CN112940387B - 一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法 - Google Patents

一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法，本发明采用极性的乙烯醋酸乙烯橡胶作为基础橡胶，并用非极性的三元乙丙橡胶形成不连续相界面，在同一方向剪切力的作用下片层的石墨烯与球状炭黑在不连续相界面以剪切方向平面富集形成稳定的“球‑面”导电通路，从而使制得的半导电屏蔽橡皮导电性能稳定高效，并且具有易加工、易剥离的特点。

Description

一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法，用于中高压橡胶电缆制备技术领域。
背景技术
在中高压橡胶电缆中，可剥离半导电屏蔽层对均匀电场，避免电缆内部电场集中，延迟电缆使用寿命有至关重要作用；目前，橡胶绝缘电缆用可剥离半导电屏蔽料主要采用极性橡胶与导电炭黑配合，为了保证有效的导电通路，导电炭黑的填充量比较高，从而导致屏蔽料加工性能和物性受到比较大的影响，同时剥离后绝缘表面炭黑残留比较明显，给后续的使用带来风险，另外，大量的炭黑使用容易发生团聚，造成性能的波动范围也比较大。
为了克服以上问题，降低可剥离半导电屏蔽料中导电填料的占比以及让有限的导电材料充分形成稳定高效的导电网络对提升可剥离半导电料的综合性能有明显的帮助。
发明内容
为了达到以上目的，本发明公开了一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮及其制备方法。本发明采用极性的乙烯醋酸乙烯橡胶(EVM)作为基础橡胶，并用非极性的三元乙丙橡胶形成不连续相界面，在同一方向剪切力的作用下片层的石墨烯与球状炭黑在不连续相界面以剪切方向平面富集形成稳定的“球-面”导电通路，从而使制得的半导电屏蔽橡皮导电性能稳定高效，并且具有易加工、易剥离的特点。
本发明技术方案是这样实现的：一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮，按照如下重量份数组分：
乙烯醋酸乙烯橡胶80～95份、乙丙橡胶5～20份，石墨烯0.5～2份、导电炭黑10～30份、增塑剂5～10份、防老剂1～2份、硫化剂2～4份。
进一步的，所述乙烯醋酸乙烯橡胶为极性胶种体系，乙酸乙烯酯(VA)含量不小于50％。
进一步的，所述乙丙橡胶为非极性橡胶，乙烯含量不大于70％，乙叉降冰片烯(ENB)含量不小于0.3％。
进一步的，所述石墨烯为高比表面积、高面径比的层状结构，其面径比最小为1000。
进一步的，所述导电炭黑为市售普通导电炭黑或乙炔炭黑，主要起辅助石墨烯构建立体导电网络的作用。
进一步的，所述增塑剂为石蜡、石蜡油、二辛酯、微晶蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种以上的混合。
进一步的，所述硫化剂为过氧化物硫化体系，起延长焦烧时间，保证硫化安全的作用。
本发明还提供一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按配比称量相关材料后，将乙烯醋酸乙烯橡胶分二次进行低温塑炼；
步骤二、混炼一：将乙丙橡胶在开炼机上塑炼薄通5分钟，然后将石墨烯均匀加入其中，在石墨烯加入的过程中以及石墨烯加入后，开炼机上整个混合胶料保持一个剪切方向；将开炼机厚度调整到不大于0.1mm，薄通多次，得到石墨烯乙丙橡胶混合物，整个混炼过程温度不超过120℃；
步骤三、混炼二:将导电炭黑加入到步骤一中得到的乙烯醋酸乙烯橡胶当中，同时加入增塑剂，混炼2分钟后再依次加入防老剂和硫化剂，混炼1分钟后加入步骤二得到的石墨烯乙丙橡胶混合物，石墨烯乙丙橡胶混合物加入时的剪切方向与步骤二时一致，在石墨烯乙丙橡胶混合物加入后混合胶在开炼机上以不大于0.1mm的厚度沿相同的剪切方向进行薄通多次，最后按同样的方向进行出片，整个混炼过程温度不超过100℃。
步骤四、出片：将半导电屏蔽胶在出片机上进行出片，出片时的压延方向与混炼时的剪切方向一致，出片宽度控制在110±10mm，厚度控制在1.0±0.1mm，制成可供连续化生产的半导电屏蔽橡皮。最后将出片后的橡皮装箱，供电缆生产时使用。
进一步的，步骤一中，每次塑炼8-12分钟，塑炼温度控制在40-60℃，第一次塑炼8-12分钟后在常温下放置2小时后再进行第二次塑炼，第二次塑炼8-12分钟后放置2小时后再进行后续混炼操作。
进一步的，步骤二中，将开炼机厚度调整到不大于0.1mm，薄通五次，得到石墨烯乙丙橡胶混合物，整个混炼过程温度不超过120℃；
步骤三中，在石墨烯乙丙橡胶混合物加入后混合胶在开炼机上以不大于0.1mm的厚度沿相同的剪切方向进行薄通十次。
此外，本发明中还可以如通常半导电橡胶屏蔽料一样加入其它辅助性功能助剂，如填充剂、防焦剂等，以实现降低成本、增加加工安全性等功能。
本发明由于采用了极性的乙烯醋酸乙烯橡胶并用非极性的乙丙橡胶作基料，不连续相的形成以及片层的石墨烯和球形的导电炭黑在界面处富集形成高效的导电网络，从而使混合胶在极低的石墨烯以及炭黑量填充的情况下让电性能达到一个非常理想的状态，由于不连续相界面的存在以及石墨烯的片层结构，该方法制成的屏蔽料与橡胶电缆绝缘层具有良好的可剥离性。
本发明通过极性相反的材料的选择和配方各组分的优化以及异于常规的混炼加工方式，制造一种具有加工方便、电性能稳定、容易剥离的半导电屏蔽橡皮。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例决不能用于限制本发明，凡采用本发明方法及进行相似变换的，均应属于本发明保护范围。
实施例1：
Figure BDA0002930873750000031
所述乙烯醋酸乙烯橡胶为极性胶种体系，乙酸乙烯酯(VA)含量为70％；所述防老剂为喹啉类防老剂RD；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
实施流程：
塑炼：按配比称量相关材料后，将乙烯醋酸乙烯橡胶进行塑炼，塑炼温度控制在50℃，塑炼10分钟后在常温下放置2小时后再进行第二次塑炼，第二次塑炼完成后放置2小时后再进行后续混炼操作。
混炼一：将乙丙橡胶在开炼机上塑炼薄通5分钟，然后将石墨烯均匀加入其中，在石墨烯加入的过程中以及石墨烯加入后，开炼机上整个混合胶料保持一个剪切方向；将开炼机厚度调整到不大于0.1mm薄通五次，得到石墨烯乙丙橡胶混合物，整个混炼过程温度不超过120℃。
混炼二:将导电炭黑或乙炔炭黑加入到塑炼得到的乙烯醋酸乙烯橡胶当中，同时加入增塑剂，混炼2分钟后再依次加入防老剂和硫化剂，混炼1分钟后加入混炼一得到的石墨烯乙丙橡胶混合物，石墨烯乙丙橡胶混合物加入时的剪切方向与混炼一时一致，在石墨烯乙丙橡胶混合物加入后混合胶在开炼机上以不大于0.1mm的厚度沿相同的剪切方向进行薄通十次，最后按同样的方向进行出片，整个混炼过程温度不超过100℃。
出片：将半导电屏蔽胶在出片机上进行出片，出片时的压延方向与混炼时的剪切方向一致，出片宽度控制在110±10mm，厚度控制在1.0±0.1mm，制成可供连续化生产的半导电屏蔽橡皮。最后将出片后的橡皮装箱，供电缆生产时使用。
实施例2：
Figure BDA0002930873750000041
所述乙烯醋酸乙烯橡胶乙酸乙烯酯(VA)含量为50％；所述防老剂为二苯胺类防老剂HS911；所述硫化剂为双叔丁基过氧异丙基苯。
实施流程：
本实施例实施步骤与实施方式和实施例1的不同之处在于混炼一过程加入了与乙丙橡胶等量的乙烯醋酸乙烯橡胶，先将乙丙橡胶与乙烯醋酸乙烯橡胶分别塑炼薄通5分钟，在石墨烯加入时混合乙丙橡胶与乙烯醋酸乙烯橡胶并在开炼机上使整个混合胶料保持一个剪切方向；将开炼机厚度调整到不大于0.1mm薄通十次，得到石墨烯乙丙橡胶乙烯醋酸乙烯橡胶混合物，整个混炼过程温度不超过120℃。
取实施例中一定量的混炼胶，在平板硫化机上硫化170℃×15分钟，压力为10-15MPa，压制成厚度为2mm的试片，进行性能测试，其典型结果如下：
门尼粘度(ML(1+4)100℃)：35～45
抗张强度：≥10MPa
断裂伸长率：≥300％
体积电阻率：0.05～0.3Ω·m
可剥离性：与乙丙橡胶为基的绝缘层容易剥离，剥离强度8～13N/cm。
以上实施方式中制备的可剥离半导电屏蔽橡皮，在生产过程中加工操作方便，电性能受不同人员或设备操作影响较小，各项性能波动范围小能稳定在典型值附近；经检测，所制备的可剥离半导电屏蔽橡皮在性能上完成达到进口同类产品的水平，其中关键参数导电性能远远超过标准要求，为生产和使用的可靠性提供了更大的保障空间。
上述实施例是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的研究人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应被视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，其特征在于：
所述一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮，按照如下重量份数组分：
乙烯醋酸乙烯橡胶80～95份、乙丙橡胶5～20份，石墨烯0.5～2份、导电炭黑10～30份、增塑剂5～10份、防老剂1～2份、硫化剂2～4份；
所述乙烯醋酸乙烯橡胶为极性胶种体系，乙酸乙烯酯含量不小于50％；
所述乙丙橡胶为非极性橡胶，乙烯含量不大于70％，乙叉降冰片烯含量不小于0.3％；
所述石墨烯面径比最小为1000；
所述橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按配比称量相关材料后，将乙烯醋酸乙烯橡胶分二次进行低温塑炼；
步骤二、混炼一：将乙丙橡胶在开炼机上塑炼薄通，然后将石墨烯均匀加入其中，在石墨烯加入的过程中以及石墨烯加入后，开炼机上整个混合胶料保持一个剪切方向；将开炼机厚度调整到不大于0.1mm，薄通多次，得到石墨烯乙丙橡胶混合物，整个混炼过程温度不超过120℃；
步骤三、混炼二:将导电炭黑加入到步骤一中得到的乙烯醋酸乙烯橡胶当中，同时加入增塑剂，混炼后再依次加入防老剂和硫化剂，混炼后加入步骤二得到的石墨烯乙丙橡胶混合物，石墨烯乙丙橡胶混合物加入时的剪切方向与步骤二时一致，在石墨烯乙丙橡胶混合物加入后混合胶在开炼机上以不大于0.1mm的厚度沿相同的剪切方向进行薄通多次，最后按同样的方向进行出片，整个混炼过程温度不超过100℃；
极性的乙烯醋酸乙烯橡胶与非极性的三元乙丙橡胶形成不连续相界面，在同一方向剪切力的作用下片层的石墨烯与球状炭黑在不连续相界面以剪切方向平面富集形成稳定的导电通路。
2.根据权利要求1所述的橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，其特征在于：所述导电炭黑为乙炔炭黑。
3.根据权利要求1所述的橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为石蜡、石蜡油、二辛酯、微晶蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种以上的混合。
4.根据权利要求1所述的橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，其特征在于：所述硫化剂为过氧化物硫化体系。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，其特征在于：步骤一中，每次塑炼8-12分钟，塑炼温度控制在40-60℃，第一次塑炼8-12分钟后在常温下放置2小时后再进行第二次塑炼，第二次塑炼8-12分钟后放置2小时后再进行后续混炼操作。
6.根据权利要求1所述的一种橡胶电缆用可剥离半导电屏蔽橡皮的制备方法，其特征在于：步骤二中，将开炼机厚度调整到不大于0.1mm，薄通五次，得到石墨烯乙丙橡胶混合物，整个混炼过程温度不超过120℃；
步骤三中，在石墨烯乙丙橡胶混合物加入后混合胶在开炼机上以不大于0.1mm的厚度沿相同的剪切方向进行薄通十次。
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