CN112457567B - 一种高压电缆半导电屏蔽料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压电缆半导电屏蔽料及其制备方法，所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂100份、导电炭黑25～40份和功能助剂4～8份，所述导电炭黑包括高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为300ml/100g～400ml/100g，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为120ml/100g～220ml/100g，所述高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑的重量比为1：(2～4)。本发明的高压电缆半导电屏蔽料具有良好的导电性、机械性能和剥离粘结性，克服了将石墨烯和炭黑搭配添加于树脂中来改善导电性和机械性能所导致的石墨烯成本高的问题；也克服了高压电缆半导电屏蔽料为获得预定的导电性必须添加大量的炭黑对成型性和机械性的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种高压电缆半导电屏蔽料及其制备方法。
背景技术
电力电缆是由金属导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽以及防护材料等组成。其中半导电屏蔽层起到了均匀导体表面电场或接地的作用，有效的避免导体和绝缘体或绝缘体和金属护套间的局部放电，大大提高了电缆的使用寿命。
现有的交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的屏蔽料主要采用乙烯与醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作为基体，添加导电炭黑形成导电网络。然而EVA热稳定性不足，应用于110kV及以上电压等级电缆用屏蔽料时，在高电压下会释放少量酸性物质腐蚀铜导体，大大降低电缆的使用寿命。
申请号为201711408418.6的中国发明专利申请公开了一种用于中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽材料，按照重量份数包括极性聚烯烃共聚物30-80份，石墨烯材料与导电炭黑的复配物15-35份，润滑剂0.1-0.6份，抗氧剂0.2-1份。该材料有效降低屏蔽料导电炭黑的用量，改善屏蔽料的挤出性能，提高屏蔽层的表面光滑度。然而其存在的问题是，屏蔽料基体机械性能不足，并且石墨烯的加入虽然降低了导电炭黑的用量但使得材料的成本显著上升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种高压电缆半导电屏蔽料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高压电缆半导电屏蔽料，所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂(EBA)100份、导电炭黑25～40份和功能助剂4～8份，所述导电炭黑包括高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为300ml/100g～400ml/100g，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为120ml/100g～220ml/100g，所述高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑的重量比为1：(2～4)。
发明人通过研究发现，将吸油值为300ml/100g～400ml/100g范围内的导电炭黑和吸油值为120ml/100g～220ml/100g导电炭黑按照重量比1：(2～4)混合与乙烯丙烯酸丁酯树脂配合制备得到的高压电缆半导电屏蔽料具有良好的导电性、机械性能和剥离粘结性，克服了将石墨烯和炭黑搭配添加于树脂中来改善导电性和机械性能所导致的石墨烯成本高的问题；也克服了高压电缆半导电屏蔽料为获得预定的导电性必须添加大量的炭黑对成型性和机械性的不良影响；发明人通过研究还发现，低吸油值导电炭黑的吸油值与高吸油值导电炭黑的吸油值的搭配对于高压电缆半导电屏蔽料的性能有重要影响，将吸油值为300ml/100g～400ml/100g范围内的导电炭黑和超过220ml/100g导电炭黑搭配会导致成型后的高压电缆半导电屏蔽料的机械性能急剧下降，将吸油值为300ml/100g～400ml/100g范围内的导电炭黑和低于100ml/100g导电炭黑搭配会对高压电缆半导电屏蔽料的成型性产生不良影响；此外如果吸油值为120ml/100g～220ml/100g导电炭黑和吸油值超过500ml/100g搭配，则虽然可形成导电通路而显示导电性，但是由于炭黑中存在许多空隙，对制品强度和机械性能损失过大，外如果吸油值为120ml/100g～220ml/100g导电炭黑和吸油值不足300ml/100g，则为获得预定的导电性，必须大量添加炭黑，对成型性有不良影响。另外，如单独使用吸油值为120ml/100g～220ml/100g导电炭黑，为达到半导电屏蔽料的电气性能指标，而必须大量添加炭黑，对成型性和机械性能损失较大。另一方面，如单独使用上述吸油值为300ml/100g～400ml/100g范围内的导电炭黑，则由于添加量的稍微增加，导电性有较大的波动，难以获得均一稳定的导电性。
优选地，所述功能助剂包括以下重量份的组分，偶联剂2～3份、抗氧剂0.2～0.5份、润滑剂2～3份和分散剂0～1份。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。
优选地，所述润滑剂为季戊四醇和硬脂酸锌中的一种或多种。
上述高压电缆半导电屏蔽料中，选择硅烷偶联剂作为炭黑和基体树脂的交联剂，同时选择硬脂酸锌、季戊四醇作为润滑剂。硅烷偶联剂可以使炭黑和基体树脂更好的结合，同时硬脂酸锌作为润滑剂也有一定的协同作用，可以在加工中起到润滑和分散作用，最大限度提升导电炭黑的分散性，使物料处于均一的状态，提高了屏蔽料挤出过程的流动性，挤出表面更加光滑。
优选地，所述分散剂为含氟加工助剂(PPA)。
优选地，所述乙烯丙烯酸丁酯树脂在190℃和2.16kg下的熔融指数小于10g/min，断裂伸长率≥700％。
优选地，所述乙烯丙烯酸丁酯树脂和导电炭黑的重量比为100：(25～30)。
发明人通过研究发现，上述高压电缆半导电屏蔽料中，当乙烯丙烯酸丁酯树脂和导电炭黑的重量比为100：(25～30)时，高压电缆半导电屏蔽料具有更好的机械性能。
本发明还提供上述任一所述高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按照重量配比将导电碳黑放入去除水分，与重量配比的功能助剂混匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物与乙烯丙烯酸丁酯树脂在45～50℃混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，然后再经水下拉条、切粒、烘干制得高压电缆用半导电屏蔽料。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高压电缆半导电屏蔽料及其制备方法，本发明的高压电缆半导电屏蔽料具有良好的导电性、机械性能和剥离粘结性，克服了将石墨烯和炭黑搭配添加于树脂中来改善导电性和机械性能所导致的石墨烯成本高的问题；也克服了高压电缆半导电屏蔽料为获得预定的导电性必须添加大量的炭黑对成型性和机械性的不良影响。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种高压电缆半导电屏蔽料，所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂(EBA)100份、导电炭黑40份，以及功能助剂，所述功能助剂包括以下重量份的组分，偶联剂2份、抗氧剂0.3份、润滑剂2份和分散剂0.3份；
所述导电炭黑包括高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为390ml/100g，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为140ml/100g，所述高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑的重量比为1：4；
所述EBA购自雷普索尔1770；
所述低吸油值导电炭黑购自山东联科LK2107，所述高吸油值导电炭黑购自捷克公司AC80；
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，重量比例为2:1。
所述润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇的混合物，重量比例为1:1。
所述分散剂为美国3M公司的含氟加工助剂FX-5924。
本实施例的高压电缆半导电屏蔽料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量配比将导电碳黑放入高混机中，在80℃，300r/min下预热10min，去除水分，然后加入偶联剂、抗氧剂、润滑剂和分散剂，600r/min下处理20min；
(2)按照重量配比向步骤(1)制备的导电炭黑的预处理混合物加入EBA。在80℃，1000r/min的条件下继续混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合物在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，然后再经水下拉条、切粒、烘干制得高压电缆用屏蔽料。
实施例2
作为本发明实施例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂(EBA)100份、导电炭黑30份，以及功能助剂，所述功能助剂包括以下重量份的组分，偶联剂2份、抗氧剂0.4份、润滑剂2份和分散剂0.5份。
实施例3
作为本发明实施例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂(EBA)100份、导电炭黑25份，以及功能助剂，所述功能助剂包括以下重量份的组分，偶联剂2份、抗氧剂0.4份、润滑剂2份和分散剂0.5份。
实施例4
作为本发明实施例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂(EBA)100份、导电炭黑30份，以及功能助剂，所述功能助剂包括以下重量份的组分，偶联剂2份、抗氧剂0.4份、润滑剂2份和分散剂0.3份；所述高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑的重量比为1：3。
对比例1
作为本发明对比例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述导电炭黑全部为低吸油值导电炭黑，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为140ml/100g。
对比例2
作为本发明对比例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述导电炭黑全部为高吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为390ml/100g。
对比例3
作为本发明对比例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述导电炭黑包括高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为390ml/100g，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为230ml/100g。
对比例4
作为本发明对比例的一种高压电缆半导电屏蔽料，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述导电炭黑包括高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为390ml/100g，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为100ml/100g。
性能测试
对实施例1-实施例4和对比例1-4的高压电缆半导电屏蔽料进行电气性能及物理机械性能。
表1高压电缆半导电屏蔽料的性能
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述高压电缆半导电屏蔽料包括以下重量份的组分，乙烯丙烯酸丁酯树脂100份、导电炭黑25～40份和功能助剂4～8份，所述导电炭黑包括高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑，所述高吸油值导电炭黑的吸油值为300ml/100g～400ml/100g，所述低吸油值导电炭黑的吸油值为120ml/100g～220ml/100g，所述高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑的重量比为1：(2～4)。
2.根据权利要求1所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述功能助剂包括以下重量份的组分，偶联剂2～3份、抗氧剂0.2～0.5份、润滑剂2～3份和分散剂0～1份。
3.根据权利要求2所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
4.根据权利要求2所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。
5.根据权利要求2所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇和硬脂酸锌中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述分散剂为含氟加工助剂。
7.根据权利要求1所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述乙烯丙烯酸丁酯树脂在190℃和2.16kg下的熔融指数小于10g/min，断裂伸长率≥700％。
8.根据权利要求1所述高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述乙烯丙烯酸丁酯树脂和导电炭黑的重量比为100：(25～30)。
9.一种如权利要求1-8任一所述高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按照重量配比将导电碳黑放入去除水分，与重量配比的功能助剂混匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物与乙烯丙烯酸丁酯树脂在45～50℃混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，然后再经水下拉条、切粒、烘干制得高压电缆用半导电屏蔽料。
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