CN110317384A - 一种石墨烯电缆及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯电缆及其生产方法，包含有导体，导体外部设有绝缘层，绝缘层由以下质量份数的组分组成：聚乙烯50～80份、过氯乙烯树脂28～32份、丁苯橡胶10～20份、硅酸四乙酯3～6份、特丁基对苯二酚2～8份、氰乙基纤维素10～20份、对羟基苯甲酸甲酯8～10份、海泡石粉26～30份、氮化钛粉末24～28份、二氧化硅粉末26～30份、氟化钙粉末24～28份、石墨烯10～16份、磷酸三辛酯16～20份、二甘醇16～20份、磺化蓖麻油2～4份、硫磺0.16～0.32份、甲基乙烯酮3～10份、瓜尔胶2～8份。通过添加微量的石墨烯在绝缘层中，可有效的抑制空间电荷，避免空间电荷在绝缘层中聚集，以有效的防止击穿故障，并且拉伸强度和断裂伸长率均有所提高。

Description

一种石墨烯电缆及其生产方法
技术领域
本发明涉及电缆生产技术领域，具体为一种石墨烯电缆及其生产方法。
背景技术
直流输电技术是远距离送电、电力能源区域互联领域的重点发展方向，而直流输电电缆是直流输电技术的关键装备。对于高压直流输电电缆，在使用的过程中，电缆中的绝缘层长期受到单极性、强电场的作用，导致绝缘层内有大量的空间电荷产生和集聚。空间电荷的集聚会在绝缘层中引起局部电场的畸变，畸变电场严重时，可引起局部放电，加速绝缘层的老化和电树枝的生长，进而影响电缆导体的介电强度，导致绝缘层击穿故障，大大的降低了电缆的使用寿命。
对于直流电缆绝缘层，现多是通过向绝缘层中添加无机纳米颗粒，一抑制电缆绝缘层的空间电荷，而通过添加传统的无机纳米颗粒，其添加量较大，但含量较大的无机纳米颗粒会严重影响绝缘层的聚合物的团聚性能，导致绝缘层中出现较多的缺陷，绝缘层的机械性能下降，而降低纳米无机颗粒的添加量，又会降低空间电荷的抑制效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯电缆及其生产方法与生产设备，该电缆用轨道交通机的直流电输送，在电缆的绝缘层中加入少量的石墨烯后，能有效的抑制电缆绝缘层的空间电荷，并且还在一定程度上提高了绝缘层的电气、机械性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯电缆，包含有导体，导体外部设有绝缘层，绝缘层由以下质量份数的组分组成：聚乙烯50～80 份、过氯乙烯树脂28～32份、丁苯橡胶10～20份、硅酸四乙酯3～6份、特丁基对苯二酚2～8份、氰乙基纤维素10～20份、对羟基苯甲酸甲酯8～10份、海泡石粉26～30份、氮化钛粉末24～28份、二氧化硅粉末26～30份、氟化钙粉末24～28份、石墨烯10～16份、磷酸三辛酯16～20份、二甘醇16～20份、磺化蓖麻油2～4份、硫磺0.16～0.32份、甲基乙烯酮3～10份、瓜尔胶2～8 份。
进一步地，所述海泡石粉由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为 30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～10:4～ 6:1。
进一步地，所述氮化钛粉末由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～6:4～ 8:1。
进一步地，所述磺化蓖麻油的粘度在25℃为120～160mpa.s。
进一步地，所述二氧化硅粉末由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为2～ 10:3～9:1。
进一步地，上述石墨烯电缆生产方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的聚乙烯、丁苯橡胶、硅酸四乙酯、氰乙基纤维素、海泡石粉、氮化钛粉末、二氧化硅粉末、氟化钙粉末、磷酸三辛酯、二甘醇予以混合，超声高速分散，超声波频率为20～40KHz，分散速度5000～5400r/min，分散时间为30～60min；
(2)加入所述质量份数的过氯乙烯树脂、特丁基对苯二酚、对羟基苯甲酸甲酯、石墨烯，超声高速分散，超声波频率为20～35KHz，分散速度4800～ 5200r/min，分散时间为30～50min；
(3)加入所述质量份数的磺化蓖麻油、硫磺、甲基乙烯酮、瓜尔胶，超声高速分散，超声波频率为20～30KHz，分散速度4600～4800r/min，分散时间为 20～40min；混合均匀后制得混合物料；
(4)将步骤(3)获得的混合物料予以热熔，热熔温度为290～300℃，再通过电缆挤出成型设备，挤出电缆，随后在室温下予以过水冷却降温，并在60～ 70℃下进行干燥处理，即获得成品电缆。
本发明有益效果：在本发明的电缆绝缘层中，通过在聚乙烯主材中添加氮化钛粉末、二氧化硅粉末以及氟化钙粉末，增强绝缘层聚合物的机械强度，使得聚合物具有一定的耐磨耐高温性能，并且在聚乙烯基材中，还添加入10-16 份的石墨烯，微量的石墨烯在绝缘层中，其他组份相互作用，可有效的抑制空间电荷，避免空间电荷在绝缘层中聚集，以有效的防止击穿故障，将具有本发明的绝缘层的电缆应用到轨道交通直流电缆中，可有效的抑制80％的空间电荷，大大的提高直流电缆的绝缘性。
在本发明中，通过分批次的将原料混合，使得各种原料混合均匀，再通过挤出成型，将绝缘层包覆在导体上，形成电缆，通过本发明制备的石墨烯电缆，其电气性能和机械性能均有所提高，并且在使用的过程中，通过实验测得，该电缆的绝缘层可抑制70-80％的空间电荷。将本发明的直流电缆应用到轨道交通送电系统中，其使用寿命长，耐击穿性能优异。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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做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。
表1：组分配比表
实施例：以上述表1中各组分的配比，按以下制备方法，制备石墨烯电缆：
(1)将所述质量份数的聚乙烯、丁苯橡胶、硅酸四乙酯、氰乙基纤维素、海泡石粉、氮化钛粉末、二氧化硅粉末、氟化钙粉末、磷酸三辛酯、二甘醇予以混合，超声高速分散，超声波频率为20～40KHz，分散速度5000～5400r/min，分散时间为60min；
(2)加入所述质量份数的过氯乙烯树脂、特丁基对苯二酚、对羟基苯甲酸甲酯、石墨烯，超声高速分散，超声波频率为20～35KHz，分散速度4800～5200r/min，分散时间为50min；
(3)加入所述质量份数的磺化蓖麻油、硫磺、甲基乙烯酮、瓜尔胶，超声高速分散，超声波频率为20～30KHz，分散速度4600～4800r/min，分散时间为40min；混合均匀后制得混合物料；
(4)将步骤(3)获得的混合物料予以热熔，热熔温度为290～300℃，再通过电缆挤出成型设备，挤出电缆，随后在室温下予以过水冷却降温，并在60～70℃下进行干燥处理，即获得成品电缆。
其中，在上述实施例中，所述海泡石粉由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为 30～50目、50～80目、80～100目，在实施例1中，上述三种粉体的混合质量比例为8:5:1，在实施例2中，上述三种粉体的混合质量比例为3:4:1。在实施例3中，上述三种粉体的混合质量比例为10:4:1，在实施例4中，上述三种粉体的混合质量比例为3:6:1，在实施例5中，上述三种粉体的混合质量比例为4:5:1，在上述实施例6中，上述三种粉体的混合质量比例为7:4:1。
同样的，在上述实施例中，所述氮化钛粉末由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，在实施例1中，上述三种粉体的混合质量比例为5:6:1，在实施例2中，上述三种粉体的混合质量比例为3:4:1。在实施例3中，上述三种粉体的混合质量比例为5:8:1，在实施例4中，上述三种粉体的混合质量比例为6:5:1，在实施例5中，上述三种粉体的混合质量比例为4:4:1，在上述实施例6中，上述三种粉体的混合质量比例为6:7:1。
在实施例1-6中，所述磺化蓖麻油的粘度均为在25℃为140mpa.s。
在上述实施例中，所述二氧化硅粉末由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～ 50目、50～70目、70～90目，其中在实施例1中，上述三种粉体的混合质量比例为10:6:1，在实施例2中，上述三种粉体的混合质量比例为15:4:1。在实施例3中，上述三种粉体的混合质量比例为15:9:1，在实施例4中，上述三种粉体的混合质量比例为20:3:1，在实施例5 中，上述三种粉体的混合质量比例为18:7:1，在上述实施例6中，上述三种粉体的混合质量比例为13:5:1。
对比试验例：
以上述表1中的对比例的组份配方，再按上述制备方法，制备出对比例电缆。
将上实施例1-6的配方制备出的电缆分别计做1-6号，分别测试1-6号及对比例电缆的拉伸强度、断裂伸长率、空间电荷抑制效果，其结果如下表2所示。
表2：性能测试表
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
拉伸强度(MPa) 29 30 28 31 32 20
断裂伸长率(％) 228 231 232 220 235 210
空间电荷抑制率 77.40％ 78.50％ 71.20％ 80.30％ 74.50％ 21.40％
从上述表2中，可以得出，实施例1-6的配方中，添加有微量石墨烯，其空间电荷的抑制率在70-80％之间，电缆在使用的过程中，绝缘层中的石墨烯能有效的抑制空间电荷的产生，并且，在抑制了空间电荷产生的同时，电缆的绝缘层的拉伸强度和断裂伸长率均有所提高，因此，将本发明的石墨烯电缆应用到轨道较通的直流输电系统中，在使用的过程中，绝缘层中的石墨烯抑制空间电荷的产生和聚集，提高电缆的使用寿命。

Claims (6)

1.一种石墨烯电缆，包含有导体，导体外部设有绝缘层，其特征在于：所述绝缘层由以下质量份数的组分组成：聚乙烯50～80份、过氯乙烯树脂28～32份、丁苯橡胶10～20份、硅酸四乙酯3～6份、特丁基对苯二酚2～8份、氰乙基纤维素10～20份、对羟基苯甲酸甲酯8～10份、海泡石粉26～30份、氮化钛粉末24～28份、二氧化硅粉末26～30份、氟化钙粉末24～28份、石墨烯10～16份、磷酸三辛酯16～20份、二甘醇16～20份、磺化蓖麻油2～4份、硫磺0.16～0.32份、甲基乙烯酮3～10份、瓜尔胶2～8份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电缆，其特征在于：所述海泡石粉由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～10:4～6:1。
3.根据权利要求1所述的石墨烯电缆，其特征在于：所述氮化钛粉末由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～6:4～8:1。
4.根据权利要求1所述的石墨烯电缆，其特征在于：所述磺化蓖麻油的粘度在25℃为120～160mpa.s。
5.根据权利要求1所述的石墨烯电缆，其特征在于：所述二氧化硅粉末由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为2～10:3～9:1。
6.根据权利要求1所述的石墨烯电缆，其特征在于：所述石墨烯电缆生产方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的聚乙烯、丁苯橡胶、硅酸四乙酯、氰乙基纤维素、海泡石粉、氮化钛粉末、二氧化硅粉末、氟化钙粉末、磷酸三辛酯、二甘醇予以混合，超声高速分散，超声波频率为20～40KHz，分散速度5000～5400r/min，分散时间为30～60min；
(2)再加入所述质量份数的过氯乙烯树脂、特丁基对苯二酚、对羟基苯甲酸甲酯、石墨烯，超声高速分散，超声波频率为20～35KHz，分散速度4800～5200r/min，分散时间为30～50min；
(3)再加入所述质量份数的磺化蓖麻油、硫磺、甲基乙烯酮、瓜尔胶，超声高速分散，超声波频率为20～30KHz，分散速度4600～4800r/min，分散时间为20～40min；混合均匀后制得混合物料；
(4)将步骤(3)获得的混合物料予以热熔，热熔温度为290～300℃，再通过电缆挤出成型设备，挤出电缆，随后在室温下予以过水冷却降温，并在60～70℃下进行干燥处理，即获得成品电缆。
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