TW202138460A

TW202138460A - 一種導電塑膠及其應用

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Publication number: TW202138460A
Application number: TW109144334A
Authority: TW
Inventors: 李華兵; 付小波
Original assignee: 大陸商東莞立訊精密工業有限公司
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-10-16
Also published as: US20210321547A1; CN111454533B; CN111454533A; TWI753706B; US11665873B2

Abstract

本發明提供了一種導電塑膠及其應用，以該導電塑膠的總質量為基準，該導電塑膠包括：低熔點樹脂42%至54%；增韌樹脂4%至10%；炭黑33%至47%；以及分散劑1%至3%；其中，該增韌樹脂為丙烯酸與矽氧烷的聚合物。本發明的導電塑膠具有低熔融溫度和高導電性能，適合用於電線電纜遮蔽層。

Description

一種導電塑膠及其應用

本發明關於一種導電塑膠及其應用，尤其關於一種用於電子通信領域電線電纜遮蔽層的導電塑膠。

電力電纜主要用於傳輸和分配電能的線纜，常用於地下電網、發電站與變電站的引出線路、水下輸電線、企業的內部供電線路。遮蔽層在中高壓電纜中起到了至關重要的作用，為導體與絕緣層提供了一層光滑的界面，減少了由表面粗糙的導體造成的應力集中對電纜絕緣層的破壞。半導電遮蔽料的品質很大程度上決定了電纜的使用壽命和安全性。

CN109337231A公開了一種石墨烯阻燃遮蔽電纜材料及其製備方法，按照重量份計，包括聚氯乙烯70份至85份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA樹脂）10份至15份、導電炭黑10份至15份、石墨烯1份至2份、改性鎂鋁水滑石3份至8份、硼酸鋅1份至2份、潤滑劑2份至3份、穩定劑0.5份至1份、交聯劑1份至2份、複合抗氧化劑0.5份至0.8份，所述的複合抗氧化劑，按照重量份計，包括抗氧化劑300 85份、維生素E（VE）3份、氧化釔2份、白炭黑10份。該發明的遮蔽材料解決了現有石墨烯半導體遮蔽料抗氧化性能和阻燃性能不好，電纜容易老化等問題。

CN103319765B公開了一種導電、阻隔性聚乙烯組合物及其製備方法和應用，其包括：（A）50質量份至90質量份的基礎樹脂，基礎樹脂含有（A1）70質量%至97質量%的聚乙烯樹脂和（A2）3質量%至30質量%的聚醯胺樹脂，聚醯胺樹脂（A2）以多層重疊交叉的層片狀結構分散於聚乙烯樹脂（A1）中；（B）0.1質量份至10質量份的聚烯烴接枝共聚物；（C）5質量份至25質量份的炭黑。該發明組合物是以聚乙烯為主要基礎樹脂，採用熔融及捏合的方法，使聚醯胺樹脂在聚乙烯樹脂中形成多層重疊交叉的層片狀結構，具有較優異的阻隔性和導電性能，成本低廉，增大了材料的加工視窗，拓寬了材料的應用領域，但其主要用作製備盛放燃料、有機溶劑的容器及輸送管道等。

傳統電纜遮蔽層膠料由於耐溫高、加工壓力大，容易沖斷電纜芯線，造成電纜的損壞；另外，傳統電纜遮蔽層膠料的遮蔽性能也有待進一步提高。因此，電纜遮蔽層膠料仍是本領域研究重點。

本發明的主要目的在於提供一種導電塑膠及其應用，以克服現有技術中電線電纜遮蔽層熔點較高、所需加工壓力大、以及遮蔽性能較弱的問題。

為了達到上述目的，本發明提供的導電塑膠包括（以該導電塑膠的總質量為基準）： 42質量百分比至54質量百分比的低熔點樹脂； 4質量百分比至10質量百分比的增韌樹脂； 33質量百分比至47質量百分比的炭黑；以及 1質量百分比至3質量百分比的分散劑；其中，所述增韌樹脂為丙烯酸與矽氧烷的聚合物。

於一實施方式中，所述增韌樹脂為丙烯酸-矽氧烷-網狀互穿聚合物；所述增韌樹脂具有以下至少一種性質：所述增韌樹脂的熔融指數為0.8 g/10 min至1.5 g/10 min、所述增韌樹脂的接枝率為0.8%至1.3%、或所述增韌樹脂的密度為0.80 g/cm³至1.00 g/cm³。

於一實施方式中，所述分散劑為聚丙烯醯胺。

於一實施方式中，所述分散劑為陽離子聚丙烯醯胺；所述陽離子聚丙烯醯胺的數量平均分子量為800萬至1200萬，陽離子濃度為10%至70%。

於一實施方式中，所述低熔點樹脂為線性嵌段共聚物，其中嵌段結構包括衍生自乙烯的結構單元和衍生自丁二烯的結構單元。

於一實施方式中，所述低熔點樹脂為氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。

於一實施方式中，該導電塑膠包括（以該導電塑膠的總質量為基準）： 42質量百分比至51質量百分比的該低熔點樹脂； 4質量百分比至8質量百分比的該增韌樹脂； 38質量百分比至47質量百分比的該炭黑；以及 2質量百分比至3質量百分比的該分散劑；其中，所述炭黑包括35質量百分比至40質量百分比的導電炭黑和3質量百分比至7質量百分比超導炭黑。

於一實施方式中，該導電塑膠還包括偶合劑；該偶合劑為有機矽化合物；以該導電塑膠的總質量為基準，該偶合劑的添加量為1質量百分比至3質量百分比。

於一實施方式中，該導電塑膠還包括氧化還原劑；以該導電塑膠的總質量為基準，該氧化還原劑的添加量為1質量百分比至3質量百分比。

為了達到上述目的，本發明還提供了一種電線電纜遮蔽層，該電線電纜遮蔽層包括上述的導電塑膠。

本發明的有益效果：本發明提供了一種導電塑膠，採用炭黑，增韌樹脂以及加工助劑精製而成。本發明導電塑膠具有較低的熔融溫度，較高的流動性，進而可以大幅度降低加工模具的壓力，避免電線電纜芯線沖斷問題；本發明導電塑膠與傳統導線塑膠相比，具有更好的遮蔽性能和導電性能。

以下對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例，下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件。

本發明提供了一種導電塑膠，以該導電塑膠的總質量為基準，該導電塑膠包括： 42質量百分比至54質量百分比的低熔點樹脂； 4質量百分比至10質量百分比的增韌樹脂； 33質量百分比至47質量百分比的炭黑；以及 1質量百分比至3質量百分比的分散劑。

其中，該增韌樹脂為丙烯酸與矽氧烷的聚合物；更優選的，該增韌樹脂為丙烯酸-矽氧烷-網狀互穿聚合物，該聚合物具有獨特的互穿聚合物網路，可提供高衝擊強度及良好的耐侯性。另外該聚合物為結構表面活性劑，表面活性劑是由兩種截然不同的粒子形成的分子，一種粒子具有極強的親油性，另一種則具有極強的親水性。溶解於水中以後，該聚合物能降低水的表面張力，並提高有機化合物的可溶性。作為優選的技術方案，該增韌樹脂的熔融指數為0.8 g/10 min至1.5g/10 min（2.16公斤砝碼）、接枝率為0.8%至1.3%、和/或密度為0.80 g/cm³至1.00 g/cm³。

作為優選的技術方案，以該導電塑膠的總質量為基準，該增韌樹脂的添加量為4質量百分比至8質量百分比或6質量百分比至10質量百分比，更優選為8質量百分比。

在一實施方式中，該低熔點樹脂為線性嵌段共聚物，優選為線性三嵌段共聚物，其中嵌段結構包括衍生自乙烯的結構單元和衍生自丁二烯的結構單元。更優選地，該低熔點樹脂為氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，是以聚苯乙烯為末端段，以聚丁二烯加氫得到的乙烯-丁烯共聚物為中間彈性嵌段的線性三嵌共聚物。氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物不含不飽和雙鍵，因此具有良好的穩定性和耐老化性。本發明低熔點樹脂作為一種熱塑彈性體加入導電塑膠中，可以改變產品外觀及柔軟度。

作為優選的技術方案，以導電塑膠的總質量為基準，該低熔點樹脂的加入量為42質量百分比至51質量百分比，優選為48質量百分比至50質量百分比，更優選為50質量百分比。

炭黑（carbon black），又名碳黑，是一種無定形碳。輕、鬆而極細的黑色粉末，表面積非常大，範圍從10 m² /g至3000 m² /g，是含碳物質（煤、天然氣、重油、燃料油等）在空氣不足的條件下經不完全燃燒或受熱分解而得的產物。比重1.8至2.1。由天然氣製成的稱「氣黑」，由油類製成的稱「燈黑」，由乙炔製成的稱「乙炔黑」。此外還有「槽黑」、「爐黑」。按炭黑性能區分有「補強炭黑」、「導電炭黑」、「耐磨炭黑」等。可作黑色染料，用於製造中國墨、油墨、油漆等，也用於做橡膠的補強劑。

導電炭黑是具有低電阻或高電阻性能的炭黑。可賦予製品導電或防靜電作用。其特點為粒徑小，比表面積大且粗糙，結構高，表面潔淨（化合物少）等，可用於電線電纜遮蔽料。

超導炭黑，比一般導電炭黑具有更好的導電效果，具有用量小，導電性能高的特點，用於電線電纜遮蔽，可以提高產品分散性、抗紫外線性能、以及產品的防腐蝕性能。

作為優選的技術方案，本發明中的炭黑包括導電炭黑和超導炭黑，以導電塑膠的總質量為基準，該導電炭黑的添加量為30質量百分比至40質量百分比，更優選為35質量百分比至40質量百分比，進一步優選為35質量百分比；該超導炭黑的加入量為3質量百分比至7質量百分比，更優選為3質量百分比至5質量百分比，進一步優選為5質量百分比。本發明的導電炭黑和超導炭黑可以為市售商品，但本發明不作特別限定。

分散劑是一種在分子內同時具有親油性和親水性兩種相反性質的界面活性劑。可均一分散那些難於溶解於液體的無機、有機顏料的固體及液體顆粒，同時也能防止顆粒的沉降和凝聚，形成安定懸浮液所需的兩親性試劑。本發明導電塑膠中的分散劑為聚丙烯醯胺，優選為陽離子聚丙烯醯胺；更優選地，陽離子聚丙烯醯胺的分子量為800-1200萬，陽離子濃度為10%至70%。

作為優選的技術方案，以導電塑膠的總質量為基準，該分散劑的添加量為2質量百分比至3質量百分比，更優選為2質量百分比。

另外，本發明導電塑膠還可以包括偶合劑、氧化還原劑、抗氧劑以及潤滑劑等等，另外還可以根據需要添加少量其他種類添加劑。該偶合劑優選為有機矽化合物；抗氧化劑優選為銀，銀具有較強的抗氧化性、光澤性和持久性，能增強導電性能；潤滑劑可以調整製程生產配方。以該導電塑膠的總質量為基準，該偶合劑的添加量優選為1質量百分比至3質量百分比，氧化還原劑的添加量優選為1質量百分比至3質量百分比，抗氧劑的添加量優選為1質量百分比至5質量百分比，滑劑的添加量優選為0.2質量百分比至1質量百分比。

本發明導電塑膠的製備方法例如為將該低熔點樹脂、該增韌樹脂、該炭黑和該分散劑混合均勻後，共混、成型得到本發明的導電塑膠。也可將該炭黑研磨混合均勻後，再加入該低熔點樹脂、該增韌樹脂和該分散劑，共混、成型。另外，也可以加入該抗氧化劑、該偶合劑、該氧化還原劑、該潤滑劑等其他添加劑。作為優選的技術方案，本發明導電塑膠的製備方法還包括將成型產品進行粉碎、再次混煉壓製成型的步驟。由於炭黑無限網鏈重建動力學原因，在高剪切速率作用下，炭黑無限網鏈在剪切方向受到外力拉伸，當作用力大於一定值後，無限網鏈破壞。而聚合物的高黏度使得這種破壞不能很快恢復，因此導電塑膠導電性下降。經粉碎再生後，無限網鏈重新建立，電導率得以恢復，因此該加工方法和加工條件對含炭黑聚合物導電性的這種影響規律，對複合型導電高分子的應用有十分重要的意義。

本發明的導電塑膠外觀為黑色顆粒狀，可用於電子通信領域，尤其用於電線電纜遮蔽材料。本發明導電塑膠具有低熔融溫度特性，可以增強材料的流動性以及韌性，降低加工模具的壓力和溫度，進而在電纜遮蔽層加工過程中減少芯線被沖斷的機率，提高產品良率。

以下給出本發明導電塑膠的具體實施例，以示例性說明本發明技術方案。

實施例1

本實施例中導電塑膠的組成如下表1所示，按表1組分以及配比進行混合，然後共混、成型得到該實施例1的導電塑膠。其中，偶合劑型號為KH-550，氧化還原劑型號為ID 320147，抗氧劑型號為Irganox 1076，潤滑劑型號為H-50。

表1 實施例1的導電塑膠組成

組分名稱	組分含量
增韌樹脂（丙烯酸-矽氧烷-網狀互穿聚合物）	4%
偶合劑（有機矽化合物）	1%
氧化還原劑	1%
分散劑（陽離子聚丙烯醯胺）	2.8%
銀（Ag）（抗氧劑）	5%
C+（超導炭黑）	4%
C（導電炭黑）	40%
聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯共聚物（SEBS）（低熔點樹脂）	42%
潤滑劑	0.2%

實施例2

本實施例中導電塑膠的組成如下表2所示，按表2組分以及配比進行混合，然後共混、成型得到該實施例2的導電塑膠。

表2 實施例2的導電塑膠組成

組分名稱	組分含量
增韌樹脂（丙烯酸-矽氧烷-網狀互穿聚合物）	8%
分散劑（陽離子聚丙烯醯胺）	2%
C+（超導炭黑）	5%
C（導電炭黑）	35%
SEBS（低熔點樹脂）	50%

本發明將實施例1和2的導電塑膠、以及本領域傳統的導電塑膠進行加工測試（如加工成型），傳統導電塑膠在加工過程中所需要的參數（壓力、溫度、時間等）如下表3所示，本發明實施例1和2的導電塑膠在加工過程中所需要的參數如下表4所示，將表3和表4比較可得，本發明的導電塑膠在加工過程中所需要的壓力大幅度降低，總壓由100兆帕（MPa）降低至50 MPa；溫度也有大幅度的改善，料嘴溫度由230°C降低至100°C，前段溫度由230°C降低至80°C，說明本發明導電塑膠具有較低的熔點，因此可以大幅度地降低加工溫度和壓力，可以很好地解決導電塑膠用於電線電纜遮蔽層進行處理時，電纜芯線被沖斷的問題。

表3 傳統導電塑膠加工參數

傳統導電塑膠加工參數
	壓力（MPa）	溫度（°C）	時間（S）
參數	總壓	一壓	二壓	保壓	後段	中段	前段	料嘴	射出	保壓	冷卻
	100	50	25	20	210	220	230	230	5	5	6

表4 本發明實施例1和2導電塑膠加工參數

本發明導電塑膠加工參數
	壓力（MPa）	溫度（°C）	時間（S）
參數	總壓	一壓	二壓	保壓	後段	中段	前段	料嘴	射出	保壓	冷卻
	50	5	0	0	70	80	80	100	5	5	6

本發明的導電塑膠不僅可以降低模具加工壓力和加工溫度，而且由於樹脂的收縮率範圍大，收縮值大，方向性明顯，LD樹脂收縮率為0.1％左右，樹脂收縮率在0.08％左右，因此容易變形翹曲，模具冷卻條件對收縮率的影響很大，本發明通過降低導電塑膠的熔點，進而降低導電塑膠的加工溫度，使得更容易控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩定，進而改善樹脂變形翹曲情況。

另外，本發明的導電塑膠具有較好的導電和遮蔽性能，更適合用於電子通信領域的電線電纜遮蔽材料。圖1為電纜中鋁箔+地線+編織遮蔽的電磁波遮蔽效能圖；圖2為本發明實施例1和2的導電塑膠（即導電高分子）+鋁箔+2E遮蔽的電磁波遮蔽效能圖。由圖1和圖2可知，根據國際標準（GB9352&9254）測試結果，包括本發明實施例1和2的導電塑膠的遮蔽材料具有與圖1之地線遮蔽相當的電磁波遮蔽效率（≥6db）。因此，本發明導電塑膠具有低熔點以及高導電性能，具有較高的電磁波遮蔽效能，適合用於電線電纜遮蔽層。

當然，本發明還可有其它多種實施例，在不悖離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。

無。

圖1為鋁箔+地線+編織遮蔽的電磁波遮蔽效能圖；圖2為本發明實施例1和2的導電塑膠+鋁箔+地線+2E遮蔽的電磁波遮蔽效能圖。

無。

Claims

一種導電塑膠，其中，以該導電塑膠的總質量為基準，該導電塑膠包括： 42質量百分比至54質量百分比的低熔點樹脂； 4質量百分比至10質量百分比的增韌樹脂； 33質量百分比至47質量百分比的炭黑；以及 1質量百分比至3質量百分比的分散劑；其中，該增韌樹脂為丙烯酸與矽氧烷的聚合物。
如請求項1所述的導電塑膠，其中，該增韌樹脂為丙烯酸-矽氧烷-網狀互穿聚合物；該增韌樹脂具有以下至少一種性質：所述增韌樹脂的熔融指數為0.8 g/10 min至1.5 g/10 min、所述增韌樹脂的接枝率為0.8%至1.3%、或所述增韌樹脂密度為0.80 g/cm³至1.00 g/cm³。
如請求項1所述的導電塑膠，其中，該分散劑為聚丙烯醯胺。
如請求項3所述的導電塑膠，其中，該分散劑為陽離子聚丙烯醯胺；該陽離子聚丙烯醯胺的數量平均分子量為800萬至1200萬，陽離子濃度為10%至70%。
如請求項1所述的導電塑膠，其中，該低熔點樹脂為線性嵌段共聚物，其中嵌段結構包括衍生自乙烯的結構單元和衍生自丁二烯的結構單元。
如請求項5所述的導電塑膠，其中，該低熔點樹脂為氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
如請求項1所述的導電塑膠，其中，以該導電塑膠的總質量為基準，該導電塑膠包括： 42質量百分比至51質量百分比的該低熔點樹脂； 4質量百分比至8質量百分比的該增韌樹脂； 38質量百分比至47質量百分比的該炭黑；以及 2質量百分比至3質量百分比的該分散劑；其中，該炭黑包括35質量百分比至40質量百分比的導電炭黑和3質量百分比至7質量百分比超導炭黑。
如請求項1所述的導電塑膠，其中，該導電塑膠還包括偶合劑；該偶合劑為有機矽化合物；以該導電塑膠的總質量為基準，該偶合劑的加入量為1質量百分比至3質量百分比。
如請求項1所述的導電塑膠，其中，該導電塑膠還包括氧化還原劑；以該導電塑膠的總質量為基準，該氧化還原劑的添加量為1質量百分比至3質量百分比。
一種電線電纜遮蔽層，其中，該電線電纜遮蔽層包括如請求項1所述的導電塑膠。