CN112143392B - 复合型电应力控制带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合型电应力控制带及其制备方法，以解决目前的单层电应力控制带所存在的问题。本发明的复合型电应力控制带，包括衬层，以及覆盖于衬层表面的粘接层；衬层的制备原料包括：PVC树脂、第一增塑剂、热稳定剂和介电填料；粘接层的制备原料包括：基材橡胶、钛酸钡、芥酸酰胺、炭黑、滑石粉、乙烯‑乙酸乙酯共聚树脂和第二增塑剂。本发明的复合型电应力控制带，产品抗张强度高，在长期使用过程能很好的保证应力带的完整性。本发明的复合型电应力控制带，产品具有体积电阻率高、击穿电压大及介质损耗小等特点，能够防止在使用过程中因表面击穿或材料发热导致的绝缘层的破坏，能有效的提高长期使用的稳定性。

Description

复合型电应力控制带及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆附件技术领域，具体涉及复合型电应力控制带及其制备方法。
背景技术
电力电缆附件在电网中起到安全可靠的链接作用。能否有效控制电缆断面屏蔽层电应力集中是电缆附件设计制作的关键。电应力控制的实质是控制电缆附件中电场强度的大小和分布。采取结构设计或电应力控制层等有效措施能够疏散电缆附件内部的集中电场，达到均化电场的目的，减小发生局部击穿的概率，从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命。根据电力电缆的结构组成，电场集中度最大的区域通常位于电缆附件外屏蔽的断面，同时在电缆接头处绝缘层的断面电场畸变也较为严重。因此，对电缆附件处进行结构设计，加厚绝缘层，同时采用应力锥分散法或加入电应力控制层来分散集中应力，能够改善电场分布。
其中，电应力层控制法，指在电缆半导电屏蔽层断口引入一种具有高介电常数的复合电介质层(电应力层)，通过调节电应力层介质的电气参数来调控屏蔽层断口处绝缘表面的电位分布，改善电场分布。
虽然在理论上介电常数越高越好，但是介电常数过大引起的电容电流也会产生热量，促使应力控制材料老化。同时应力控制材料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电常数与体积电阻率之间存在矛盾，介电常数越高，体积电阻率相应就会越低，并且材料电气性能参数的稳定性也常常受到各种因素的影响。
传统的电应力带是以橡胶为基材，辅以高介电常数复合材料和炭黑制成的单层结构胶带，存在以下问题：1、抗张强度小，绕包前进行拉伸包覆在电缆上，长时间使用过程中会容易发生断裂；2、电性能较差，主要表现在：(1)体积电阻率小，绝缘性能差；(2)击穿强度低，在使用过程中材料容易被击穿，出现融化、烧焦通道或者出现裂纹空洞，影响电场分布；(3)介质损耗大，在长期使用该过程中容易出现过热而破坏材料的绝缘性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种复合型电应力控制带，以解决目前的单层电应力控制带所存在的问题。
本发明还提供了上述复合型电应力控制带的制备方法。
本发明的第一方面提供了复合型电应力控制带，包括衬层，以及覆盖于所述衬层表面的粘接层；所述衬层的制备原料包括：PVC树脂、第一增塑剂、热稳定剂和介电填料；所述粘接层的制备原料包括：基材橡胶、钛酸钡、芥酸酰胺、炭黑、滑石粉、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂和第二增塑剂。
第一增塑剂中，邻苯二甲酸二异壬酯和己二酸二辛酯按照本发明限定的比例进行混合，能够降低产品的硬度，提高产品的断裂伸长率、低温性能、加工混炼效率。
热稳定剂中，钙锌稳定剂和双酚A按照本发明限定的比例进行混合，能够有效防止PVC树脂在高温下发生热分解。
基材橡胶中，丁基橡胶和聚异丁烯橡胶按照本发明限定的比例进行混合，能够产生良好的电绝缘性能。
控制钛酸钡、炭黑、滑石粉比例，能够使产品介电常数和体积电阻率满足技术要求。
本发明的复合型电应力控制带，至少具有如下技术效果：
本发明的复合型电应力控制带，产品抗张强度高，在长期使用过程能很好的保证应力带的完整性。
本发明的复合型电应力控制带，产品具有体积电阻率高、击穿电压大及介质损耗小等特点，能够防止在使用过程中因表面击穿或材料发热导致的绝缘层的破坏，能有效的提高长期使用的稳定性。
根据本发明的一种实施方式，所述衬层包括以下重量份计的制备原料：
PVC树脂：100份，
第一增塑剂：40～90份，
热稳定剂：1.5～10份，
介电填料：20～50份。
上述制备原料中，PVC树脂作为基材，能够赋予产品较高的机械性能和较好的电气绝缘性能，化学稳定性好。
根据本发明的一种实施方式，所述第一增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯和己二酸二辛酯中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，以重量份计，制备原料中邻苯二甲酸二异壬酯的重量份为40～80份。
根据本发明的一种实施方式，以重量份计，制备原料中己二酸二辛酯的重量份为1.5～4份。
第一增塑剂中，邻苯二甲酸二异壬酯和己二酸二辛酯按照上述比例的混合，能够降低产品的硬度，提高产品的断裂伸长率、低温性能、加工混炼效率。
根据本发明的一种实施方式，所述热稳定剂为钙锌稳定剂和双酚A中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，以重量份计，制备原料中钙锌稳定剂的重量份为1.5～4份。
根据本发明的一种实施方式，以重量份计，制备原料中双酚A的重量份为0.5～3份。
热稳定剂中，钙锌稳定剂和双酚A按照上述比例的混合，能够有效防止PVC树脂在高温下发生热分解。
根据本发明的一种实施方式，所述介电填料为铝粉。
铝粉具有较高的介电常数，可提高产品的介电常数，添加比例需严格控制，添加量过大，产品体积电阻率变小，变成半导电材料；添加量过小，介电常数小，不能起到电应力控制的效果。
根据本发明的一种实施方式，所述衬层包括以下重量份计的制备原料：
基材橡胶：100～150份，
钛酸钡：120～170份，
芥酸酰胺：3～7份，
炭黑：20～50份，
滑石粉：15～40份，
乙烯-乙酸乙酯共聚树脂：5～20份，
第二增塑剂：30～60份。
根据本发明的一种实施方式，所述基材橡胶为丁基橡胶和聚异丁烯橡胶中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，以重量份计，制备原料中丁基橡胶的重量份为100份。
根据本发明的一种实施方式，以重量份计，制备原料中聚异丁烯橡胶的重量份为15～40份。
基材橡胶中，丁基橡胶和聚异丁烯橡胶按照上述比例的混合，能够产生良好的电绝缘性能。
制备原料中，钛酸钡作为填料，是一种具有高介电常数的复合材料。炭黑作为填料，是一种具有高介电常数导电材料。滑石粉作为填料，属于绝缘填料，能够降低成本。控制钛酸钡、炭黑、滑石粉比例，能够使产品介电常数和体积电阻率满足技术要求。
制备原料中，芥酸酰胺作为助剂，起到滑爽的作用，可以提高产品的表面光泽和加工性能。
制备原料中，乙烯-乙酸乙酯共聚树脂能够提高产品的机械性能。
根据本发明的一种实施方式，所述第二增塑剂为白环烷油。
制备原料中，白环烷油作为增塑剂，能够降低粘接层的门尼粘度，增加粘接层的粘接性能。
本发明第二方面提供了制备上述的复合型电应力控制带的方法，包括以下步骤：
将所述PVC树脂、第一增塑剂、热稳定剂和介电填料配料后进行混炼，得到所述衬层；
将所述基材橡胶、钛酸钡、芥酸酰胺、炭黑、滑石粉、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂和第二增塑剂进行混炼，得到所述粘接层；
将所述粘接层加热后，与所述衬层进行贴合，即得所述的复合型电应力控制带。
根据本发明的一种实施方式，所述加热的温度为90～150℃。
根据本发明的一种实施方式，衬层的制备方法，包括以下步骤：
(1)按衬层配方配料；
(2)将衬层的制备原料在密炼机进行共混炼，在升温到130～190℃的密炼机中混炼30～80min，使胶料成团；
(3)将步骤(2)中的混炼胶在已升温至120～170℃开炼机混炼打3～5个三角包，薄通下片后存放。
根据本发明的一种实施方式，粘接层的制备方法，包括以下步骤：
(1)按粘接层配方配料；
(2)将粘接层的制备原料在捏合机进行共混炼，在升温到90～160℃的捏合机中混炼40～100min，使胶料成团；
(3)将步骤(2)中混炼胶在30～100℃开炼机混炼打3-5三角包，辊距3～5mm，下片成长条状。
根据本发明的一种实施方式，复合型电应力控制带的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述制备得到的粘接层加入到升温至90～150℃的挤出机中，挤出成光滑平整的薄片；
(2)将薄片与制备得到的衬层贴合，存放12～24h后制样。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本例制备了一种复合型电应力控制带，具体为：
(1)将原料，按质量份计：分子量8万～12万PVC100份、邻苯二甲酸二异壬酯70份、己二酸二辛酯2.5份、钙锌稳定剂3份、双酚A1份、铝粉27份混炼成复合型电应力带衬层；
(2)称取步骤(1)的衬层原材料在密炼机进行共混炼，在升温到150℃的密炼机中混炼40min，然后将衬层材料加入到已升温至150℃开炼机混炼打3个三角包，薄通下片后存放；
(3)将原料，按质量份计：丁基橡胶100份、聚异丁烯橡胶30份、钛酸钡145份、芥酸酰胺4份、炭黑29份、滑石粉26份、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂10份、白环烷油50份混炼成复合型电应力带粘接层；
(4)将步骤(3)中粘接层原材料在捏合机进行混炼，在升温到120℃的捏合机中混炼45min，使胶料成团，然后，将混炼胶在50℃开炼机混炼打3个三角包，辊距4mm，下片成长条状；
(5)将步骤(4)中所述的粘接层材料加入到升温至120℃的挤出机中，挤出成光滑平整的薄片，然后，将步骤(2)中的薄片与粘接层贴合，存放12～24h后制样测试。
实施例2
本例制备了一种复合型电应力控制带，具体为：
(1)将原料，按质量份计：分子量8万～12万PVC100份、邻苯二甲酸二异壬酯60份、己二酸二辛酯2份、钙锌稳定剂2份、双酚A0.8份、铝粉48份混炼成复合型电应力带衬层；
(2)称取步骤(1)的衬层原材料在密炼机进行共混炼。在升温到165℃的密炼机中混炼50min，然后将衬层材料加入到已升温至155℃开炼机混炼打5个左右的三角包，薄通下片后存放；
(3)将原料，按质量份计：丁基橡胶100份、聚异丁烯橡胶25份、钛酸钡125份、芥酸酰胺3.5份、炭黑22份、滑石粉18份、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂7份、白环烷油33份混炼成复合型电应力带粘接层；
(4)将步骤(3)中粘接层原材料在捏合机进行混炼。在升温到115℃的捏合机中混炼65min，使胶料成团，然后，将混炼胶在35℃开炼机混炼打4个左右的三角包，辊距4mm，下片成长条状；
(5)将步骤(4)中的粘接层材料加入到升温至120℃的挤出机中，挤出成光滑平整的薄片，然后，将步骤(2)中的薄片与粘接层贴合，存放12～24h后制样测试。
实施例3
本例制备了一种复合型电应力控制带，具体为：
(1)将原料，按质量份计：分子量8万～12万PVC100份、邻苯二甲酸二异壬酯42份、己二酸二辛酯1.8份、钙锌稳定剂1.8份、双酚A0.7份、铝粉48份混炼成复合型电应力带衬层；
(2)称取步骤(1)的衬层原材料在密炼机进行共混炼，在升温到135℃的密炼机中混炼55min，然后将衬层材料加入到已升温至145℃开炼机混炼打3个三角包，薄通下片后存放；
(3)将原料，按质量份计：丁基橡胶100份、聚异丁烯橡胶39份、钛酸钡168份、芥酸酰胺6.8份、炭黑46份、滑石粉37份、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂18份、白环烷油44份混炼成复合型电应力带粘接层；
(4)将步骤(3)中粘接层原材料在捏合机进行混炼，在升温到115℃的捏合机中混炼75min，使胶料成团，然后，将混炼胶在85℃开炼机混炼打5个三角包，辊距4mm，下片成长条状；
(5)首先将步骤(4)中所述的粘接层材料加入到升温至105℃的挤出机中，挤出成光滑平整的薄片，然后，将步骤(2)中的薄片与粘接层贴合，存放12～24h后制样测试。
实施例4
本例制备了一种复合型电应力控制带，具体为：
(1)将原料，按质量份计：分子量8万～12万PVC100份、邻苯二甲酸二异壬酯75份、己二酸二辛酯2.8份、钙锌稳定剂2.0份、双酚A1.2份、铝粉28份混炼成复合型电应力带衬层；
(2)称取步骤(1)的衬层原材料在密炼机进行共混炼。在升温到170℃的密炼机中混炼50min，然后将衬层材料加入到已升温至140℃开炼机混炼打5个三角包，薄通下片后存放；
(3)按照质量份计：丁基橡胶100、聚异丁烯橡胶22、钛酸钡128、芥酸酰胺4、炭黑35、滑石粉32、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂18、白环烷油55混炼成复合型电应力带粘接层；
(4)将步骤(3)中粘接层原材料在捏合机进行混炼，在升温到135℃的捏合机中混炼50min，使胶料成团，然后，将混炼胶在75℃开炼机混炼打4个三角包，辊距4mm，下片成长条状；
(5)首先将步骤(4)中所述的粘接层材料加入到升温至115℃的挤出机中，挤出成光滑平整的薄片，然后，将步骤(2)中的薄片与粘接层贴合，存放12～24h后制样测试。
检测例1
实施例1至4的复合型电应力控制带的制备原料汇总如表1所示。
表1
Figure BDA0002682057380000081
Figure BDA0002682057380000091
本例测试了实施例1至4和对比例的电应力控制粘接带的性能，对比例为目前的单层电应力控制粘接带。测试结果和依据的标准如表2所示。
表2
Figure BDA0002682057380000092
从表2的测试结果可以看出，相比于目前的单层产品，本发明的复合型电应力控制带，产品抗张强度显著提高，高的抗张强度能使产品在长期使用过程能很好的保证应力带的完整性。此外，本发明的复合型电应力控制带，体积电阻率高、击穿电压显著高于目前的单层产品，介质损耗明显低于目前的单层产品，能够防止在使用过程中因表面击穿或材料发热导致的绝缘层的破坏，能有效的提高长期使用的稳定性。
检测例2
本例以实施例3为参照，制备了四种对比试样A～D，制备原料汇总如表3所示。
表3
Figure BDA0002682057380000101
Figure BDA0002682057380000111
测试了对比试样A～C的电应力控制粘接带的性能，测试结果和依据的标准如表4所示。
表4
Figure BDA0002682057380000112
根据表4的测试结果可以看出，对比试样A未添加己二酸二辛酯，断裂伸长率降低。对比试样B未加双酚A，PVC树脂粉高温稳定性不好，发生热分解，断裂伸长率变小。对比试样C中聚异丁烯橡胶添加量不足，聚异丁烯橡胶是一种高强度橡胶，减少添加量，导致抗张强度变小，断裂伸长率变大。对比试样D未加滑石粉，虽然抗张强度有所增加，但断裂伸长率减小，体积电阻率显著降低。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.复合型电应力控制带，其特征在于，包括衬层，以及覆盖于所述衬层表面的粘接层；
所述衬层的制备原料包括：
PVC树脂：100份，
邻苯二甲酸二异壬酯：40~80份，
己二酸二辛酯：1.5~4份，
钙锌稳定剂：1.5~4份，
双酚A：0.5~3份，
介电填料：20~50份；
所述粘接层的制备原料包括：
丁基橡胶：100份，
聚异丁烯橡胶：15~40份，
钛酸钡：120~170份，
芥酸酰胺：3~7份，
炭黑：20~50份，
滑石粉：15~40份，
乙烯-乙酸乙酯共聚树脂：5~20份，
第二增塑剂：30~60份。
2.根据权利要求1所述的复合型电应力控制带，其特征在于，所述介电填料为铝粉。
3.根据权利要求1所述的复合型电应力控制带，其特征在于，所述第二增塑剂为白环烷油。
4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的复合型电应力控制带的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述PVC树脂、邻苯二甲酸二异壬酯、己二酸二辛酯、钙锌稳定剂、双酚A和介电填料配料后进行混炼，得到所述衬层；
将所述丁基橡胶、聚异丁烯橡胶、钛酸钡、芥酸酰胺、炭黑、滑石粉、乙烯-乙酸乙酯共聚树脂和第二增塑剂进行混炼，得到所述粘接层；
将所述粘接层加热后，与所述衬层进行贴合，即得所述的复合型电应力控制带。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为90~150 ℃。
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