CN113881133A - 一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料及制备方法 - Google Patents

一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料及制备方法，按照重量份包括以下组分：基体树脂55～65份、导电炭黑28～35份、分散剂0.5～2.5份和功能助剂4～7份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；本发明通过基体树脂、分散剂、抗氧剂三者种类的选择和各组分剂量配比的协同效应，实现了半导电屏蔽料表面光滑、导电炭黑均匀分散于基体树脂中，并且得到的半导电屏蔽料具有优异的机械性能和电性能。

Description

一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料及制备方法
技术领域
本发明涉及高压电缆半导电屏蔽料技术领域，具体涉及一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料及制备方法。
背景技术
半导电屏蔽层起着均匀绝缘层内电场分布、消除导体与绝缘层交界面气隙、提高电缆起始电晕放电和电缆耐游离放电性能的作用，其品质直接影响着高压电缆的使用安全性和稳定性。
半导电屏蔽层用材料主要是由高分子基体树脂、导电炭黑及加工助剂通过熔融共混复合制备而成。导电炭黑作为高压屏蔽料关键组分，决定着高压屏蔽料的电性能、力学性能和表面光洁度。导电炭黑由于极大的表面积、表面能及不规则的枝链状结构，极易在基体树脂中形成团聚体，从而导致半导电屏蔽料的导电性和表面光洁度急剧下降。目前导电炭黑分散性的方法主要基于表面活性剂的物理包覆，与导电炭黑界面作用力弱，无法实现导电炭黑良好的分散效果的作用。因此使用与导电炭黑具有良好界面作用的分散剂是解决导电炭黑分散的关键。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题提供一种使导电炭黑均匀分散于基体树脂中，半导电屏蔽料的表面光洁度高的导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料及制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：基体树脂55～65份、导电炭黑28～35份、分散剂0.5～2.5份和功能助剂4～7份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
进一步的，所述功能助剂按照重量份包括：偶联剂1～2份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂1～2份；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以任意比例混合构成。
进一步的，所述基体树脂为乙烯丙烯酸丁酯树脂。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸锌和聚乙烯腊中的一种或两种以任意比例混合构成。
进一步的，所述交联剂为过氧化物类引发剂，优选为双叔丁基过氧化异丙基苯。
导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取各原料组分，将分散剂、偶联剂和导电炭黑搅拌混合，得到导电炭黑预处理物；
步骤2：在导电炭黑预处理物中加入乙烯丙烯酸丁酯树脂、抗氧剂、润滑剂继续搅拌混合；
步骤3：将步骤2得到的混合料，采用双螺杆挤出机熔融挤出造粒；
步骤4：将步骤3得到的粒料加热至T温度，与交联剂混合，然后保温t时间后即可得到所需高压电缆半导电屏蔽料。
进一步的，所述步骤4中加热温度T为60～65℃。
进一步的，所述步骤4中保温时间为8～12h。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，克服了将普通导电炭黑填充高压电缆半导电屏蔽料容易团聚，半导电屏蔽料的导电性能和加工性能劣化，高压电缆半导电屏蔽料表面不光滑，凸起点多的问题；
(2)本发明将抗氧剂1010和抗氧剂168一起复配使用，在加工过程中主要为抗氧剂168起主要作用，在材料老化过程中抗氧剂1010起主要作用。两种抗氧剂的加和反应和协同反应能够起到更好的抗氧化效果，使得半导电屏蔽料使用寿命延长。
(3)本发明屏蔽料中选择乙烯丙烯酸丁酯作为基体树脂，与常用的EVA树脂相比热稳定性更优异。
附图说明
图1为实施例1和对比例得到的高压电缆半导电屏蔽料的表面光滑度性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：基体树脂55～65份、导电炭黑28～35份、分散剂0.5～2.5份和功能助剂4～7份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
功能助剂按照重量份包括：偶联剂1～2份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂1～2份；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以任意比例混合构成。基体树脂为乙烯丙烯酸丁酯树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8～10g/min，断裂强度>12Mpa。润滑剂为硬脂酸锌和聚乙烯腊中的一种或两种以任意比例混合构成。交联剂为过氧化物类引发剂，优选为双叔丁基过氧化异丙基苯。导电炭黑为美国卡博特产的VXC72、VXC500中的任一种。
导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取各原料组分，将分散剂、偶联剂和导电炭黑搅拌混合，得到导电炭黑预处理物；
步骤2：在导电炭黑预处理物中加入乙烯丙烯酸丁酯树脂、抗氧剂、润滑剂继续搅拌混合；
步骤3：将步骤2得到的混合料，采用双螺杆挤出机熔融挤出造粒；
步骤4：将步骤3得到的粒料放入加热器中加热至60～65℃，与交联剂混合，然后继续在加热器中保温8～12h，使预混料对交联剂充分吸收，即可得到所需高压电缆半导电屏蔽料。
为了进一步提高导电炭黑的分散性，可以对导电炭黑进行预处理，将导电炭黑、乙二醇超声混合后，将得到的悬浮液在150℃加热搅拌7h；过滤，用无水乙醇和蒸馏水分别进行洗涤3次，经60℃真空干燥即可得到预处理导电炭黑。其中导电炭黑和乙二醇的质量比为2～5:50。井处理后的导电炭黑可以均匀和稳定的分散在基体树脂中，提高了屏蔽料的稳定性。
实施例1
一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：乙烯丙烯酸丁酯树脂EBA 58.5份、导电炭黑35份、分散剂2份、交联剂1份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、偶联剂2份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
EBA树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8.7g/min，断裂强度>12Mpa。导电炭黑的DBP吸收值为148ml/100g；偶联剂为硅烷偶联剂KH550；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为2:1；润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇构成的混合物，硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为1:1。
按照以下方法制备导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，
步骤1：按照配比称取各组分，将分散剂、偶联剂和导电炭黑放入混合器中进行搅拌混合得到导电炭黑预处理物；
步骤2：将步骤1得到的导电炭黑预处理物中加入乙烯丙烯酸丁酯树脂、抗氧剂和润滑剂并继续搅拌混合；
步骤3：将混合料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒；
步骤4：将得到的粒料放入加热器中加热至60～65℃，随后与交联剂快速混合均匀，继续在加热器中放置8～12h，使预混料对交联剂充分吸收，最后得到所需高压电缆半导电屏蔽料。
实施例2
一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：乙烯丙烯酸丁酯树脂EBA 59.5份、导电炭黑35份、分散剂1份、交联剂1份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、偶联剂2份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
EBA树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8.7g/min，断裂强度>12Mpa。导电炭黑的DBP吸收值为148ml/100g；偶联剂为硅烷偶联剂KH550；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为2:1；润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇构成的混合物，硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为1:1。
制备方法如实施例1。
实施例3
一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：乙烯丙烯酸丁酯树脂EBA 60份、导电炭黑35份、分散剂0.5份、交联剂1份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、偶联剂2份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
EBA树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8.7g/min，断裂强度>12Mpa。导电炭黑的DBP吸收值为148ml/100g；偶联剂为硅烷偶联剂KH550；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为2:1；润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇构成的混合物，硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为1:1。
制备方法如实施例1。
为了说明本发明有益效果设置对比例。
对比例1
高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：乙烯丙烯酸丁酯树脂EBA58.5份、导电炭黑35份、分散剂2份、交联剂1份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、偶联剂2份；分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
EBA树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8.7g/min，断裂强度>12Mpa。导电炭黑的DBP吸收值为148ml/100g；偶联剂为硅烷偶联剂KH550；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为2:1；润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇构成的混合物，硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为1:1。
制备方法如实施例1。
对比例2
高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：乙烯丙烯酸丁酯树脂EBA58.5份、导电炭黑35份、分散剂2份、交联剂1份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、偶联剂2份；分散剂为季戊四醇硬脂酸脂。
EBA树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8.7g/min，断裂强度>12Mpa。导电炭黑的DBP吸收值为148ml/100g；偶联剂为硅烷偶联剂KH550；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为2:1；润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇构成的混合物，硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为1:1。
制备方法如实施例1。
对比例3
高压电缆半导电屏蔽料，按照重量份包括以下组分：乙烯丙烯酸丁酯树脂EBA58.5份、导电炭黑35份、交联剂1份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、偶联剂2份。
EBA树脂，在190℃和2.16kg下的熔融指数8.7g/min，断裂强度>12Mpa。导电炭黑的DBP吸收值为148ml/100g；偶联剂为硅烷偶联剂KH550；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为2:1；润滑剂为硬脂酸锌和季戊四醇构成的混合物，硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为1:1。
制备方法如实施例1。
图1为实施例1和对比例1得到的高压电缆半导电屏蔽料的表面光滑度性能图。从图中可以看出，实施例1得到的高压电缆半导电屏蔽料的表面光滑。对比例1得到的高压电缆半导电屏蔽料的表面具有明显的凸起点，且尺寸更大，表面不光滑。
对实施例和对比例得到的高压电缆半导电屏蔽料进行物理机械性能及电性能测试，结果如表1所示。
表1.高压电缆半导电屏蔽料的物理机械性能及电性能
Figure BDA0003361236290000051
从表1可以看出，分散剂PVP含量为1份时，屏蔽料的力学性能和电性能最优。这是因为在更低PVP含量时，难以充分抑制导电炭黑的团聚；而在更高含量时，其自身绝缘性能又影响屏蔽料的电性能。此外，从对比例1-3看出，相比于乙撑双硬脂酸酰胺和季戊四醇硬脂酸脂，PVP具有更加的分散效果，这是因为PVP分子链与导电炭黑表面含氧官能团形成氢键，具有更好的键合作用，减少或削弱导电炭黑之间的团聚作用。
分散剂绝大多数都是脂肪酸的衍生物，一端为极性部分，另一端为非极性部分，其主要功能为分散。能改善固体胶料配方的分散度，有利于配合剂的混入，减少混合时间，并对随后加工有正面影响。分散剂还具有独特的浸润特性，它可以促进炭黑等填料的快速混入及分散，提高胶料的内、外部润滑性，改善加工性能和制品的表面光洁度。采用聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，导电炭黑分散性能更为优异，得到的高压电缆半导电屏蔽料的力学性能和电学性能更为优异，并且表面光洁度更高，毛刺或突起物更少。屏蔽料在加工过程中加入分散剂，使胶料流动性增大，从而导电炭黑周围被非极性基团保护起来，细化后的导电炭黑粒子被橡胶充分润湿与包封后，稳定下来而不再附聚。
本发明通过基体树脂、分散剂、抗氧剂三者种类的选择和各组分剂量配比的协同效应，实现了半导电屏蔽料表面光滑、导电炭黑均匀分散于基体树脂中。并且得到的半导电屏蔽料具有优异的机械性能和电性能。

Claims (8)

1.一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，按照重量份包括以下组分：基体树脂55～65份、导电炭黑28～35份、分散剂0.5～2.5份和功能助剂4～7份；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
2.根据权利要求1所述的一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述功能助剂按照重量份包括：偶联剂1～2份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂1～2份；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168以任意比例混合构成。
3.根据权利要求1所述的一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述基体树脂为乙烯丙烯酸丁酯树脂。
4.根据权利要求2所述的一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌和聚乙烯腊中的一种或两种以任意比例混合构成。
5.根据权利要求2所述的一种导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料，其特征在于，所述交联剂为过氧化物类引发剂，优选为双叔丁基过氧化异丙基苯。
6.如权利要求2所述导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：称取各原料组分，将分散剂、偶联剂和导电炭黑搅拌混合，得到导电炭黑预处理物；
步骤2：在导电炭黑预处理物中加入乙烯丙烯酸丁酯树脂、抗氧剂、润滑剂继续搅拌混合；
步骤3：将步骤2得到的混合料，采用双螺杆挤出机熔融挤出造粒；
步骤4：将步骤3得到的粒料加热至T温度，与交联剂混合，然后保温t时间后即可得到所需高压电缆半导电屏蔽料。
7.根据权利要求6所述导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中加热温度T为60～65℃。
8.根据权利要求6所述的导电炭黑高效分散的高压电缆半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中保温时间为8～12h。
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