烯70-85份、EVA树脂10-15份、导电炭黑10-15份、石墨烯1-2份、改性镁铝水滑石3-8份、硼酸锌1-2份、润滑剂2-3份、稳定剂0.5-1份、交联剂1-2份、复合抗氧化剂0.5-0.8份，所述的复合抗氧化剂，按照重量份计，包括抗氧化剂300 85份、VE3份、氧化钇2份、白炭黑10份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，其特征在于：所述的润滑剂为重量比1:2的KH-560和硬脂酰胺混合物。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，其特征在于：所述的交联剂为交联剂DCP。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，其特征在于：所述的稳定剂为钙锌稳定剂。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯阻燃屏蔽电缆材料，其特征在于：所述的改性镁铝水滑石得制备方法为：称取20g镁铝水滑石加入到100ml水中，超声5-10min，然后加热至80℃，加入1gSTPP、0.2g脂肪醇聚氧乙烯醚和0.3g十八胺盐酸盐，超声15-20min，洗涤抽滤，100 ℃干燥8-10h，即得改性镁铝水滑石。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的石墨烯阻燃屏蔽电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
（1）将导电炭黑、石墨烯研磨混合均匀得到混合导电填料；将混合导电填料、聚氯乙烯、EVA树脂、润滑剂、稳定剂、改性镁铝水滑石、硼酸锌、交联剂和复合抗氧化剂放入转矩流变仪中，在120-150℃的温度下进行共混，然后取出冷却共混物；
（2）将共混物在平板硫化机中，150-160℃热压成型，得到电力电缆用屏蔽材料。
7.根据权利要求6所述的石墨烯阻燃屏蔽电缆材料的制备方法，其特征在于：所述的转矩流变仪的转速为60-70转，混合时间为8-12min。
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