CN116313276A - 一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电力电缆屏蔽层领域，尤其是涉及一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆及其制造方法。首先公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，包括导体、绝缘层、屏蔽层、防护层。屏蔽层包含乙丙胶，导电炭黑，导电粉料，高分子导电料，偶联剂，分散剂，润滑剂，老化剂，金属氧化物，过氧化物；在屏蔽层生产过程中，屏蔽层的高分子导电料与碘反应，在屏蔽层外表面形成导电层。还公开一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，包括预制导电剂浆料、混炼屏蔽层材料及双层共挤形成导电层步骤。本申请电缆具有高导电性的同时，还具有机械性能良好、屏蔽层与绝缘层不可剥离、屏蔽层与导电层牢固结合的特点，适合用作对导电性和机械性能要求较高的特种电缆。
Description
技术领域
本申请涉及电力电缆屏蔽层的技术领域，尤其是涉及一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆及其制造方法。
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，有效的避免了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。
国内现有导电屏蔽料多采用以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，或聚乙烯(PE)为基料，以导电炭黑为导电介质，并添加交联剂(DCP或TAIC等)及其他助剂制成。例如公告授权号为CN112457567B的中国专利中公开了一种高压电缆半导电屏蔽料及其制备方法，其通过高吸油值导电炭黑和低吸油值导电炭黑的结合使用，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、造成对电缆成型性和机械性会产生不良影响的问题。但是目前特种电缆发展迅速，对高压、超高压电缆的需求增加，对电缆屏蔽料的导电性能要求也越来越高，现有导电屏蔽料的导电性能仍需进行进一步提高。
也有一些技术为了提高导体屏蔽材料的导电性能而采用丁腈橡胶作为基体材料，例如公告授权号为CN111849046B的中国专利中公开了一种耐高温电缆用半导电外屏蔽材料，其主要基料为氢化丁腈橡胶，丁腈橡胶耐臭氧性能差，极易在臭氧作用下老化龟裂而失去屏蔽作用，并且丁腈橡胶与绝缘层乙丙橡胶极性差异大，二者的相互作用面不容易紧密的粘合在一起，因此可能存在气隙而引起局放不达标的问题。
针对上述中的相关技术，发明人认为目前亟需研制一种高导电的、与绝缘层不可剥离的电缆屏蔽材料。
发明内容
为了改善目前电缆屏蔽料导电性尚需提升以及制成的屏蔽层可能与绝缘层存在气隙的问题，本申请的第一个目的在于提供一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，其屏蔽层具有高导电性。
本申请的第二个目的在于提供一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆的制造方法，具有在电缆生产过程中，在屏蔽层外表面同步、有效地生成导电层，且屏蔽层与绝缘层双层共挤，不可剥离的效果。
为了实现本申请的第一个目的，本申请提供的一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，采用如下的技术方案：
一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，由内向外依次包括导体、绝缘层、屏蔽层、防护层，其特征在于，所述屏蔽层至少包含高分子导电料，所述屏蔽层的外表面覆盖有导电层，在所述屏蔽层生产过程中，所述屏蔽层的高分子导电料与碘反应，在所述屏蔽层的外表面形成所述导电层。
实现方式可以包括以下任何特征或全部特征。
进一步地，所述高分子导电料为聚乙炔。
聚乙炔本身为共轭性好的导电高分子材料，而聚乙炔掺杂碘后，则发生下列化学反应：
使聚乙炔的导电性提高到半导体和金属导体水平，成为高导电材料，从而进一步提升本申请屏蔽层的导电性。在本电缆屏蔽料中，聚乙炔能够与乙丙橡胶产生交联被固定在屏蔽层中，当屏蔽层处于碘环境中时，屏蔽层和碘发生反应，在屏蔽层外形成一层能够与屏蔽层牢固结合的高导电的导电层，起到电缆屏蔽层高导电、与导电层无气隙、高导电性能持久稳定的效果。
进一步地，所述屏蔽层包含以下重量份数的组分：
乙丙胶80-120份
导电炭黑60-65份
导电粉料10-20份
高分子导电料10-15份
偶联剂1-5份
分散剂100-150份
润滑剂1-5份
老化剂1-2份
金属氧化物1-5份
过氧化物1-2份；
所述导电粉料包括银包铜粉或纳米碳纤维中的任意一种或两种的混合物。
上述技术方案中，一方面通过导电炭黑、导电粉料作为导电填料在屏蔽层中的分散，来提高屏蔽层的导电性能。另一方面，在屏蔽层原料生产过程中，同时将高分子导电料交联于屏蔽层原料内，在屏蔽层挤出过程中，高分子导电料在屏蔽层中由外至内逐渐与生产环境中的碘发生反应，在屏蔽层外表面形成牢固附着的一层导电层，相对传统的涂覆或者包覆技术，本申请的导电层与屏蔽层产生气隙或发生脱离的风险极低。从而，本申请在屏蔽料内部导电填料、外表导电层的双重作用下，使屏蔽层能够在未大量增加导电填料的情况下，其导电性能得到大幅提升，且导电填料、导电层与屏蔽层结合稳定度高，使本申请电缆易于长期维持高导电性。
进一步地，所述银包铜粉与所述纳米碳纤维的重量份数之比为1.5～4:1。
为了实现本申请的第二个目的，本申请提供的一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，采用如下的技术方案：
一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，包括预制导电剂浆料的步骤、混炼所述屏蔽层的材料的步骤及双层共挤形成所述导电层的步骤。
进一步地，包括以下步骤：
S1，将所述导电粉料、偶联剂、分散剂配成有机溶液，并将所述有机溶液进行超声分散，得到复合导电介质分散液；
S2，在所述复合导电介质分散液中添加所述导电炭黑，混合均匀，得到导电剂浆料；
S3，在密炼机内添加所述乙丙胶、导电剂浆料、金属氧化物、高分子导电料老化剂、过氧化物、润滑剂进行密炼，得到混炼物料；
S4，对所述混炼物料进行开炼，得到屏蔽层原料；
S5，将所述屏蔽层原料和绝缘层原料按照绝缘层在内屏蔽层在外的排布方式，进行双层共挤，并在出硫化管位置处连接一段碘反应段，所述屏蔽层中的所述高分子导电料与所述碘反应段中的碘发生反应，形成所述导电层；
S6，在所述导电层外挤包所述防护层。
本申请中电缆表现的高导电性主要是导电粉料、导电炭黑、高分子导电料形成的导电层综合作用的结果，因此，这些重要组分的分散对于电缆导电性的影响至关重要，也对导电层的生成至关重要。本申请首先利用偶联剂和分散剂等对无机的导电粉料及导电炭黑进行两步分散，解决无机导电填料在有机基材中会发生的团聚、结块的问题。进一步地再将导电填料和基材及高分子导电料混匀，使导电填料均匀分散于基材和高分子导电料内，后续加工时，高分子导电料和乙丙胶产生交联，形成的导电层中同时均匀分散有导电粉料和导电炭黑，使导电层中的空穴发生比较大的变化，电缆整体表现出的导电性显著提高。
同时，本申请将导电层的生成集成于电缆屏蔽层和绝缘层挤出硫化的过程中，使电缆仍然能够进行连续化生产，制备工艺并未复杂化。
进一步地，所述碘反应段的长度为10m～20m。通过实验得到，碘反应段在此长度范围内时电缆的导电性能相对最优。
进一步地，所述碘反应段设置有碘水或者碘蒸气。
进一步地，在所述步骤S3中，先在密炼机内添加所述乙丙胶、导电剂浆料、金属氧化物、高分子导电料进行一次密炼，之后依次加入所述老化剂、过氧化物、润滑剂进行二次密炼，所述一次密炼时间为5～10min，温度为190-200℃；所述二次密炼时间为2～3min，温度为110-120℃。
进一步地，在所述步骤S4中，所述开炼温度为100±5℃。
综上所述，本申请提供了一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆及其制造方法，具有以下有益效果：通过导电炭黑、导电粉料与导电层的结合，在未大量增加导电炭黑的情况下，显著提升了电缆屏蔽料的导电性。并且在电缆生产过程中，使屏蔽层外表面生成一层导电层，导电层与屏蔽层化学键合，结合的可靠性极高，使屏蔽层和导电层之间不容易出现气隙、脱离的问题，进而使电缆屏蔽层表现的高导电性能持久稳定。同时屏蔽层和其内的绝缘层双层共挤出，两层之间也不可脱离，从而使电缆绝缘层、屏蔽层、导电层三者紧密地粘合在一起，不可剥离，解决电缆多层结构存在的局放不达标问题。
附图说明
图1是本申请电缆横截面的结构示意图。
附图标记说明：1、导体；2、绝缘层；3、屏蔽层；4、导电层；5、防护层。
具体实施方式
以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。
本申请首先公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，参照图1，由内向外依次包括导体1、绝缘层2、屏蔽层3、防护层5，屏蔽层3包含以下重量份数的组分：
乙丙胶80-120份，导电炭黑60-65份，导电粉料10-20份，高分子导电料10-15份，偶联剂1-5份，分散剂100-150份，润滑剂1-5份，老化剂1-2份，金属氧化物1-5份，过氧化物1-2份。
其中，乙丙胶可以是三元乙丙橡胶。
导电粉料可以是银包铜粉，也可以是纳米碳纤维，进一步地，复合导电粉料可以是银包铜粉和纳米碳纤维的混合物，银包铜粉和纳米碳纤维的混合比例可以是银包铜粉与所述纳米碳纤维的重量份数之比为1.5～4:1，例如可以列举1.5:1、2:1、3:1等整数比或非整数比。
高分子导电料可以是聚乙炔。
偶联剂可以是硅烷偶联剂。
分散剂可以选用有机溶剂，例如分散剂可以是二甲苯或环己烷。
润滑剂可以是硬脂酸锌、聚乙烯蜡、微晶石蜡、氧化聚乙烯蜡的一种或两种及以上的试剂混配而成的复合料，混配比例可以是1:1。
老化剂可以是防老剂TMO。
金属氧化物可以是氧化锌。
过氧化物可以是双25和TAIC的混合物，混合比例可以是1.5～3:1。
屏蔽层3外表面覆盖有导电层4，导电层4是在绝缘层2和屏蔽层3双层共挤硫化后，使屏蔽层3的外表面通过碘环境，屏蔽层3中的高分子导电料聚乙炔和碘反应，在屏蔽层3外表面直接生成的。当然，要达到绝缘层2和屏蔽层3不可剥离的效果，绝缘层2所使用的原料应当是和乙丙胶类似的，或者能够和乙丙胶发生交联的材料。
与屏蔽层3外表面反应的碘环境可以是在绝缘层2和屏蔽层3双层共挤硫化后，在出硫化管的位置衔接一段碘反应段，该碘反应段可以是碘水段，也可以是加热加压后具有碘蒸气的碘水段，碘反应段也可以只充满碘蒸气。碘反应段与制造环境之间进行隔离，以防碘蒸气泄露。
防护层5可以是护套。
本申请还公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆的制造方法，以下结合具体实施例对本申请做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例公开一种导电剂浆料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将重量份数为10份的导电粉料、2份的硅烷偶联剂、100份的二甲苯配成有机溶液，并将该有机溶液超声分散60分钟，得到复合导电介质分散液；
S2，在复合导电介质分散液中添加重量份为65份的导电炭黑，超声混合60分钟，得到导电剂浆料备用。
导电粉料为银包铜粉和纳米碳纤维的混合物，银包铜粉和纳米碳纤维的质量之比为3:2。
本实施例还公开一种屏蔽层原料的制备方法，包括以下步骤：
S1，在密炼机内添加重量份数为100份的三元乙丙橡胶、本实施例按照重量份配比制备的所有导电剂浆料以及，2份的氧化锌、10份的聚乙炔，200℃密炼10分钟后，再向密炼机中加入1.5份的TMO、2份的过氧化物、2份的硬脂酸锌，120℃密炼3分钟，得到混炼物料；
S4，对所述混炼物料进行开炼，开炼温度100℃，得到屏蔽层3的原料备用。
过氧化物为重量份数之比为2:1的双25和TAIC混配而成。
实施例2
本实施例公开一种导电剂浆料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将重量份数为15份的导电粉料、5份的硅烷偶联剂、150份的二甲苯配成有机溶液，并将该有机溶液超声分散60分钟，得到复合导电介质分散液；
S2，在复合导电介质分散液中添加重量份为60份的导电炭黑，超声混合60分钟，得到导电剂浆料备用。
导电粉料为银包铜粉和纳米碳纤维的混合物，银包铜粉和纳米碳纤维的重量份数之比为8:2。
本实施例还公开一种屏蔽层原料的制备方法，包括以下步骤：
S1，在密炼机内添加重量份数为100份的三元乙丙橡胶、本实施例按照重量份配比制备的所有导电剂浆料以及，2份的氧化锌、10份的聚乙炔，200℃密炼10分钟后，再向密炼机中加入1.5份的TMO、2份的过氧化物、2份的硬脂酸锌，120℃密炼3分钟，得到混炼物料；
S4，对所述混炼物料进行开炼，开炼温度100℃，得到屏蔽层3的原料备用。
过氧化物为重量份数之比为2:1的双25和TAIC混配而成。
实施例3
本实施例公开一种导电剂浆料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将重量份数为15份的导电粉料、5份的硅烷偶联剂、150份的二甲苯配成有机溶液，并将该有机溶液超声分散60分钟，得到复合导电介质分散液；
S2，在复合导电介质分散液中添加重量份为60份的导电炭黑，超声混合60分钟，得到导电剂浆料备用。
导电粉料为银包铜粉和纳米碳纤维的混合物，银包铜粉和纳米碳纤维的重量份数之比为7:3。
本实施例还公开一种屏蔽层原料的制备方法，包括以下步骤：
S1，在密炼机内添加重量份数为80份的三元乙丙橡胶、本实施例按照重量份配比制备的所有导电剂浆料以及，2份的氧化锌、10份的聚乙炔，200℃密炼10分钟后，再向密炼机中加入1.5份的TMO、2份的过氧化物、2份的硬脂酸锌，120℃密炼3分钟，得到混炼物料；
S4，对所述混炼物料进行开炼，开炼温度100℃，得到屏蔽层3的原料备用。
过氧化物为重量份数之比为2:1的双25和TAIC混配而成。
实施例4
本实施例公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆的制造方法，包括以下步骤：
S1，将实施例1制备的屏蔽层3的原料和基料中含有乙丙胶的电缆绝缘层2的原料按照绝缘层2在内屏蔽层3在外的排布方式，进行双层共挤，并在出硫化管位置处连接一段长度为10米的碘水段，使双层共挤硫化后的高温电缆屏蔽层3浸入并经过碘水段，屏蔽层3中的聚乙炔和碘发生反应，形成导电层4；
S2，在导电层4外挤包防护层5。
对比例1
本对比例公开一种屏蔽层原料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：没有预制导电剂浆料，而是在密炼机中进行屏蔽层3原料制备S1步骤时，依次加入重量份数为100份的三元乙丙橡胶、10份的银包铜粉、2份的硅烷偶联剂、100份的二甲苯、65份的导电炭黑、2份的氧化锌、10份的聚乙炔后，再执行实施例1所述的后续制备步骤，获得屏蔽层3的原料备用。
对比例2
本对比例公开一种屏蔽层原料的制备方法，与实施例1的不同之处在于：配方中未添加导电粉料，而是将重量份数为2份的硅烷偶联剂、100份的二甲苯、65份的导电炭黑替代实施例1中屏蔽层3原料制备方法S1中的导电剂浆料，进行屏蔽层3原料的制造。
对比例3
本对比例公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆的制造方法，与实施例4的不同之处在于：屏蔽层3原料使用对比例2中制备的屏蔽层3的原料。
对比例4
本对比例公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆的制造方法，与实施例4的不同之处在于：碘水段的长度为5米。
对比例5
本对比例公开一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆的制造方法，与实施例4的不同之处在于：双层共挤的屏蔽层3未经过碘水段处理。
性能测试
对实施例1-3及对比例1-2制得的屏蔽层原料进行如下表1所示的各项性能检测，评价实施例1-3及对比例1-2制得的屏蔽层原料的机械性能和导电性能，结果如表1所示。
表1实施例1-3及对比例1制得的屏蔽材料各项性能
从表1结果可以看出，本申请实施例得到的屏蔽层材料机械性能处于良好水平，完全满足电缆屏蔽料的机械性能要求。同时，本申请实施例1-3的20℃体积电阻率相当低，说明本申请屏蔽层材料具备优异的导电性能，并且，实施例20℃体积电阻率均低于对比例1的20℃体积电阻率，可见本实施例中银包铜粉与纳米碳纤维混合使用，并在混炼前先利用预制导电剂浆料的方法，对导电粉料及导电炭黑这些无机填料进行预分散，有助于提升屏蔽材料的整体导电性能。这是因为纳米碳纤维是一种长径比大的导电填料，能够对颗粒状的银包铜粉及导电炭黑起到一定桥连效果，增强了导电填料之间的电子传导。通过实施例1-3及对比例1-2的数据比较还可以看出，复配的导电粉料的添加能够显著提升屏蔽层原料的导电性能，并对屏蔽层原料的机械性能也会产生一定的增强效果。
利用表面电阻测试仪，对实施例4得到的电缆半成品以及以对比例3-5按照实施例4的方法步骤得到电缆半成品为试样，对电缆屏蔽层进行电阻率测试，结果如表2所示。
表2实施例4及对比例3-5电缆半成品的电阻率
| 实施例4 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | |
| 电阻率(Ω·m) | 1.3 | 2.8 | 1.7 | 2.5 |
从表2结果可以看出，实施例4电缆半成品的导电层4添加有导电粉料时，其导电性能远优于导电层4未添加导电粉料或没有导电层4的电缆半成品。
当然上述实施例为本申请最佳的实施例，只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，由内向外依次包括导体、绝缘层、屏蔽层、防护层，其特征在于，所述屏蔽层至少包含高分子导电料，所述屏蔽层的外表面覆盖有导电层，在所述屏蔽层生产过程中，所述屏蔽层的高分子导电料与碘反应，在所述屏蔽层的外表面形成所述导电层。
2.根据权利要求1所述的一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，其特征在于，所述高分子导电料为聚乙炔。
3.根据权利要求1所述的一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，其特征在于，所述屏蔽层包含以下重量份数的组分：
乙丙胶80-120份
导电炭黑60-65份
导电粉料10-20份
高分子导电料10-15份
偶联剂1-5份
分散剂100-150份
润滑剂1-5份
老化剂1-2份
金属氧化物1-5份
过氧化物1-2份；
所述导电粉料包括银包铜粉或纳米碳纤维中的任意一种或两种的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种高电性屏蔽层不可剥离的电缆，其特征在于，所述银包铜粉与所述纳米碳纤维的重量份数之比为1.5～4:1。
5.一种权利要求3-4任一项所述的高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，包括预制导电剂浆料的步骤、混炼所述屏蔽层的材料的步骤及双层共挤形成所述导电层的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将所述导电粉料、偶联剂、分散剂配成有机溶液，并将所述有机溶液进行超声分散，得到复合导电介质分散液；
S2，在所述复合导电介质分散液中添加所述导电炭黑，混合均匀，得到导电剂浆料；
S3，在密炼机内添加所述乙丙胶、导电剂浆料、金属氧化物、高分子导电料、老化剂、过氧化物、润滑剂进行密炼，得到混炼物料；
S4，对所述混炼物料进行开炼，得到屏蔽层原料；
S5，将所述屏蔽层原料和绝缘层原料按照绝缘层在内屏蔽层在外的排布方式，进行双层共挤，并在出硫化管位置处连接一段碘反应段，所述屏蔽层中的所述高分子导电料与所述碘反应段中的碘发生反应，形成所述导电层；
S6，在所述导电层外挤包所述防护层。
7.根据权利要求6所述的一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，所述碘反应段的长度为10m～20m。
8.根据权利要求7所述的一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，所述碘反应段设置有碘水或者碘蒸气。
9.根据权利要求6所述的一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，在所述步骤S3中，先在密炼机内添加所述乙丙胶、导电剂浆料、金属氧化物、高分子导电料进行一次密炼，之后依次加入所述老化剂、过氧化物、润滑剂进行二次密炼，所述一次密炼时间为5～10min，温度为190-200℃；所述二次密炼时间为2～3min，温度为110-120℃。
10.根据权利要求9所述的一种高电性屏蔽层不可剥离电缆的制造方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述开炼温度为100±5℃。
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