CN114213798A - 一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料及其制备方法，所述聚丙烯热塑性半导电屏蔽料由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯树脂100份；改性树脂10～30份；炭黑20～40份；抗粘结剂3～10份；抗氧剂1～3份。其中，所述聚丙烯树脂为嵌段聚丙烯和无规聚丙烯按照9：(1～6)的比例进行复配。所述炭黑为导电炭黑和石墨烯按照10：(2～5)的比例进行复配。本发明通过对聚丙烯重量和比例的调节，来保证材料具有优异的耐热和耐低温性能；通过对炭黑种类和比例的调节，来保证材料具有优异的导电性能。同时，本发明材料还具有热塑性、可剥离的特性，可替代现有的交联型电力电缆屏蔽材料。
Description
技术领域
本发明涉及电缆及其制备领域，具体涉及一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料及其制备方法。
背景技术
2013年开始，国家对环保的要求逐年提高，明确提出“全面整治固体废物非法堆存；塑料污染方面，规划强调加强塑料污染全链条防治等措施。基于上述情况，国家电网、电力电缆生产制造企业以及电缆材料厂家开始联合开发具有可降解、重复使用的环保型热塑性电力电缆绝缘和屏蔽材料。
目前，市场上可降解绝缘材料基本上用聚丙烯树脂作为主体材料，并在其基础上进行改性，考虑到工艺情况及树脂之间的相容性，热塑性半导电屏蔽材料目前大多也采用聚丙烯材料作为主体树脂，但聚丙烯树脂为非极性树脂，相较于交联使用的极性EVA 树脂，其对炭黑的包覆和分散能力较差，炭黑添加量较少也导致高温下的体积电阻率偏高，且由于聚丙烯树脂本身的特性，其耐低温仅能达到-25℃。
本领域技术人员通过加入接枝剂来保证聚丙烯材料的机械强度(CN 111763374A)，但接枝类材料的加入会影响其导电性能，尤其在高温情况下，导体体积电阻率会有明显升高。中国专利(CN 113549276 A)采用无规聚丙烯和高密度聚乙烯的树脂共混，虽然可以满足材料的低温性能，但两者的熔融温度最高为135℃，在高温情况下会出现严重的变形，不利于产品的挤出。中国专利(CN 112280231 A)通过导电炭黑和石墨烯的混合，可解决材料在高温条件下的导电问题，但其选用的树脂为嵌段聚丙烯，该树脂在 -20℃的条件下会出现脆化开裂的问题，所以无法保证材料本身的低温性能。
综上所述，本领域迫切需要开发一种可替代交联绝缘屏蔽材料，同时兼具良好的导电性能、耐高低温性能和可剥离性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有优异导电性能、耐热和耐低温性能的可回收聚丙烯屏蔽材料。
本发明的目的之二在于提供一种可满足35kv及以下电力电缆挤出的可剥离聚丙烯屏蔽材料。
本发明的目的之三在于提供一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，由以下重量份的原料制备而成：
在本发明的一个优选实施例中，所述聚丙烯树脂为嵌段聚丙烯和无规聚丙烯按照9： (1～6)的比例进行复配。其中嵌段聚丙烯熔融指数为1～4g/10min；无规聚丙烯熔融指数为4～10g/10min。
在本发明的一个优选实施例中，所述改性树脂为乙烯辛烯共聚物、超低密度聚乙烯和由PP、PE、EPDM三元共聚成的聚烯烃热塑性弹性体中的一种或几种混合。改性树脂可以改善聚丙烯材料本身的低温性能，将材料的低温脆化温度提至-60℃。
在本发明的一个优选实施例中，所述炭黑为导电炭黑和石墨烯按照10：(2～5)的比例进行复配。其中导电炭黑的粒径为15～85nm，比表面积为100～550m2/g。石墨烯为叠加层数为10～15层的多层氧化石墨烯。导电炭黑和石墨烯按照一定比例复配后，可在较少的添加量下，达到优异的导电性能，同时，多层氧化石墨烯和常规石墨烯相比，具有大量的活性集团，可保证在90℃的高温条件下，导电通路依然可以正常运行。
在本发明的一个优选实施例中，所述所述抗粘结剂为油酸酰胺、共聚聚乙烯蜡、甲基乙烯基硅橡胶中的一种或几种混合。抗粘结剂的加入，可以保证绝缘和屏蔽之间不过过度粘结在一起，起到降低剥离的作用。
在本发明的一个优选实施例中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂DLTP 的一种或几种混合。
本发明还提出前述聚丙烯热塑性半导电屏蔽料的制备方法，其由以下步骤组成：
(1)将嵌段聚丙烯、无规聚丙烯按照比例加入到200度的反应釜中，匀速搅拌20 分钟，至混合均匀，随后将反应釜温度降至180度；
(2)将石墨粉放入70％～80％的浓硫酸溶液中进行氧化，时间为10～50分钟；随后取出氧化后的石墨烯放入1～3％浓度的NaCl溶液中进行水洗，水洗时间为20～40分钟；取出后放入70～80℃烘箱中烘干，烘干时间为60～90分钟；最后放入超声装置中进行剥离，剥离后保证石墨烯层数为10～15层；
(3)将(2)中的多层石墨烯、导电炭黑、抗粘结剂和抗氧剂放入搅拌机中进行混合，混合时间为10分钟，制成混合材料A；
(4)将混合材料A加入到(1)中的反应釜中，混合时间为20～30分钟，随后将混合物倒入双螺杆挤出机中进行造粒，其中双螺杆挤出机的温度为120℃至190℃。
本发明解决了现有交联屏蔽产品不可回收的问题，同时对其电性能和机械性能有明显的提升改善。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
使用本发明的聚丙烯热塑性半导电屏蔽料及其制备方法，具体实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，由以下重量比原料制备而成：
上述配方用如下方法制备：
(1)将嵌段聚丙烯、无规聚丙烯按照比例加入到200度的反应釜中，匀速搅拌20 分钟，至混合均匀，随后将反应釜温度降至180度；
(2)将石墨粉放入70％～80％的浓硫酸溶液中进行氧化，时间为10～50分钟；随后取出氧化后的石墨烯放入1～3％浓度的NaCl溶液中进行水洗，水洗时间为20～40分钟；取出后放入70～80℃烘箱中烘干，烘干时间为60～90分钟；最后放入超声装置中进行剥离，剥离后保证石墨烯层数为10～15层；
(3)将(2)中的多层石墨烯、导电炭黑、抗粘结剂和抗氧剂放入搅拌机中进行混合，混合时间为10分钟，制成混合材料A；
(4)将混合材料A加入到(1)中的反应釜中，混合时间为20～30分钟，随后将混合物倒入双螺杆挤出机中进行造粒，其中双螺杆挤出机的温度为120℃至190℃。
实施例2
本实施例提供一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，由以下重量比原料制备而成：
上述配方用如下方法制备：
(1)将嵌段聚丙烯、无规聚丙烯按照比例加入到200度的反应釜中，匀速搅拌20 分钟，至混合均匀，随后将反应釜温度降至180度；
(2)将石墨粉放入70％～80％的浓硫酸溶液中进行氧化，时间为10～50分钟；随后取出氧化后的石墨烯放入1～3％浓度的NaCl溶液中进行水洗，水洗时间为20～40分钟；取出后放入70～80℃烘箱中烘干，烘干时间为60～90分钟；最后放入超声装置中进行剥离，剥离后保证石墨烯层数为10～15层；
(3)将(2)中的多层石墨烯、导电炭黑、抗粘结剂和抗氧剂放入搅拌机中进行混合，混合时间为10分钟，制成混合材料A；
(4)将混合材料A加入到(1)中的反应釜中，混合时间为20～30分钟，随后将混合物倒入双螺杆挤出机中进行造粒，其中双螺杆挤出机的温度为120℃至190℃。
实施例3
本实施例提供一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，由以下重量比原料制备而成：
上述配方用如下方法制备：
(1)将嵌段聚丙烯、无规聚丙烯按照比例加入到200度的反应釜中，匀速搅拌20 分钟，至混合均匀，随后将反应釜温度降至180度；
(2)将石墨粉放入70％～80％的浓硫酸溶液中进行氧化，时间为10～50分钟；随后取出氧化后的石墨烯放入1～3％浓度的NaCl溶液中进行水洗，水洗时间为20～40分钟；取出后放入70～80℃烘箱中烘干，烘干时间为60～90分钟；最后放入超声装置中进行剥离，剥离后保证石墨烯层数为10～15层；
(3)将(2)中的多层石墨烯、导电炭黑、抗粘结剂和抗氧剂放入搅拌机中进行混合，混合时间为10分钟，制成混合材料A；
(4)将混合材料A加入到(1)中的反应釜中，混合时间为20～30分钟，随后将混合物倒入双螺杆挤出机中进行造粒，其中双螺杆挤出机的温度为120℃至190℃。
实施例4
本实施例提供一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，由以下重量比原料制备而成：
上述配方用如下方法制备：
(1)将嵌段聚丙烯、无规聚丙烯按照比例加入到200度的反应釜中，匀速搅拌20 分钟，至混合均匀，随后将反应釜温度降至180度；
(2)将石墨粉放入70％～80％的浓硫酸溶液中进行氧化，时间为10～50分钟；随后取出氧化后的石墨烯放入1～3％浓度的NaCl溶液中进行水洗，水洗时间为20～40分钟；取出后放入70～80℃烘箱中烘干，烘干时间为60～90分钟；最后放入超声装置中进行剥离，剥离后保证石墨烯层数为10～15层；
(3)将(2)中的多层石墨烯、导电炭黑、抗粘结剂和抗氧剂放入搅拌机中进行混合，混合时间为10分钟，制成混合材料A；
(4)将混合材料A加入到(1)中的反应釜中，混合时间为20～30分钟，随后将混合物倒入双螺杆挤出机中进行造粒，其中双螺杆挤出机的温度为120℃至190℃。
对比例1
对比例1为市售的满足JB/T 10738-2007标准的常规过氧化物交联型可剥离半导电屏蔽料(规格型号为PYJBJ)。
对比例2
对比例2为使用本发明的树脂和助剂体系，炭黑使用导电炭黑和普通石墨烯，具体由以下原料制备而成：
对比例3
对比例3为未使用本发明的复合树脂和助剂体系，炭黑使用导电炭黑或普通石墨烯材料。
实验数据对比如下：
从上表可以看出，本专利的产品在拉伸强度、断裂伸长率这些基础性能上，和传统交联型屏蔽材料，以及其它热塑性聚丙烯类屏蔽料相比，具有明显优势。此外本发明材料在20℃和90℃的体积电阻率上，其导电性能也明显优于其它对比产品。由于本发明采用复配的聚丙烯体系，使其在高温热变形和低温脆化性能上也好于同行其它产品。综上所述，本发明产品解决了现有交联屏蔽产品不可回收的问题，同时对其电性能和机械性能有明显的提升改善。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
2.如权利要求1所述的一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为嵌段聚丙烯和无规聚丙烯按照9：(1～6)的比例进行复配；其中嵌段聚丙烯熔融指数为1～4g/10min；无规聚丙烯熔融指数为4～10g/10min。
3.如权利要求1所述的一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，其特征在于，所述改性树脂为乙烯辛烯共聚物、超低密度聚乙烯和由PP、PE、EPDM三元共聚成的聚烯烃热塑性弹性体中的一种或几种混合。
4.如权利要求1所述的一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，其特征在于，所述炭黑为导电炭黑和石墨烯按照10：(2～5)的比例进行复配；其中导电炭黑的粒径为15～85nm，比表面积为100～550m2/g；石墨烯为叠加层数为10～15层的多层氧化石墨烯。
5.如权利要求1所述的一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，其特征在于，所述抗粘结剂为油酸酰胺、共聚聚乙烯蜡、甲基乙烯基硅橡胶中的一种或几种混合。
6.如权利要求1所述的一种聚丙烯热塑性半导电屏蔽料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂DLTP的一种或几种混合。
7.一种如权利要求1-6之一所述的聚丙烯热塑性半导电屏蔽料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将嵌段聚丙烯、无规聚丙烯按照比例加入到200度的反应釜中，匀速搅拌20分钟，至混合均匀，随后将反应釜温度降至180度；
(2)将石墨粉放入70％～80％的浓硫酸溶液中进行氧化，时间为10～50分钟；随后取出氧化后的石墨烯放入1～3％浓度的NaCl溶液中进行水洗，水洗时间为20～40分钟；取出后放入70～80℃烘箱中烘干，烘干时间为60～90分钟；最后放入超声装置中进行剥离，剥离后保证石墨烯层数为10～15层；
(3)将(2)中的多层石墨烯、导电炭黑、抗粘结剂和抗氧剂放入搅拌机中进行混合，混合时间为10分钟，制成混合材料A；
(4)将混合材料A加入到(1)中的反应釜中，混合时间为20～30分钟，随后将混合物倒入双螺杆挤出机中进行造粒，其中双螺杆挤出机的温度为120℃至190℃。
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