CN113698723A - 一种用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料及制备方法，涉及一种电缆屏蔽料及制备方法。目的是提出一种用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料及制备方法，改善炭黑的分散性，提高电学、机械性能和高熔融温度。半导电屏蔽料按重量份数计由100份的共聚聚丙烯接枝马来酸酐、30～40份的导电炭黑、0.5～2份主抗氧剂、0.5～2份的抗铜剂和0.5～2份的润滑剂制备而成。方法：将原料置于密炼机中熔融共混。本发明聚丙烯选择共聚聚丙烯达到降低模量提升韧性的效果，无需再添加弹性体；对共聚聚丙烯做马来酸酐接枝改性使炭黑在其中的分散性显著改善，屏蔽料的电学和机械性能提高。本发明适用于制备环保型电缆半导电屏蔽料。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆屏蔽料及制备方法。
背景技术
国际电工委员会(IEC)规定6kV及以上电压等级电缆都应具有内外半导电屏蔽层。半导电屏蔽层可以消除电缆安装及运行时绝缘层与导体或金属屏蔽层之间的气隙，起均化电场、降低局部放电及维持电位的作用。在交联聚乙烯电缆制造过程中，内外屏蔽层和绝缘层共同挤出，从而保证产品表面高度光滑并避免气隙的产生和杂质的进入。近年，以聚丙烯绝缘为代表的环保型电缆引起重视。聚丙烯绝缘材料具有绝缘性能优良、无需交联、工作温度高、可熔融再利用等优点。与交联聚乙烯电缆相比，聚丙烯绝缘电力电缆的生产无交联和去气工序，大幅降碳减排，具有节能优势；绝缘层可在电缆达到使用寿命后回收利用，具有环保优势。聚丙烯绝缘无气孔、无凝胶和小分子化学杂质，具有高洁净度和天然的抗水树性能，绝缘性能上限高于交联聚乙烯，有望突破特高压电缆绝缘技术发展瓶颈，是“双碳”目标背景下电力电缆技术绿色发展的重要方向。
交联聚乙烯电缆所应用的半导电屏蔽材料是由EBA(乙烯-丙烯酸丁酯)或EEA(乙烯-丙烯酸乙酯)等极性化合物掺杂不同份数的炭黑和交联剂制成的，这种材料无法用于聚丙烯绝缘电缆的制造。这是因为聚丙烯绝缘的挤出温度在170℃以上，在该温度下，交联剂会引发交联反应，使得屏蔽层无法顺利挤出。适用于聚丙烯绝缘电力电缆制造的半导电屏蔽材料，无法添加交联剂，为保证其在热冲击下的结构稳定性及其和聚丙烯绝缘的相容性，聚丙烯绝缘电缆的半导电屏蔽料应以聚丙烯为基体开发。
但聚丙烯是非极性材料，炭黑无法在聚丙烯中均匀分散，会导致屏蔽料的电阻率过大。同时，聚丙烯的硬度大，必须添加弹性体材料降低其弹性模量，因为弹性体具有极性，将聚丙烯、炭黑、弹性体共混制备半导电屏蔽料后发现，炭黑大量积聚于弹性体相中，进一步加剧了炭黑分布的不均匀程度，从而使最终制得的半导电屏蔽料的电学和机械性能无法满足使用要求。解决问题的关键在于如何提升炭黑在聚丙烯基体中的分散性，如能通过有效的手段提升聚丙烯基体极性，则可以改善炭黑的分散性，提升屏蔽料的电学和机械性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料及制备方法，改善炭黑的分散性，兼具优异的电学和机械性能，并且具有高熔融温度。
本发明用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料按重量份数计由100份的共聚聚丙烯接枝马来酸酐、30～40份的导电炭黑、0.5～2份的主抗氧剂、0.5～2份的抗铜剂和0.5～2份的润滑剂制备而成；
上述用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料的制备方法按照以下步骤进行：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在180～220℃下熔融共混5～15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
本发明原理及有益效果为：
本发明中聚丙烯选择共聚聚丙烯，该种类聚丙烯是通过共聚方式在聚合阶段引入嵌段结构，改善聚丙烯机械性能，达到降低模量提升韧性的效果，因此共聚聚丙烯本身就具有低硬度，无需再添加弹性体；其次，本发明对共聚聚丙烯做马来酸酐接枝改性，接枝改性后，可以增加聚丙烯的极性，使炭黑在其中的分散性显著改善，屏蔽料的电学和机械性能提高。屏蔽料以马来酸酐接枝聚丙烯为基体，因此具有和聚丙烯相近的熔融温度，可在电缆过载运行或发生短路故障时，维系绝缘结构的稳定性。
附图说明
图1为对比例1制得的半导电屏蔽料的SEM图；
图2为实施例1制得的半导电屏蔽料的SEM图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料按重量份数计由100份的共聚聚丙烯接枝马来酸酐、30～40份的导电炭黑、0.5～2份的主抗氧剂、0.5～2份的抗铜剂和0.5～2份的润滑剂制备而成。
本实施方式具备以下有益效果：
本实施方式中聚丙烯选择共聚聚丙烯，该种类聚丙烯是通过共聚方式在聚合阶段引入嵌段结构，改善聚丙烯机械性能，达到降低模量提升韧性的效果，因此共聚聚丙烯本身就具有低硬度，无需再添加弹性体；其次，本实施方式对共聚聚丙烯做马来酸酐接枝改性，接枝改性后，可以增加聚丙烯的极性，使炭黑在其中的分散性显著改善，屏蔽料的电学和机械性能提高。屏蔽料以马来酸酐接枝聚丙烯为基体，因此具有和聚丙烯相近的熔融温度，可在电缆过载运行或发生短路故障时，维系绝缘结构的稳定性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述共聚聚丙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.5～2％。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述共聚聚丙烯中乙烯相质量分数为10～30％。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂300中的一种或几种。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述抗铜剂为抗氧剂1024。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述润滑剂为硅酮母料。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述共聚聚丙烯接枝马来酸酐的制备方法为：将100重量份的共聚聚丙烯、2重量份的马来酸酐和0.02～0.05重量份的过氧化二异丙苯置于双螺杆挤出机中并在190℃下混炼接枝。
具体实施方式八：本实施方式用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料的制备方法按照以下步骤进行：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在180～220℃下熔融共混5～15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
本实施方式中聚丙烯选择共聚聚丙烯，该种类聚丙烯是通过共聚方式在聚合阶段引入嵌段结构，改善聚丙烯机械性能，达到降低模量提升韧性的效果，因此共聚聚丙烯本身就具有低硬度，无需再添加弹性体；其次，本实施方式对共聚聚丙烯做马来酸酐接枝改性，接枝改性后，可以增加聚丙烯的极性，使炭黑在其中的分散性显著改善，屏蔽料的电学和机械性能提高。屏蔽料以马来酸酐接枝聚丙烯为基体，因此具有和聚丙烯相近的熔融温度，可在电缆过载运行或发生短路故障时，维系绝缘结构的稳定性。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在200℃下熔融共混5～15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在200℃下熔融共混15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
实施例1：
实施例1用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料的制备方法按照以下步骤进行：将100g共聚聚丙烯、2g马来酸酐和0.025g过氧化二异丙苯在190℃下经双螺杆挤出机混炼接枝，得到聚丙烯接枝马来酸酐材料；共聚聚丙烯中乙烯相质量分数为20％；
将100g制得聚丙烯接枝马来酸酐材料、40g导电炭黑、1g抗氧剂1010、1g抗氧剂1035、0.5g抗铜剂1024、1g硅酮母料200℃下置于密炼机中熔融共混15分钟，密炼机转速为60转/分钟，得到半导电屏蔽料。
对比例1：
将100g共聚聚丙烯、40g导电炭黑、1g抗氧剂1010、1g抗氧剂1035、0.5g抗铜剂1024、1g硅酮母料200℃下置于密炼机中熔融共混15分钟，密炼机转速为60转/分钟，得到半导电屏蔽料，共聚聚丙烯中乙烯相质量分数为20％。
基于JB/T10738-2007和IEC60840-2020标准对实施例1制得半导电屏蔽料做电阻性能和机械性能测试，测试结果如表1所示。
应用扫描电子显微镜观察实施例1和对比例1所得半导电屏蔽料的炭黑分散性，结果如图1所示。图1为对比例1的半导电屏蔽料的SEM图；图2为实施例1制得的半导电屏蔽料的SEM图；图1和图2对比可知，实施例1制得的半导电屏蔽料中炭黑分散均匀。
表1
Claims (10)
1.一种用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料按重量份数计由100份的共聚聚丙烯接枝马来酸酐、30～40份的导电炭黑、0.5～2份的主抗氧剂、0.5～2份的抗铜剂和0.5～2份的润滑剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：所述共聚聚丙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.5～2％。
3.根据权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：所述共聚聚丙烯中乙烯相质量分数为10～30％。
4.根据权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂300中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：所述抗铜剂为抗氧剂1024。
6.根据权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：所述润滑剂为硅酮母料。
7.根据权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料，其特征在于：所述共聚聚丙烯接枝马来酸酐的制备方法为：将100重量份的共聚聚丙烯、2重量份的马来酸酐和0.02～0.05重量份的过氧化二异丙苯置于双螺杆挤出机中并在190℃下混炼接枝。
8.如权利要求1所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于：该制备方法按照以下步骤进行：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在180～220℃下熔融共混5～15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
9.根据权利要求8所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在200℃下熔融共混5～15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
10.根据权利要求8所述的用于环保型电缆的聚丙烯基热塑型半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于：按重量份数称取原料，置于密炼机中，在200℃下熔融共混15分钟，密炼机转速为60～70转/分钟，得到半导电屏蔽料。
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