CN110092969A - 一种高稳定性电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成，其中，半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯‑醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。本发明制备的高稳定性电缆结构简单、质量轻且屏蔽效果好，电缆的抗拉强度高、耐用耐腐蚀，使用寿命较长。

Description

一种高稳定性电缆
技术领域
本发明涉及一种高稳定性电缆。
背景技术
随着我国城市化与现代化的加速进行，国内的电为系统也在不断地被完善。各种大型的水力发电站、大型集约型发展的煤、水力、核能、可再生新能源发电站等都在纷纷的建设当中。这就导致交联聚乙烯绝缘中高压电力电缆的需求量逐年升高。
近年来，我国一直在致力于提升半导电屏蔽层的质量水平，缩小与国外先进水平的差距。限制中高压电力电缆用半导电屏蔽料国产化的主要原因是缺少性能优异的专用树脂及制备超纯材料的技术还不成熟。由于中高压电力电缆绝缘层内的电场强度非常大，任何半导电屏蔽层上的微小缺陷都可能导致严重的电场变形，发生局部放电，最终引发电树枝的现象。因此，中高压电力电缆所使用的半导电屏蔽层要求具有光滑度很高的挤出表面。
国外从上个世纪五十年代便开始了对半导电屏蔽料的研究与开发。到了六十年代，乙烯-醋酸乙烯共聚物等聚合物的商品化加速了人们对电缆屏蔽料的研发。七十年代后，国外己研发出具有实际应用价值的半导电屏蔽料并成功的投入了使用。然而，我国对于半导电屏蔽料的研究开始于上个世纪末，相比发达国家来说起步较晚。所用电缆原材料如EVA、高纯聚乙烯等多依赖于进口，国内生产的导电炭黑也与国外有着较大差距。这就导致了国内生产的屏蔽料在电性能方面有着严重的缺陷，相比国外的产品，屏蔽层表面有更多的凸起或毛刺，不够平整。
国家电网公司通过研发得到一种电缆半导电屏蔽材料(CN 106279929 A)，该材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯40-80％、乙烯-醋酸乙烯共聚物5-20％、改性炭黑15-40％、助剂5-20％、交联剂0.1-1.5％。本发明首次提出在炭黑上负载活性金属，改善了炭黑上的空间电位分布，而且可以在一定程度上改善炭黑的表面性质，提高炭黑在屏蔽材料制备过程中的分散程度，从而制备出表面光滑，与导体接触孔隙小的优良屏蔽材料。
然而，经过市场实践反应，上述电缆的屏蔽材料仍存在屏蔽效果不足的技术问题，研发人员通过检测发现，上述电缆屏蔽材料的体积电阻率仍偏高以及50μm以上杂质数量仍偏多，最终导致无法满足高屏蔽效果的要求。
发明内容
为了解决现有技术中电缆屏蔽材料的体积电阻率仍偏高以及50μm以上杂质数量仍偏多，以及电缆的屏蔽效果难以满足高端需求的技术问题。
本发明提出了如下技术方案：
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9-10，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂由化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐按重量比为1:1混合构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的一种。
所述抗氧剂是抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1035中的一种。
所述步骤1中煅烧温度为150-200℃。
所述步骤3中煅烧温度为300-350℃，煅烧时间为3-7h。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
(1)相比于现有技术，本发明制备得到的屏蔽材料的体积电阻率(Ω·m)可以达到19，并消除50μm以上杂质数量，极大提高了电缆的屏蔽效果和稳定性；
(2)利用化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐对炭黑进行复合协同改性可以大幅度提高炭黑的分散效果，有利于炭黑在屏蔽材料中实现均匀分布，充分发挥炭黑在电缆中的屏蔽效果，保证电缆的稳定性；
(3)相比于负载镍和铝，将镍和钴作为炭黑的负载活性金属将更有利于改善了炭黑上的空间电位分布和表面性质，提高炭黑在屏蔽材料制备过程中的分散程度，保证电缆的稳定性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂由化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐按重量比为1:1混合构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
其中，所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯，所述抗氧剂是抗氧剂1010，所述步骤1中煅烧温度为150℃，所述步骤3中煅烧温度为300℃，煅烧时间为3h。
实施例2
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂由化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐按重量比为1:1混合构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
其中，所述交联剂是三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯，所述抗氧剂是抗氧剂1024，所述步骤1中煅烧温度为170℃，所述步骤3中煅烧温度为320℃，煅烧时间为5h。
实施例3
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到10，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂由化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐按重量比为1:1混合构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
其中，所述交联剂是三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯，所述抗氧剂是抗氧剂1035，所述步骤1中煅烧温度为200℃，所述步骤3中煅烧温度为350℃，煅烧时间为7h。
对比例1
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Al3+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和铝单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，铝的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂由化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐按重量比为1:1混合构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
其中，所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯，所述抗氧剂是抗氧剂1010，所述步骤1中煅烧温度为150℃，所述步骤3中煅烧温度为300℃，煅烧时间为3h。
对比例2
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂仅由化合物(1)构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
其中，所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯，所述抗氧剂是抗氧剂1010，所述步骤1中煅烧温度为150℃，所述步骤3中煅烧温度为300℃，煅烧时间为3h。
对比例3
一种高稳定性电缆，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
所述步骤3中改性剂仅由二烷基磺化琥珀酸盐构成。
其中，所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯，所述抗氧剂是抗氧剂1010，所述步骤1中煅烧温度为150℃，所述步骤3中煅烧温度为300℃，煅烧时间为3h。
效果表征：对实施例1以及对比例1-3制备得到的半导电屏蔽材料进行检测，检测主要两个指标：(1)体积电阻率(Ω·m)；(2)50μm以上杂质数量。
下表详细记载了实施例1和对比例1-3中活性金属的种类、分散剂的构成、体积电阻率(Ω·m)以及50μm以上杂质数量。
上述结果表明：(1)相比于现有技术，本发明制备得到的屏蔽材料的体积电阻率(Ω·m)可以达到19，消除50μm以上杂质数量，极大提高了电缆的屏蔽效果和稳定性；(2)从实施例1与对比例2-3的结果可以看出，利用化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐对炭黑进行复合协同改性可以大幅度提高炭黑的分散效果，有利于炭黑在屏蔽材料中实现均匀分布，充分发挥炭黑在电缆中的屏蔽效果，保证电缆的稳定性；(3)从实施例1与对比例1可以看出，相比于负载镍和铝，将镍和钴作为炭黑的负载活性金属将更有利于改善了炭黑上的空间电位分布和表面性质，提高炭黑在屏蔽材料制备过程中的分散程度，保证电缆的稳定性。

Claims (8)

1.一种高稳定性电缆，其特征在于，从内至外包括导体、半导电屏蔽层、绝缘层、阻燃层、铠装层以及护套，所述半导电屏蔽层由半导电屏蔽材料构成。
2.根据权利要求1所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述半导电屏蔽材料包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、碳酸二乙酯10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
3.根据权利要求2所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：
步骤1：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24h，水洗后在硝酸中浸渍24h，经去离子水清洗，惰性气氛下煅烧活化，即得活化后的炭黑；
步骤2：将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Co2+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9-10，经搅拌、减压抽滤、清洗、干燥、惰性气氛下煅烧处理，即得负载活性金属的炭黑；以镍单质和钴单质计，所述改性炭黑中镍负载量是15wt％的活化后的炭黑，钴的负载量是3wt％的活化后的炭黑；
步骤3：将负载活性金属的炭黑分散于乙醇溶液中，添加改性剂，搅拌反应4～8h，经离心分离、洗涤、干燥处理，即得改性炭黑；所述改性剂的用量为负载活性金属的炭黑的5wt％，所述改性炭黑的粒径是100-1000nm。
4.根据权利要求3所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述步骤3中改性剂由化合物(1)和二烷基磺化琥珀酸盐按重量比为1:1混合构成；
所述化合物(1)的结构式如下：
5.根据权利要求2所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的一种。
6.根据权利要求2所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述抗氧剂是抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1035中的一种。
7.根据权利要求3所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述步骤1中煅烧温度为150-200℃。
8.根据权利要求3所述的高稳定性电缆，其特征在于，所述步骤3中煅烧温度为300-350℃，煅烧时间为3-7h。
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