電纜用石墨烯復合半導電帶材及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種電纜用石墨烯復合半導電帶材及其制備方法，要解決的技術問題是提高對電纜的屏蔽均化電場效果。本發明的電纜用石墨烯復合半導電帶材，設有基材，基材的兩面涂有半導電膠層，半導電膠按質量百分比由以下組份組成：石墨烯粉4.00-8.00%，黏合劑23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5%。本發明的制備方法包括以下步驟：在基材兩面涂半導電膠層，烘烤。本發明與現有技術相比，采用微片直徑不大于10μm的石墨烯粉制備半導電膠，經涂布制備得到的電纜用半導電帶材，體積電阻率在1×105Ω·cm以下，表面電阻在100Ω以下，提高均化電場的效果，從而大大提高電纜的運行安全。
【專利說明】電纜用石墨烯復合半導電帶材及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種電力電纜的帶材及其制備方法，特別是一種半導電帶材及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在電力電纜的國家標準中，對于500平方毫米IOKV及以上交聯聚乙烯絕緣電力電纜，均要求在導體外面繞包一層半導電材料以達到均化電場的效果。現有技術繞包的半導電材料，采用炭黑將其溶解在有機溶劑中，然后涂覆在尼龍帶兩面，烘干后制成半導電尼龍帶，受炭黑顆粒細度不均勻的因素影響，導電性能不夠理想，半導電尼龍帶的體積電阻率在
IX IO5 Ω.Cm以上，表面電阻在150 Ω以下，因而對電纜產品屏蔽均化電場效果不夠理想，尤其對高壓和超高壓電纜影響尤為明顯，對電纜的安全運行帶來了安全隱患。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種電纜用石墨烯復合半導電帶材及其制備方法，要解決的技術問題是提高對電纜的屏蔽均化電場效果。
[0004]本發明采用以下技術方案:一種電纜用石墨烯復合半導電帶材，設有基材，基材的兩面涂有半導電膠層，所述半導電膠按質量百分比由以下組份組成:石墨烯粉4.00-8.00%，黏合劑23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5% ;所述黏合劑為丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯與甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。
[0005]本發明的石墨烯粉微片的直徑不大于10 μ m。
[0006]本發明的述基材為尼龍織物，厚度為0.05-0.20mm,單位質量為60_200g/m2。
[0007]本發明的半導電膠采用以下方法制備得到，包括以下步驟:
[0008]一、按質量百分比，將65-71.5%的自來水約2/3部分，加入到攪拌罐內；
[0009]二、將脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到攪拌罐，以2500-3000prm/min 的轉速，攪拌 10-15 分鐘；
[0010]三、將黏合劑23-27.5%加入到攪拌罐，攪拌25_30分鐘；
[0011]四、將石墨烯粉4.00-8.00%加入到攪拌罐,攪拌3-5小時；
[0012]五、向攪拌罐內加入其余的水，攪拌均勻1-1.5小時，得到半導電膠。
[0013]一種電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，包括以下步驟:
[0014]一、在基材兩面涂半導電膠層，基材前行的線速度為4-8m/min，在基材的兩面涂上厚度為0.01-0.03mm的半導電膠；所述半導電膠按質量百分比由以下組份組成:石墨烯粉
4.00-8.00%,黏合劑23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5% ;所述黏合劑為丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯與甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液；
[0015]二、直接在115-125?條件下，烘烤3_5分鐘，自然冷卻至室溫，得到電纜用石墨烯復合半導電帶材。
[0016]本發明的方法石墨烯粉微片的直徑不大于10 μ m。
[0017]本發明的方法基材為尼龍織物，厚度為0.05-0.20mm，單位質量為60_200g/m2。
[0018]本發明的方法在基材兩面涂半導電膠層，將基材從裝有半導電膠的涂布裝置中經過，基材的兩面被涂上半導電膠，然后用刮板將基材兩面多余的半導電膠刮掉。
[0019]本發明的方法啟動涂布裝置前，將半導電膠注入到涂布裝置中，將烘烤的烘道溫度升溫為115-125°C，保溫30分鐘。
[0020]本發明的方法半導電膠采用以下方法制備得到，包括以下步驟:
[0021]一、按質量百分比，將65-71.5%的自來水約2/3部分，加入到攪拌罐內；
[0022]二、將脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到攪拌罐，以2500-3000prm/min 的轉速，攪拌 10-15 分鐘；
[0023]三、將黏合劑23-27.5%加入到攪拌罐，攪拌25_30分鐘；
[0024]四、將石墨烯粉4.00-8.00%加入到攪拌罐,攪拌3_5小時；
[0025]五、向攪拌罐內加入其余的水，攪拌均勻1-1.5小時，得到半導電膠。
[0026]本發明與現有技術相比，采用微片直徑不大于10μm的石墨烯粉制備半導電膠，經涂布制備得到的電纜用半導電帶材,體積電阻率在1Χ105Ω .Cm以下，表面電阻在100Ω以下，提高均化電場的效果，從而大大提高電纜的運行安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的電纜用石墨烯復合半導電帶材結構示意圖。
[0028]圖2是本發明的電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0030]如圖1所示，本發明的電纜用石墨烯復合半導電帶材，設有基材1，基材1為尼龍織物，厚度為0.05-0.20mm，單位質量為60_200g/m2，基材I的兩面涂有半導電膠層2。
[0031 ] 半導電膠2按質量百分比由以下組份組成:石墨烯粉4.00-8.00%,黏合劑23-27.5%，表面活性劑 1.5-2.5%，水 65-71.5%。
[0032]石墨烯粉微片(微粒)的直徑(粒徑)不大于10 μ m。石墨烯粉作為導電的溶質，溶解到溶劑中制成石墨烯半導電膠。
[0033]黏合劑是丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯與甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。黏合劑作為溶劑，將石墨烯溶解到溶劑中成為導電膠溶液。
[0034]表面活性劑采用平平加(脂肪醇聚氧乙烯醚)。平平加用于增加石墨烯的表面活性，使石墨烯更容易分散溶解在溶液中。
[0035]水為自來水。
[0036]所述半導電膠采用以下方法制備得到，包括以下步驟:
[0037]一、常溫(20°C)下，按質量百分比，將65-71.5%的自來水約2/3部分，加入到攪拌罐內。[0038]二、將表面活性劑平平加(脂肪醇聚氧乙烯醚)1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到攪拌罐，以2500-3000prm/min的轉速，攪拌10-15分鐘。
[0039]三、將黏合劑23-27.5%加入到攪拌罐，攪拌25_30分鐘。
[0040]四、將的石墨烯粉4.00-8.00%加入到攪拌罐，攪拌3-5小時。
[0041]五、向攪拌罐內加入其余的水，攪拌均勻1-1.5小時，得到半導電膠。
[0042]如圖2所示，本發明電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，包括以下步驟:
[0043]一、常溫(20°C)下，在基材兩面涂半導電膠層，在基材的兩面涂上厚度為
0.01-0.03mm的半導電膠，將基材(帶材)從裝有半導電膠的涂布裝置中經過，基材的兩面被涂上半導電膠，然后在進入烘干裝置前用刮板將基材兩面多余的半導電膠刮掉，刮板之間的間隙按照涂膠后的基材的厚度設定，基材前行的線速度為4-8m/min，刮板刮后基材每面半導電膠層的厚度為0.01-0.03_。
[0044]基材為尼龍織物，厚度為0.05-0.20mm,單位質量為60_200g/m2。
[0045]半導電膠按質量百分比由以下組份組成:石墨烯粉4.00-8.00%,黏合劑23-27.5%，表面活性劑 1.5-2.5%，水 65-71.5%。
[0046]石墨烯粉微片(微粒)的直徑不大于ΙΟμπι。石墨烯粉作為導電的溶質，溶解到溶劑中制成石墨烯半導電膠。
[0047]黏合劑是丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯與甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。黏合劑作為溶劑，將石墨烯溶解到溶劑中成為導電膠溶液。
[0048]表面活性劑采用平平加(脂肪醇聚氧乙烯醚)。平平加用于增加石墨烯的表面活性，使石墨烯更容易分散溶解在溶液中。
[0049]水為自來水。
[0050]所述半導電膠采用以下方法制備得到，包括以下步驟:
[0051](一)、常溫(20°C)下，按質量百分比，將65-71.5%的自來水約2/3部分，加入到攪拌罐內。
[0052](二)、將表面活性劑平平加(脂肪醇聚氧乙烯醚)1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到攪拌罐，以2500-3000prm/min的轉速，攪拌10-15分鐘。
[0053](三)、將黏合劑23-27.5%加入到攪拌罐，攪拌25_30分鐘。
[0054](四)、將的石墨烯粉4.00-8.00%加入到攪拌罐，攪拌3_5小時。
[0055](五)、向攪拌罐內加入其余的水，攪拌均勻1-1.5小時，得到半導電膠。
[0056]二、直接在115-125?條件下，烘烤3_5分鐘，自然冷卻至室溫，得到電纜用石墨烯復合半導電帶材。
[0057]啟動涂布裝置前，將半導電膠注入到涂布裝置中，將烘烤的烘道溫度設為115_125°C，保溫 30 分鐘。
[0058]實施例1-5半導電膠的組份、工藝參數見表1。
[0059]實施例1-5電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備工藝參數見表2，盤芯內徑為:Φ 76mm> C>80mm、Φ 100mm、Φ 105mm、Φ 150mm;帶盤外徑為:Φ 200mm、Φ 250mm、Φ 300mm、C>350mm、C>400mm、C>430mm。 盤芯內徑和帶盤外徑根據用戶設備和長度要求確定,在實施例1-5中，分別采用盤芯內徑:Φ76_、Φ80ι?πι、Φ 100mm、Φ 105mm、Φ 150mm ;帶盤外徑:Φ 200mm、Φ 250mm、Φ 300mm、Φ 350mm、Φ 400mm。
[0060]本發明制備方法制備得到的電纜用石墨烯復合半導電帶材，按JB/T10259 — 2001測試，實施例1-5的體積電阻率在I XlO5 Ω.cm以下，表面電阻在100 Ω以下，實施例2_4的具體性能指標見表3。
[0061]石墨烯具有非同尋常的導電性能、良好的機械性能和導熱性能，采用微片細度10微米以下的石墨烯，均勻分散到有機溶劑中涂覆在尼龍帶兩面烘干后制成電纜用石墨烯復合半導電帶材，其體積電阻率可降到IX 105Ω.cm以下，表面電阻可降到100 ω以下，可以大大提高電力電纜的均化電場的效果。
[0062]表1實施例1-5的半導電膠的組份、制備工藝參數
[0063]
【權利要求】
1.一種電纜用石墨烯復合半導電帶材，設有基材(I)，基材(I)的兩面涂有半導電膠層(2)，其特征在于:所述半導電膠按質量百分比由以下組份組成:石墨烯粉4.00-8.00%，黏合劑23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5% ;所述黏合劑為丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯與甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液。
2.根據權利要求1所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材，其特征在于:所述石墨烯粉微片的直徑不大于10 μ m。
3.根據權利要求1所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材，其特征在于:所述基材(I)為尼龍織物，厚度為0.05-0.20mm，單位質量為60_200g/m2。
4.根據權利要求1所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材，其特征在于:所述半導電膠采用以下方法制備得到，包括以下步驟: 一、按質量百分比，將65-71.5%的自來水約2/3部分，加入到攪拌罐內； 二、將脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到攪拌罐，以2500-3000prm/min的轉速，攪拌10-15分鐘； 三、將黏合劑23-27.5%加入到攪拌罐，攪拌25-30分鐘； 四、將石墨烯粉4.00-8.00%加入到攪拌罐，攪拌3-5小時； 五、向攪拌罐內加入其余的水，攪拌均勻1-1.5小時，得到半導電膠。
5.一種電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，包括以下步驟: 一、在基材兩面涂半導電膠層，基材前行的線速度為4-8m/min，在基材的兩面涂上厚度為0.01-0.03mm的半導電膠；所述半導電膠按質量百分比由以下組份組成:石墨烯粉4.00-8.00%,黏合劑23-27.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%，水65-71.5% ;所述黏合劑為丙烯酸丁酯乳液、丙烯酸乙酯乳液、丙烯酸酯與甲基丙烯酸共聚液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯共聚乳液或聚乙烯醇乳液； 二、直接在115-125°C條件下，烘烤3-5分鐘，自然冷卻至室溫，得到電纜用石墨烯復合半導電帶材。
6.根據權利要求5所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，其特征在于:所述石墨烯粉微片的直徑不大于10 μ m。
7.根據權利要求5所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，其特征在于:所述基材為尼龍織物，厚度為0.05-0.20mm，單位質量為60_200g/m2。
8.根據權利要求5所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，其特征在于:所述在基材兩面涂半導電膠層，將基材從裝有半導電膠的涂布裝置中經過，基材的兩面被涂上半導電膠，然后用刮板將基材兩面多余的半導電膠刮掉。
9.根據權利要求8所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，其特征在于:所述啟動涂布裝置前，將半導電膠注入到涂布裝置中，將烘烤的烘道溫度升溫為115-125°C，保溫30分鐘。
10.根據權利要求5所述的電纜用石墨烯復合半導電帶材的制備方法，其特征在于:所述半導電膠采用以下方法制備得到，包括以下步驟: 一、按質量百分比，將65-71.5%的自來水約2/3部分，加入到攪拌罐內； 二、將脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5%先用水溶解，然后加入到攪拌罐，以2500-3000prm/min的轉速，攪拌10-15分鐘； 三、將黏合劑23-27.5%加入到攪拌罐，攪拌25-30分鐘； 四、將石墨烯粉4.00-8.00%加入到攪拌罐，攪拌3-5小時；五、向攪拌罐內加入 其余的水，攪拌均勻1-1.5小時，得到半導電膠。
【文檔編號】C08L33/08GK103612461SQ201310611463
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】霍振平, 溫科, 溫鵬 申請人:江蘇中超電纜股份有限公司