CN111454533A - 一种导电塑胶及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电塑胶及其应用，以该导电塑胶的总质量为基准，该导电塑胶包括：低熔点树脂42％‑54％；增韧树脂4％‑10％；炭黑33％‑47％；分散剂1％‑3％；其中，所述增韧树脂为丙烯酸与硅氧烷的聚合物。本发明导电塑胶具有低熔融温度和高导电性能，适合用于电线电缆屏蔽层。

Description

一种导电塑胶及其应用
技术领域
本发明涉及一种导电塑胶及其应用，尤其涉及一种用于电子通信领域电线电缆屏蔽层的导电塑胶。
背景技术
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。屏蔽层在中高压电缆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，减少了由表面粗糙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。
CN109337231A公开了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。该发明的屏蔽材料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。
CN103319765B公开了一种导电、阻隔性聚乙烯组合物及其制备方法和应用，其包括：(A)50至90质量份的基础树脂，基础树脂含有(A1)70至97质量％的聚乙烯树脂和(A2)3至30质量％的聚酰胺树脂，聚酰胺树脂(A2)以多层重叠交叉的层片状结构分散于聚乙烯树脂(A1)中；(B)0.1至10质量份的聚烯烃接枝共聚物；(C)5至25质量份的炭黑。该发明组合物是以聚乙烯为主要基础树脂，采用熔融及捏合的方法，使聚酰胺树脂在聚乙烯树脂中形成多层重叠交叉的层片状结构，具有较优异的阻隔性和导电性能，成本低廉，增大了材料的加工窗口，拓宽了材料的应用领域，但其主要用作制备盛放燃料、有机溶剂的容器及输送管道等。
传统电缆屏蔽层胶料由于耐温高、加工压力大，容易冲断电缆芯线，造成电缆的损坏；另外，传统电缆屏蔽层胶料的屏蔽性能也有待进一步提高。因此，电缆屏蔽层胶料仍是本领域研究重点。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种导电塑胶及其应用，以克服现有技术中电线电缆屏蔽层熔点较高、所需加工压力大、以及屏蔽性能较弱的问题。
为了达到上述目的，本发明提供的导电塑胶包括(以该导电塑胶的总质量为基准)：
Figure BDA0002444277520000021
其中，所述增韧树脂为丙烯酸与硅氧烷的聚合物。
于一实施方式中，所述增韧树脂为丙烯酸-硅氧烷-网状互穿聚合物；所述增韧树脂的熔融指数为0.8-1.5g/10min、接枝率为0.8-1.3％、和/或密度为0.80-1.00g/cm3。
于一实施方式中，所述分散剂为聚丙烯酰胺。
于一实施方式中，所述分散剂为阳离子聚丙烯酰胺；所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量为800-1200万，阳离子浓度为10-70％。
于一实施方式中，所述低熔点树脂为线性嵌段共聚物，其中嵌段包括乙烯和丁烯。
于一实施方式中，所述低熔点树脂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
于一实施方式中，该导电塑胶包括(以该导电塑胶的总质量为基准)：
Figure BDA0002444277520000022
其中，所述炭黑包括35％-40％的导电炭黑和3％-7％超导炭黑。
于一实施方式中，该导电塑胶还包括偶联剂；该偶联剂为有机硅化合物；以该导电塑胶的总质量为基准，该偶联剂的加入量为1％-3％。
于一实施方式中，该导电塑胶还包括氧化还原剂；以该导电塑胶的总质量为基准，该氧化还原剂的加入量为1％-3％。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种电线电缆屏蔽层，该电线电缆屏蔽层包括上述的导电塑胶。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种导电塑胶，采用超导电炭黑，增韧树脂以及加工助剂精制而成。本发明导电塑胶具有较低的熔融温度，较高的流动性，进而可以大幅度降低加工模具的压力，避免电线电缆芯线冲断问题；本发明导电塑胶与传统导线塑胶相比，具有更好的屏蔽性能和导电性能。
附图说明
图1为铝箔+地线+编织屏蔽的电磁波屏蔽效能图；
图2为本发明实施例1和2的导电塑胶+铝箔+2E屏蔽的电磁波屏蔽效能图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
本发明提供了一种导电塑胶，以该导电塑胶的总质量为基准，该导电塑胶包括：
Figure BDA0002444277520000031
其中，增韧树脂为丙烯酸与硅氧烷的聚合物；更优选的，增韧树脂为丙烯酸-硅氧烷-网状互穿聚合物，该聚合物具有独特的互穿聚合物网络，可提供高冲击强度及良好的耐侯性。另外该聚合物为结构表面活性剂，表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子，一种粒子具有极强的亲油性，另一种则具有极强的亲水性。溶解于水中以后，该聚合物能降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。作为优选的技术方案，增韧树脂的熔融指数为0.8-1.5g/10min(2.16kg砝码)、接枝率为0.8-1.3％、和/或密度为0.80-1.00g/cm3。
作为优选的技术方案，以导电塑胶的总质量为基准，增韧树脂的加入量为4％-8％或6％-10％，更优选为8％。
在一实施方式中，低熔点树脂为线性嵌段共聚物，优选为线性三嵌段共聚物，其中嵌段包括乙烯和丁烯。更优选地，低熔点树脂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物不含不饱和双键，因此具有良好的稳定性和耐老化性。本发明低熔点树脂作为一种热塑弹性体加入导电塑胶中，可以改变产品外观及柔软度。
作为优选的技术方案，以导电塑胶的总质量为基准，低熔点树脂的加入量为42％-51％，优选为48％-50％，更优选为50％。
炭黑(carbon black)，又名碳黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10～3000m2/g，是含碳物质(煤、天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”、“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。
导电炭黑是具有低电阻或高电阻性能的炭黑。可赋予制品导电或防静电作用。其特点为粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净(化合物少)等，可用于电线电缆屏蔽料。
超导炭黑，比一般导电炭黑具有更好的导电效果，具有用量小，导电性能高的特点，用于电线电缆屏蔽，可以提高产品分散性、抗紫外线性能、以及产品的防腐蚀性能。
作为优选的技术方案，本申请中的炭黑包括导电炭黑和超导炭黑，以导电塑胶的总质量为基准，导电炭黑的加入量为30％-40％，更优选为35％-40％，进一步优选为35％；超导炭黑的加入量为3％-7％，更优选为3％-5％，进一步优选为5％。本发明的导电炭黑和超导炭黑可以为市售商品，但本发明不作特别限定。
分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体及液体颗粒，同时也能防止颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的两亲性试剂。本发明导电塑胶中的分散剂为聚丙烯酰胺，优选为阳离子聚丙烯酰胺；更优选地，阳离子聚丙烯酰胺的分子量为800-1200万，阳离子浓度为10-70％。
作为优选的技术方案，以导电塑胶的总质量为基准，分散剂的加入量为2％-3％，更优选为2％。
另外，本发明导电塑胶还可以包括偶联剂、氧化还原剂、抗氧剂以及滑剂等等，另外还可以根据需要添加少量其他种类添加剂。偶联剂优选为有机硅化合物；抗氧化剂优选为银，银具有较强的抗氧化性、光泽性和持久性，能增强导电性能；滑剂可以调整工艺生产配方。以该导电塑胶的总质量为基准，偶联剂的加入量优选为1％-3％，氧化还原剂的加入量优选为1％-3％，抗氧剂的加入量优选为1％-5％，滑剂的加入量优选为0.2％-1％。
本发明导电塑胶的制备方法例如为将低熔点树脂、增韧树脂、导电炭黑、超导炭黑和分散剂混合均匀后，共混、成型得到本发明的导电塑胶。也可将导电炭黑、超导炭黑研磨混合均匀后，再加入低熔点树脂、增韧树脂和分散剂，共混、成型。另外，也可以加入抗氧化剂、偶联剂、氧化还原剂、滑剂等其他添加剂。作为优选的技术方案，本发明导电塑胶的制备方法还包括将成型产品进行粉碎、再次混炼压制成型的步骤。由于炭黑无限网链重建动力学原因，在高剪切速率作用下，炭黑无限网链在剪切方向受到外力拉伸，当作用力大于一定值后，无限网链破坏。而聚合物的高粘度使得这种破坏不能很快恢复，因此导电塑胶导电性下降。经粉碎再生后，无限网链重新建立，电导率得以恢复，因此该加工方法和加工条件对含炭黑聚合物导电性的这种影响规律，对复合型导电高分子的应用有十分重要的意义。
本发明的导电塑胶外观为黑色颗粒状，可用于电子通信领域，尤其用于电线电缆屏蔽材料。本发明导电塑胶具有低熔融温度特性，可以增强材料的流动性以及韧性，降低加工模具的压力和温度，进而在电缆屏蔽层加工过程中减少芯线被冲断的几率，提高产品良率。
以下给出本发明导电塑胶的具体实施例，以示例性说明本发明技术方案。
实施例1
本实施例中导电塑胶的组成如下表1所示，按表1组分以及配比进行混合，然后共混、成型得到该实施例1导电塑胶。其中，偶联剂型号为KH-550，氧化还原剂型号为ID320147，抗氧剂型号为Irganox 1076，滑剂型号为H-50。
表1 实施例1导电塑胶组成
Figure BDA0002444277520000061
实施例2
本实施例中导电塑胶的组成如下表2所示，按表2组分以及配比进行混合，然后共混、成型得到该实施例2导电塑胶。
表2 实施例2导电塑胶组成
Figure BDA0002444277520000071
本申请将实施例1和2导电塑胶、以及本领域传统的导电塑胶进行加工测试(如加工成型)，传统导电塑胶在加工过程中所需要的参数(压力、温度、时间等)如下表3所示，本发明实施例1和2导电塑胶在加工过程中所需要的参数如下表4所示，将表3和表4比较可得，本发明导电塑胶在加工过程中所需要的压力大幅度降低，总压由100Mpa降低至50Mpa；温度也有大幅度的改善，料嘴温度由230℃降低至100℃，前段温度由230℃降低至80℃，说明本发明导电塑胶具有较低的熔点，因此可以大幅度地降低加工温度和压力，可以很好地解决导电塑胶用于电线电缆屏蔽层进行处理时，电缆芯线被冲断的问题。
表3 传统导电塑胶加工参数
Figure BDA0002444277520000072
表4 本发明实施例1和2导电塑胶加工参数
Figure BDA0002444277520000073
本发明导电塑胶不仅可以降低模具加工压力和加工温度，而且由于树脂的收缩率范围大，收缩值大，方向性明显，LD树脂收缩率为0.1％左右，树脂收缩率在0.08％左右，因此容易变形翘曲，模具冷却条件对收缩率的影响很大，本发明通过降低导电塑胶的熔点，进而降低导电塑胶的加工温度，使得更容易控制好模具温度，保持冷却均匀、稳定，进而改善树脂变形翘曲情况。
另外，本发明的导电塑胶具有较好的导电和屏蔽性能，更适合用于电子通信领域的电线电缆屏蔽材料。图1为电缆中铝箔+地线+编织屏蔽的电磁波屏蔽效能图；图2为本发明实施例1和2导电塑胶(即导电高分子)+铝箔+2E屏蔽的电磁波屏蔽效能图。由图1和图2可知，根据国际标准(GB9352&9254)测试结果，包括本发明实施例1和2导电塑胶的屏蔽材料具有与图1地线屏蔽相当的电磁波屏蔽效率(≥6db)。因此，本申请导电塑胶具有低熔点以及高导电性能，具有较高的电磁波屏蔽效能，适合用于电线电缆屏蔽层。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种导电塑胶，其特征在于，以该导电塑胶的总质量为基准，该导电塑胶包括：
Figure FDA0002444277510000011
其中，所述增韧树脂为丙烯酸与硅氧烷的聚合物。
2.根据权利要求1所述的导电塑胶，其特征在于，所述增韧树脂为丙烯酸-硅氧烷-网状互穿聚合物；所述增韧树脂的熔融指数为0.8-1.5g/10min、接枝率为0.8-1.3％、和/或密度为0.80-1.00g/cm3。
3.根据权利要求1所述的导电塑胶，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求3所述的导电塑胶，其特征在于，所述分散剂为阳离子聚丙烯酰胺；所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量为800-1200万，阳离子浓度为10-70％。
5.根据权利要求1所述的导电塑胶，其特征在于，所述低熔点树脂为线性嵌段共聚物，其中嵌段包括乙烯和丁烯。
6.根据权利要求5所述的导电塑胶，其特征在于，所述低熔点树脂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
7.根据权利要求1所述的导电塑胶，其特征在于，以该导电塑胶的总质量为基准，该导电塑胶包括：
Figure FDA0002444277510000012
其中，所述炭黑包括35％-40％的导电炭黑和3％-7％超导炭黑。
8.根据权利要求1所述的导电塑胶，其特征在于，该导电塑胶还包括偶联剂；该偶联剂为有机硅化合物；以该导电塑胶的总质量为基准，该偶联剂的加入量为1％-3％。
9.根据权利要求1所述的导电塑胶，其特征在于，该导电塑胶还包括氧化还原剂；以该导电塑胶的总质量为基准，该氧化还原剂的加入量为1％-3％。
10.一种电线电缆屏蔽层，其特征在于，该电线电缆屏蔽层包括权利要求1所述的导电塑胶。
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