CN117343475A - 一种半导电缓冲层材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导电缓冲层材料及其制备方法和应用。根据本发明的半导电缓冲层材料，所述半导电缓冲层材料的制备原料包括：基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶，该半导电缓冲层材料在韧性得到改善的同时又保持了强度，在低温环境下，材料的韧性较好且不发生开裂，在高低温循环过程中，用于绝缘主体‑金属外壳之间时，材料能够避免缓冲层热胀冷缩时对绝缘主体造成的损伤。本发明还提供了半导电缓冲层材料的制备方法和应用。
Description
技术领域
本发明属于电力材料技术领域，具体涉及一种半导电缓冲层材料及其制备方法和应用。
背景技术
66kV及以上高压电力电缆基本采用金属套屏蔽结构，半导电缓冲层位于挤包绝缘线芯和金属套之间，一般由绕包工艺制成。半导电缓冲层作为电缆内高电位向低电位过渡、绝缘向金属接地过渡的组成单元,可实现绝缘线芯轴向连续有效接地。
半导电缓冲层的性能要求和作用包括：(1)电气性能，缓冲层应是半导电的，以使绝缘半导电屏蔽层与金属屏蔽层保持电气上的良好接触，指标上应满足相关国家标准的规定；(2)纵向阻水性能，如电缆有纵向阻水要求，绝缘屏蔽层与径向金属防水层之间应有纵向阻水层，当电缆发生损坏时，能够防止水沿电缆纵向延伸；(3)热膨胀缓冲，缓冲层的厚度应能达到电缆运行中热膨胀的要求。
目前绝缘主体-金属外壳之间的半导电缓冲层材料硬且脆，低温韧性差，随着环境温度的变化容易出现开裂的现象，更为严重的会与金属外壳/绝缘主体发生剥离，导致绝缘主体受到损伤、内部产生微裂纹，最终表现出局放试验过程中有放电的情况发生。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种半导电缓冲层材料，该材料在韧性得到改善的同时又保持了强度，在低温环境下，材料的韧性较好且不发生开裂，在高低温循环过程中，用于绝缘主体-金属外壳之间时，材料能够避免缓冲层热胀冷缩时对绝缘主体造成的损伤。
本发明还提供了一种制备半导电缓冲层材料的方法。
本发明还提供了一种半导电缓冲层材料在高压和/或超高压预制件中的应用。
本发明的第一方面提供了一种半导电缓冲层材料，所述半导电缓冲层材料的制备原料包括：基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶。
本发明关于半导电缓冲层材料的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的半导电缓冲层材料，在基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶的共同作用下，在改善材料韧性的同时，保持了材料的强度，得到一种既韧又强的缓冲材料，在低温环境下，材料的韧性较好，不会发生开裂。在高低温循环过程中，材料能够避免缓冲层热胀冷缩对绝缘主体造成的损伤。使用本发明的半导电缓冲层材料，在环境温度变化较大时，材料与金属外壳/绝缘主体不发生剥离。
根据本发明的一些实施方式，所述基体树脂包括E-51环氧树脂、E-44环氧树脂、CYD-128环氧树脂和6101环氧树脂中的至少一种。
环氧树脂为热固体型树脂，当主剂与硬化剂，以一定比例适当混合，经交链硬化后，则形成三度空间之网状结构，因而可以赋予产品特殊的物性、机械性及耐化学品性等。E-51环氧树脂环氧值高、粘度低、色泽浅，可以用作粘接剂、无溶剂涂料、自流平地坪料和浇注料等。
在本发明中，基体树脂的作用是与固化剂发生反应形成三维网状结构，提供材料的强度。
根据本发明的一些实施方式，所述柔性树脂包括LER-0350柔韧性环氧树脂。
牌号为LER-0350的柔韧性环氧树脂，固化物具有柔韧性、弹性，高的延伸率，同时具有环氧树脂的一系列优良的性能，特别是耐化学性能、电绝缘性能、高的粘接强度的机械强度。该柔韧性环氧树脂改变了传统双酚A环氧树脂，酸配方体系固化物的内应力、脆性、开裂问题，赋予环氧树脂固化物为柔韧的弹性体，解决了由于环氧树脂-酸酐体系固化物的应力开裂现象，使浇注后的电工部件和电子元器件在冷、热温度交变下正常的运行。
此外，LER-0350柔性环氧树脂与普通双酚A环氧树脂具有非常良好的相容性，按各种比例混合后可得到透明均匀的液体，并可降低混合物的粘度、调节固化物的柔韧性和弹性。LER-0350柔韧性环树脂，可用传统的胺类固化剂室温固化或用芳香胺、咪哗固化剂中温固化，也可用甲基四氢苯酐固化，都可得到柔韧、弹性好的固化物，并有良好的机械、物理和电性能。
LER-0350柔韧性环氧树脂，能大幅提高固化物的柔韧性和延伸率以及抗冲击强度。
根据本发明的一些实施方式，所述柔性树脂还包括DER 732P、DER 736和DER 791中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、四氢苯酐和六氢苯酐中的至少一种。
甲基四氢苯酐又称甲基四氢邻苯二甲酸酐，是一种淡黄色透明油状液体，是电子信息材料、医药、农药、树脂等方面的重要中间体，同时还可用于涂料、增塑剂、农药等行业。是电子信息材料、医药、农药、树脂、国防工业方面的重要中间体。甲基四氢苯酐具有低熔点、低毒、低挥发性等特点，使用方便，与环氧树脂的反应活性高、混溶性好，使用该固化剂的环氧树脂固化物的电气绝缘性能和机械性能优良。
本发明的半导电缓冲层材料，使用酸酐类固化剂，在不降低韧性的情况下，可显著提高材料的强度，达到既韧又强的目的。
根据本发明的一些实施方式，所述聚硫橡胶包括JLY-121、JLY-124、JLY-155和JLY-215中的至少一种。
聚硫橡胶是由二卤代烷与碱金属或碱土金属的多硫化物缩聚而得的合成橡胶。有优异的耐油和耐溶剂性，但强度不高，耐老化性能不佳，加工性能不好，有臭味。多与丁腈橡胶并用。工业产品有固体聚硫橡胶、液态聚硫橡胶和聚硫胶乳。主要用作建筑，复层玻璃，其他工业用的密封材料，以及环氧树脂的固化剂。
在本发明中，聚硫橡胶的作用之一是作为增韧剂，能够与环氧树脂发生反应，使环氧树脂的柔韧性显著提高。
根据本发明的一些实施方式，导电填料包括炭黑。
根据本发明的一些实施方式，所述半导电缓冲层材料的制备原料包括重量份计的：
基体树脂：100份；
柔性树脂：120份～150份；
酸酐类固化剂：80份～100份；
胺类促进剂：1份～8份；
导电填料：5份～10份；
聚硫橡胶：80份～100份。
根据本发明的一些实施方式，所述半导电缓冲层材料的制备原料包括重量份计的：
基体树脂：100份；
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酸酐类固化剂：100份；
胺类促进剂：5份～8份；
导电填料：8份～10份；
聚硫橡胶：100份。
本发明的第二方面提供了一种制备所述的半导电缓冲层材料的方法，所述方法包括将所述基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌脱气后，加热固化，降温后即得所述的半导电缓冲层材料。
本发明关于半导电缓冲层材料的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的制备方法，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，反应条件不苛刻，原料易得，生产成本低，容易工业化生产。
根据本发明的一些实施方式，将所述基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌时间为15min～30min。
根据本发明的一些实施方式，将所述基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌时间为20min～30min。
根据本发明的一些实施方式，搅拌速度为250～300rpm。
根据本发明的一些实施方式，将原料混匀，搅拌过程中，温度为20℃～40℃。
根据本发明的一些实施方式，将原料混匀，搅拌过程中，相对湿度控制在60％RH以下。
根据本发明的一些实施方式，脱气的方法为：真空泵对材料抽真空。
根据本发明的一些实施方式，脱气的时间为40min～60min。
根据本发明的一些实施方式，脱气的时间为50min～60min。
根据本发明的一些实施方式，加热固化时，将脱气后的材料灌封到模具中，可以在鼓风加热烘箱中加热固化。
根据本发明的一些实施方式，所述加热固化的温度为60℃～80℃；和/或，所述加热固化的时间为8h～12h。
根据本发明的一些实施方式，所述加热固化的温度为60℃～70℃；和/或，所述加热固化的时间为8h～10h。
根据本发明的一些实施方式，所述降温的速度为0.05℃/min～0.15℃/min。
根据本发明的一些实施方式，所述降温的速度为0.05℃/min～0.1℃/min。
控制较低的降温速率，可以使固化后的半导电缓冲层材料的内部应力充分释放。如果降温速率较快，材料内部会形成应力集中点，在冷热循环过程中容易发生开裂。
本发明的第三方面提供了所述的半导电缓冲层材料在高压和/或超高压预制件中的应用。
本发明关于半导电缓冲层材料在高压和/或超高压预制件中的应用，至少具有以下有益效果：
将本发明的半导电缓冲层材料用于高压和/或超高压预制件中时，由于半导电缓冲层材料在基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶的共同作用下，在改善材料韧性的同时，保持了材料的强度，得到一种既韧又强的缓冲材料，在低温环境下，材料的韧性较好，不会发生开裂。在高低温循环过程中，材料能够避免缓冲层热胀冷缩对绝缘主体造成的损伤。使用本发明的半导电缓冲层材料，在环境温度变化较大时，材料与金属外壳/绝缘主体不发生剥离。
根据本发明的一些实施方式，超高压预制件指220kV～500kV的预制件。
根据本发明的一些实施方式，高压预制件指≤110kV的预制件。
根据本发明的一些实施方式，预制件包括预制绝缘件接头。
预制绝缘件接头包括整体预制橡胶绝缘件接头和组合预制绝缘件中间接头。
整体预制橡胶绝缘件接头一般采用硅橡胶为原材料，相对老式瓷套式终端具有良好的密封性能及可靠的绝缘性能，长期正常运行下局放值小，表面泄露距离大，耐污性强，以确保在恶劣条件和高污染环境下安全运行。整体预制橡胶绝缘件接头制造一次压膜成型，不会产生分体式终端因终端体分节，而使爬电距离突然减少的现象。整体预制橡胶绝缘件接头安装简单、体积小、重量轻，适合任何角度安装。不会产生像老式瓷套终端等电缆附件因某种原因爆炸造成的破坏。
组合预制绝缘件中间接头包括预制橡胶应力锥及预制环氧绝缘件，在现场组装，并采用弹簀紧压使得预制橡胶应力锥与交联电缆绝缘界面间以及橡胶应力锥与预制环氧绝缘件界面间达到一定压力以保持界面电气绝缘强度。由于采用弹簧机械加压措施，交联电缆外径与预制橡胶应力锥内径可采用较小的过盈配合，橡胶应力锥较易套入交联电缆绝缘，并且即使长期运行以后橡胶应力锥弹性模量会有所下降，也可以凭借弹簧压紧而保持界面所需压力。组合预制绝缘中间接头的保护铜套管与电缆金属护套采用搪铅密封，外用防水保护盒，其中灌注防水胶。组合预制绝缘件中间接头的绝缘结构稳定，当对中间接头的保护盒采用紧固定位装置的条件下，可以耐受中间接头两边电缆导体热机械力不平衡的作用，例如电缆从直埋过渡到隧道數设，或直埋过渡到其他有位置移动的辐射条件。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
在本发明的一些实施例中，本发明供了一种半导电缓冲层材料，该半导电缓冲层材料的制备原料包括：基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶。
可以理解，本发明的半导电缓冲层材料，在基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶的共同作用下，在改善材料韧性的同时，保持了材料的强度，得到一种既韧又强的缓冲材料，在低温环境下，材料的韧性较好，不会发生开裂。在高低温循环过程中，材料能够避免缓冲层热胀冷缩对绝缘主体造成的损伤。使用本发明的半导电缓冲层材料，在环境温度变化较大时，材料与金属外壳/绝缘主体不发生剥离。
在本发明的一些实施例中，基体树脂包括E-51环氧树脂、E-44环氧树脂、CYD-128环氧树脂和6101环氧树脂中的至少一种。
需要说明的是，环氧树脂为热固体型树脂，当主剂与硬化剂，以一定比例适当混合，经交链硬化后，则形成三度空间之网状结构，因而可以赋予产品特殊的物性、机械性及耐化学品性等。E-51环氧树脂环氧值高、粘度低、色泽浅，可以用作粘接剂、无溶剂涂料、自流平地坪料和浇注料等。
在本发明中，基体树脂的作用是与固化剂发生反应形成三维网状结构，提供材料的强度。
在本发明的一些实施例中，柔性树脂包括LER-0350柔性环氧树脂。
牌号为LER-0350的柔韧性环氧树脂，固化物具有柔韧性、弹性，高的延伸率，同时具有环氧树脂的一系列优良的性能，特别是耐化学性能、电绝缘性能、高的粘接强度的机械强度。该柔韧性环氧树脂改变了传统双酚A环氧树脂，酸配方体系固化物的内应力、脆性、开裂问题，赋予环氧树脂固化物为柔韧的弹性体，解决了由于环氧树脂-酸酐体系固化物的应力开裂现象，使浇注后的电工部件和电子元器件在冷、热温度交变下正常的运行。
此外，LER-0350柔性环氧树脂与普通双酚A环氧树脂具有非常良好的相容性，按各种比例混合后可得到透明均匀的液体，并可降低混合物的粘度、调节固化物的柔韧性和弹性。LER-0350柔韧性环树脂，可用传统的胺类固化剂室温固化或用芳香胺、咪哗固化剂中温固化，也可用甲基四氢苯酐固化，都可得到柔韧、弹性好的固化物，并有良好的机械、物理和电性能。
LER-0350柔韧性环氧树脂，能大幅提高固化物的柔韧性和延伸率以及抗冲击强度。
在本发明的一些实施例中，柔性树脂还包括DER 732P、DER 736和DER 791中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、四氢苯酐和六氢苯酐中的至少一种。
甲基四氢苯酐又称甲基四氢邻苯二甲酸酐，是一种淡黄色透明油状液体，是电子信息材料、医药、农药、树脂等方面的重要中间体，同时还可用于涂料、增塑剂、农药等行业。是电子信息材料、医药、农药、树脂、国防工业方面的重要中间体。甲基四氢苯酐具有低熔点、低毒、低挥发性等特点，使用方便，与环氧树脂的反应活性高、混溶性好，使用该固化剂的环氧树脂固化物的电气绝缘性能和机械性能优良。
本发明的半导电缓冲层材料，使用酸酐类固化剂，在不降低韧性的情况下，可显著提高材料的强度，达到既韧又强的目的。
在本发明的一些实施例中，聚硫橡胶包括JLY-121、JLY-124、JLY-155和JLY-215中的至少一种。
聚硫橡胶是由二卤代烷与碱金属或碱土金属的多硫化物缩聚而得的合成橡胶。有优异的耐油和耐溶剂性，但强度不高，耐老化性能不佳，加工性能不好，有臭味。多与丁腈橡胶并用。工业产品有固体聚硫橡胶、液态聚硫橡胶和聚硫胶乳。主要用作建筑，复层玻璃，其他工业用的密封材料，以及环氧树脂的固化剂。
在本发明中，聚硫橡胶的作用之一是作为增韧剂，能够与环氧树脂发生反应，使环氧树脂的柔韧性显著提高。
在本发明的一些实施例中，导电填料包括炭黑。
在本发明的一些实施例中，半导电缓冲层材料的制备原料包括重量份计的：
基体树脂：100份；
柔性树脂：120份～150份；
酸酐类固化剂：80份～100份；
胺类促进剂：1份～8份；
导电填料：5份～10份；
聚硫橡胶：80份～100份。
在本发明的另外一些实施例中，半导电缓冲层材料的制备原料包括重量份计的：
基体树脂：100份；
柔性树脂：150份；
酸酐类固化剂：100份；
胺类促进剂：5份～8份；
导电填料：8份～10份；
聚硫橡胶：100份。
在本发明的另外一些实施例中，半导电缓冲层材料的制备原料包括重量份计的：
基体树脂：100份；
柔性树脂：150份；
酸酐类固化剂：100份；
胺类促进剂：5份；
导电填料：8份；
聚硫橡胶：100份。
在本发明的另外一些实施例中，本发明提供了一种制备本发明的半导电缓冲层材料的方法，方法包括将基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌脱气后，加热固化，降温后即得本发明的半导电缓冲层材料。
可以理解，本发明的制备方法，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，反应条件不苛刻，原料易得，生产成本低，容易工业化生产。
在本发明的一些实施例中，将基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌时间为15min～30min。
在本发明的一些实施例中，将基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌时间为20min～30min。
在本发明的一些实施例中，搅拌速度为250～300rpm。
在本发明的一些实施例中，将原料混匀，搅拌过程中，温度为20℃～40℃。
在本发明的一些实施例中，将原料混匀，搅拌过程中，相对湿度控制在60％RH以下。
在本发明的一些实施例中，脱气的方法为：真空泵对材料抽真空。
在本发明的一些实施例中，脱气的时间为40min～60min。
在本发明的一些实施例中，脱气的时间为50min～60min。
在本发明的一些实施例中，加热固化时，将脱气后的材料灌封到模具中，可以在鼓风加热烘箱中加热固化。
在本发明的一些实施例中，加热固化的温度为60℃～80℃；和/或，加热固化的时间为8h～12h。
在本发明的一些实施例中，加热固化的温度为60℃～70℃；和/或，加热固化的时间为8h～10h。
在本发明的一些实施例中，降温的速度为0.05℃/min～0.15℃/min。
在本发明的一些实施例中，降温的速度为0.05℃/min～0.1℃/min。
控制较低的降温速率，可以使固化后的半导电缓冲层材料的内部应力充分释放。如果降温速率较快，材料内部会形成应力集中点，在冷热循环过程中容易发生开裂。
在本发明的另外一些实施例中，本发明提供了本发明的半导电缓冲层材料在高压和/或超高压预制件中的应用。
可以理解，将本发明的半导电缓冲层材料用于高压和/或超高压预制件中时，由于半导电缓冲层材料在基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶的共同作用下，在改善材料韧性的同时，保持了材料的强度，得到一种既韧又强的缓冲材料，在低温环境下，材料的韧性较好，不会发生开裂。在高低温循环过程中，材料能够避免缓冲层热胀冷缩对绝缘主体造成的损伤。使用本发明的半导电缓冲层材料，在环境温度变化较大时，材料与金属外壳/绝缘主体不发生剥离。
在本发明的一些实施例中，超高压预制件指220kV～500kV的预制件。
在本发明的一些实施例中，高压预制件指≤110kV的预制件。
在本发明的一些实施例中，预制件包括预制绝缘件接头。
预制绝缘件接头包括整体预制橡胶绝缘件接头和组合预制绝缘件中间接头。
整体预制橡胶绝缘件接头一般采用硅橡胶为原材料，相对老式瓷套式终端具有良好的密封性能及可靠的绝缘性能，长期正常运行下局放值小，表面泄露距离大，耐污性强，以确保在恶劣条件和高污染环境下安全运行。整体预制橡胶绝缘件接头制造一次压膜成型，不会产生分体式终端因终端体分节，而使爬电距离突然减少的现象。整体预制橡胶绝缘件接头安装简单、体积小、重量轻，适合任何角度安装。不会产生像老式瓷套终端等电缆附件因某种原因爆炸造成的破坏。
组合预制绝缘件中间接头包括预制橡胶应力锥及预制环氧绝缘件，在现场组装，并采用弹簀紧压使得预制橡胶应力锥与交联电缆绝缘界面间以及橡胶应力锥与预制环氧绝缘件界面间达到一定压力以保持界面电气绝缘强度。由于采用弹簧机械加压措施，交联电缆外径与预制橡胶应力锥内径可采用较小的过盈配合，橡胶应力锥较易套入交联电缆绝缘，并且即使长期运行以后橡胶应力锥弹性模量会有所下降，也可以凭借弹簧压紧而保持界面所需压力。组合预制绝缘中间接头的保护铜套管与电缆金属护套采用搪铅密封，外用防水保护盒，其中灌注防水胶。组合预制绝缘件中间接头的绝缘结构稳定，当对中间接头的保护盒采用紧固定位装置的条件下，可以耐受中间接头两边电缆导体热机械力不平衡的作用，例如电缆从直埋过渡到隧道數设，或直埋过渡到其他有位置移动的辐射条件。
下面再结合具体的实施例来更好的理解本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种用于高压/超高压组合预制绝缘主体-金属外壳之间的半导电缓冲层材料。
按照重量份数计，半导电缓冲层材料的制备原料包括：
基体树脂即E-51环氧树脂：100份；
柔性树脂即LER-0350柔性环氧树脂：150份；
酸酐类固化剂甲基四氢苯酐：100份；
胺类促进剂DMP-30：5份；
导电填料炭黑：8份；
聚硫橡胶JLY-121：100份。
半导电缓冲层材料的制备方法具体为以下步骤：
(1)室温下，将各原料按比例混合，搅拌20min，使物料均匀，此过程中，温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
(2)对混合物进行搅拌脱气处理，处理时间为50min；
(3)将脱气后的材料灌封到模具中，在鼓风加热烘箱中按70℃/10h进行固化；
(4)在鼓风烘箱中按0.1℃/min的降温速率降至室温。
对比例1
本对比例提供了一种用于高压/超高压组合预制绝缘主体-金属外壳之间的半导电缓冲层材料。
按照重量份数计，半导电缓冲层材料的制备原料包括：
基体树脂即E-51环氧树脂：100份；
柔性树脂即LER-0350柔性环氧树脂：200份；
酸酐类固化剂甲基四氢苯酐：228份；
胺类促进剂DMP-30：18份；
导电填料炭黑：12份；
活性稀释剂CYDPG-660：50份。
半导电缓冲层材料的制备方法具体为以下步骤：
(1)室温下，将各原料按比例混合，搅拌20min，使物料均匀，此过程中，温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
(2)对混合物进行搅拌脱气处理，处理时间为50min；
(3)将脱气后的材料灌封到模具中，在鼓风加热烘箱中按60℃/10h进行固化；
(4)在鼓风烘箱中按0.1℃/min的降温速率降至室温。
对比例2
本对比例提供了一种用于高压/超高压组合预制绝缘主体-金属外壳之间的半导电缓冲层材料。
按照重量份数计，半导电缓冲层材料的制备原料包括：
基体树脂即E-51环氧树脂：100份；
柔性树脂即LER-0350柔性环氧树脂：200份；
固化剂T-31：60份；
填料115.5份，包括氧化铝30份，炭黑4.5份和石墨80份；
聚硫橡胶JLY-121：30份；
硅烷偶联剂KH-550：5份。
半导电缓冲层材料的制备方法具体为以下步骤：
上述半导电缓冲层材料的制备方法包括以下步骤：
(1)室温下，将各原料按比例混合，搅拌20min，使物料均匀，此过程中，温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
(2)对混合物进行搅拌脱气处理，处理时间为50min；
(3)将脱气后的材料灌封到模具中，在鼓风加热烘箱中按80℃/8h进行固化；
(4)在鼓风烘箱中按0.1℃/min的降温速率降至室温。
对比例3
基于实施例1，本对比例提供了一种用于高压/超高压组合预制绝缘主体-金属外壳之间的半导电缓冲层材料，按照重量份数计，半导电缓冲层材料的制备原料包括：
基体树脂即E-51环氧树脂：100份；
柔性树脂即LER-0350柔性环氧树脂：150份；
酸酐类固化剂甲基四氢苯酐：100份；
胺类促进剂DMP-30：5份；
导电填料炭黑：8份；
聚硫橡胶JLY-121：70份。
半导电缓冲层材料的制备方法具体为以下步骤：
(1)室温下，将各原料按比例混合，搅拌20min，使物料均匀，此过程中，温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
(2)对混合物进行搅拌脱气处理，处理时间为50min；
(3)将脱气后的材料灌封到模具中，在鼓风加热烘箱中按70℃/10h进行固化；
(4)在鼓风烘箱中按0.1℃/min的降温速率降至室温。
对比例4
基于实施例1，本对比例提供了一种用于高压/超高压组合预制绝缘主体-金属外壳之间的半导电缓冲层材料，
按照重量份数计，半导电缓冲层材料的制备原料包括：
基体树脂即E-51环氧树脂：100份；
柔性树脂即LER-0350柔性环氧树脂：100份；
酸酐类固化剂甲基四氢苯酐：100份；
胺类促进剂DMP-30：5份；
导电填料炭黑：8份；
聚硫橡胶JLY-121：100份。
半导电缓冲层材料的制备方法具体为以下步骤：
(1)室温下，将各原料按比例混合，搅拌20min，使物料均匀，此过程中，温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
(2)对混合物进行搅拌脱气处理，处理时间为50min；
(3)将脱气后的材料灌封到模具中，在鼓风加热烘箱中按70℃/10h进行固化；
(4)在鼓风烘箱中按0.1℃/min的降温速率降至室温。
实施例1和对比例1至对比例4的制备原料如表1所示。
表1
性能测试1：抗开裂性能实验
实验组：实验组设置3组，分别为实验组1～3，实验组1～3分别采用实施例1和对比例1、2中的半导电缓冲层材料制作试样，每组均设5个试样，共计15个试样，各试样的尺寸、外观均相同。
实验方法：取实验组1～3中的试样放入冷热循环箱中，升降温速率为0.3℃/min，循环温度区间为-40～60℃，循环10个周期，观察试样是否开裂。
性能测试2：机械性能实验
实验组：实验组设置3组，分别为实验组1～3，实验组1～3分别采用实施例1和对比例1、2中的半导电缓冲层材料制作试样，每组均设5个试样，共计15个试样，各试样的尺寸、外观均相同。
实验方法：在室温环境下，机械强度按GB/T 2567-2021进行。
性能测试2：粘结性能实验
实验组：实验组设置6组，分别为实验组1～6，实验组1～3分别采用实施例1和对比例1、2中的半导电缓冲层材料在环氧树脂表面制作试样；实验组4～6分别采用实施例1和对比例1、2中的半导电缓冲层材料在金属铜表面制作试样，每组均设5个试样，共计30个试样，各试样的尺寸、外观均相同。
实验方法：在室温环境下，粘结性能按GB/T 9286-2021进行。
表2实验结果
根据表2可以看出，实施例1的半导电缓冲层材料的性能最佳。实施例1使用酸酐类固化剂，在不降低韧性的情况下，可显著提高材料的强度，达到既韧又强的目的。
实施例1和对比例2中都添加了能与环氧树脂发生反应的聚硫橡胶，能显著改善材料体系的低温韧性。
在10个周期的冷热循环过程中，实施例1和对比例2的抗开裂性能优异，但结合对比例1的结果可知，对比例1的强度远不如实施例1，而实施例1结果无明显变化。综上所述，实施例1材料配方为最佳配方。
本发明的半导电缓冲层材料，在基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶的共同作用下，在改善材料韧性的同时，保持了材料的强度，得到一种既韧又强的缓冲材料，在低温环境下，材料的韧性较好，不会发生开裂。在高低温循环过程中，材料能够避免缓冲层热胀冷缩对绝缘主体造成的损伤。使用本发明的半导电缓冲层材料，在环境温度变化较大时，材料与金属外壳/绝缘主体不发生剥离。
本发明的制备方法，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，反应条件不苛刻，原料易得，生产成本低，容易工业化生产。
将本发明的半导电缓冲层材料用于高压和/或超高压预制件中时，由于半导电缓冲层材料在基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶的共同作用下，在改善材料韧性的同时，保持了材料的强度，得到一种既韧又强的缓冲材料，在低温环境下，材料的韧性较好，不会发生开裂。在高低温循环过程中，材料能够避免缓冲层热胀冷缩对绝缘主体造成的损伤。使用本发明的半导电缓冲层材料，在环境温度变化较大时，材料与金属外壳/绝缘主体不发生剥离。
具体而言，超高压预制件指220kV～500kV的预制件，高压预制件指≤110kV的预制件。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种半导电缓冲层材料，其特征在于，所述半导电缓冲层材料的制备原料包括：基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶。
2.根据权利要求1所述的半导电缓冲层材料，其特征在于，所述基体树脂包括E-51环氧树脂、E-44环氧树脂、CYD-128环氧树脂和6101环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的半导电缓冲层材料，其特征在于，所述柔性树脂包括LER-0350、DER 732P、DER 736和DER 791中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的半导电缓冲层材料，其特征在于，所述酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、四氢苯酐和六氢苯酐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的半导电缓冲层材料，其特征在于，所述聚硫橡胶包括JLY-121、JLY-124、JLY-155和JLY-215中的至少一种。
6.根据权利要求1至5任一项所述的半导电缓冲层材料，其特征在于，所述半导电缓冲层材料的制备原料包括重量份计的：
基体树脂：100份；
柔性树脂：120份～150份；
酸酐类固化剂：80份～100份；
胺类促进剂：1份～8份；
导电填料：5份～10份；
聚硫橡胶：80份～100份。
7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的半导电缓冲层材料的方法，其特征在于，所述方法包括将所述基体树脂、柔性树脂、酸酐类固化剂、胺类促进剂、导电填料和聚硫橡胶按比例混匀，搅拌脱气后，加热固化，降温后即得所述的半导电缓冲层材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加热固化的温度为60℃～80℃；和/或，所述加热固化的时间为8h～12h。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降温的速度为0.05℃/min～0.15℃/min。
10.如权利要求1至6任一项所述的半导电缓冲层材料在高压和/或超高压预制件中的应用。
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Country or region after: China Address after: 410000 No. 223, tongzipo West Road, Lugu Industrial Park, high tech Development Zone, Changsha, Hunan Applicant after: Long Cable Technology Group Co.,Ltd. Applicant after: Beijing Smart Energy Research Institute Applicant after: STATE GRID JIBEI ELECTRIC POWER CO., LTD. Research Institute Address before: No.223, tongzipo West Road, Lugu Industrial Park, high tech Development Zone, Changsha City, Hunan Province, 410205 Applicant before: CHANGLAN CABLE ACCESSORIES Co.,Ltd. Country or region before: China Applicant before: Beijing Smart Energy Research Institute Applicant before: STATE GRID JIBEI ELECTRIC POWER CO., LTD. Research Institute |