電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料及其制備方法，要解決的技術問題是降低半導電屏蔽料的體積電阻率。本發明的屏蔽料，由以下質量百分含量組成：乙烯-醋酸乙烯共聚物83%～90%，石墨烯粉3%～10%，白油3%～6%、抗氧劑0.5%～1%、硬脂酸鋅0.3%～0.6%。本發明的制備方法，包括混合，塑化，造粒，脫水，干燥。本發明與現有技術相比，將石墨烯均勻分散到乙烯-醋酸乙烯共聚物中，體積電阻率降到30Ω·cm以下，大大提高均化電場，實現導體、絕緣層和金屬屏蔽層的光滑無間隙接觸，提高電纜屏蔽均化電場效果，改善電纜的電氣性能和長期運行的可靠性，適用于6kV以上電纜的非金屬屏蔽層。
【專利說明】電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種中高壓輸配電電纜材料及其制備方法，特別是一種電纜用的半導電屏蔽料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]中高壓交聯聚乙烯絕緣電纜(交聯電纜)是輸配電領域中使用量非常大的一種電力電纜。目前交聯電纜用的半導電屏蔽料主要采用在乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA中均勻分散加入導電炭黑的方式制成，但由于受炭黑導電性不理想且顆粒粒度不夠細的因素影響，半導電屏蔽料的體積電阻率在40-100 Ω.cm之間，材料表面的光滑度不夠好，因而對電纜屏蔽均化電場效果不夠理想，對高壓和超高壓電纜的影響尤為明顯。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料及其制備方法，要解決的技術問題是降低半導電屏蔽料的體積電阻率，提高電纜屏蔽均化電場效果。
[0004]本發明采用以下技術方案:一種電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，由以下質量百分含量組成:乙烯-醋酸乙烯共聚物83%~90%,石墨烯粉3%~10%,白油3%~6%、抗氧劑0.5%~1%、硬脂酸鋅0.3%~0.6%ο
[0005]本發明的石墨烯粉的粒徑不大于10 μ m。
[0006]本發明的抗氧劑為4，4’ -硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
[0007]本發明的電纜用含`石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料由以下質量百分含量組成:乙烯-醋酸乙烯共聚物85%~88%，石墨烯粉7%~8.5%，白油5%~5.4%、抗氧劑0.6%~0.7%、硬脂酸鋅0.4%~0.5%ο
[0008]本發明的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 86%，石墨烯粉8%。
[0009]一種電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]一、混合，按質量百分含量，將乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 83%~90%，石墨烯粉3%~10%，白油3%~6%、抗氧劑0.5%~1%、硬脂酸鋅0.3%~0.6%,以150_200rpm的轉速攪拌混合1-2分鐘，得到混合均勻的混合料；
[0011]二、塑化，將混合料進行第一次塑化，螺桿轉速為180-220rpm，塑化區各區域的溫度為:1 區 85-90°C，2 區 105-110°C，3 區 115_125°C，4 區 100_105°C，5 區 90_95°C ;再進行第二次塑化，螺桿轉速為120-150rpm，擠塑區各區域的溫度為:1區85_90°C，2區85_90°C，機頭105-110°C，得到塑化料；
[0012]三、造粒，將塑化料在溫度為105-115 °C，壓力為5.0-7.0MPa條件下，制成直徑
3.5mm X高度3_的圓柱形粒子,凈化水冷卻至室溫；
[0013]四、脫水，將圓柱形粒子在轉速為1080-1200rpm，時間為15_25min條件下，進行脫水；
[0014]五、脫水后的料經沸騰床干燥，溫度為45_50°C，得到電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料。
[0015]本發明的方法步驟五得到電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，自然冷卻至室溫。
[0016]本發明的方法步驟一乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 85%~88%，石墨烯粉7%~
8.5%,白油5%~5.4%、抗氧劑0.6%~0.7%、硬脂酸鋅0.4%~0.5%。
[0017]本發明的方法步驟一乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 86%，石墨烯粉8%。
[0018]本發明的制備方法采用WF140-180型往復式混煉擠塑造粒機組。
[0019]本發明與現有技術相比，將石墨烯均勻分散到乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA樹脂中，降低半導電屏蔽料的體積電阻率，其體積電阻率降到30Ω -cm以下，大大提高均化電場，實現導體、絕緣層和金屬屏蔽層的光滑無間隙接觸，提高電纜屏蔽均化電場效果，改善電纜的電氣性能和長期運行的可靠性，適用于6kV以上電纜的非金屬屏蔽層。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0020]圖1是本發明電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法流程圖。【具體實施方式】
[0021]本發明的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電(半導電)屏蔽料，由以下質量百分含量組成:乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA83%~90%，石墨烯粉3%~10%，白油3%~6%、抗氧劑0.5%~1%、硬脂酸鋅0.3%~0.6%ο
[0022]所述石墨烯粉的粒徑不大于10 μ m。
[0023]所述抗氧劑為4，4’ -硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
[0024]本發明的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電(半導電)屏蔽料，在20°C的體積電阻率< 30 Ω.cm。
[0025]本發明的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料(屏蔽料)的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0026]一、混合，將乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、粒徑不大于10 μ m的石墨烯粉、白油、抗氧劑4，4’-硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和硬脂酸鋅，經上料斗分別裝入原料倉，用失重式計量秤連續稱量，在室溫(20°C )下，按質量百分含量，將乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA83%~90%，石墨烯粉3%~10%，白油3%~6%、抗氧劑0.5%~1%、硬脂酸鋅0.3%~0.6%，加入到南京科亞化工成套裝備有限公司的WF140-180型往復式混煉擠塑造粒機組的混煉區中，以150-200rpm的轉速攪拌混合1_2分鐘，進行混合，得到混合均勻的混合料。
[0027]本實施例采用的WF140-180型往復式混煉擠塑造粒機組是一套多功能連續設備，設有主機組與輔助機組兩部分，主機組包括往復式混煉區，塑化區、擠塑區與造粒區，輔助機組包括離心脫水機與沸騰床，因此整個混合、塑化與擠出、造粒、脫水均在此機組上完成。
[0028]乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA作為(屏蔽料)的基料。
[0029]石墨烯粉作為導電填料。石墨烯具有極佳的導電性能，作為高半導電(半導電)屏蔽料的功能組分材料，使屏蔽料成為半導電材料，通過對石墨烯量的選擇，滿足屏蔽料在20°C的體積電阻率≤30 Ω.cm。
[0030]白油作為潤滑劑和輔助脫模劑，使屏蔽料的加工性能得到保障。[0031]抗氧劑抑制或延緩屏蔽料的氧化降解，延長電纜的使用壽命。
[0032]硬脂酸鋅作為潤滑劑，降低屏蔽料在加工過程中與制備設備機械內部接觸的摩擦力，提高屏蔽料的流動性。
[0033]二、塑化，連續進行兩次塑化，使步驟一得到的混合料組分中各物質通過物理作用力融化后分散均勻，形成穩定的均相組分。將混合料送入往復式混煉擠塑造粒機組的塑化區，進行第一次塑化，螺桿轉速為180-220rpm，塑化區各區域的溫度如表1。塑化區預先升溫I小時，使各區升溫達到表1中的溫度(擠塑區、造粒區的溫度也如此升溫)。
[0034]表1第一次塑化塑化區溫度(V )
[0035]
【權利要求】
1.一種電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，其特征在于:所述電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料由以下質量百分含量組成:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 83%~90%，石墨烯粉3%~10%，白油3%~6%、抗氧劑0.5%~1%、硬脂酸鋅0.3%~0.6%。
2.根據權利要求1所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，其特征在于:所述石墨烯粉的粒徑不大于10 μ m。
3.根據權利要求1所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，其特征在于:所述抗氧劑為4，4’ -硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
4.根據權利要求1所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，其特征在于:所述電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料由以下質量百分含量組成:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 85%~88%，石墨烯粉7%~8.5%,白油5%~5.4%、抗氧劑0.6%~0.7%、硬脂酸鋅 0.4% ~0.5%ο
5.根據權利要求4所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，其特征在于:所述乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 86%，石墨烯粉8%。
6.一種電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法，包括以下步驟: 一、混合，按質量百分含量，將乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)83%~90%，石墨烯粉3%~10%,白油3%~6%、抗氧劑0.5%~1%、硬脂酸鋅0.3%~0.6%,以150_200rpm的轉速攪拌混合1-2分鐘，得到混合均勻的混合料； 二、塑化，將混合料進行第一次塑化，螺桿轉速為180-220rpm，塑化區各區域的溫度為:I 區 85-90°C，2 區 105-110°C，3 區 115-125°C，4 區 100-105°C，5 區 90-95°C ;再進行第二次塑化，螺桿轉速為120-150rpm，擠塑區各區域的溫度為:I區85_90°C，2區85_90°C，機頭105-110°C，得到塑化料； 三、造粒，將塑化料在溫度為105-115°C，壓力為5.0-7.0MPa條件下，制成直徑3.5mmX高度3_的圓柱形粒子,凈化水冷卻至室溫； 四、脫水，將圓柱形粒子在轉速為1080-1200rpm，時間為15_25min條件下，進行脫水； 五、脫水后的料經沸騰床干燥，溫度為45-50°C，得到電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料。
7.根據權利要求6所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法，其特征在于:所述步驟五得到電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料，自然冷卻至室溫。
8.根據權利要求6所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法，其特征在于:所述步驟一乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 85%~88%，石墨烯粉7%~8.5%，白油5%~5.4%、抗氧劑0.6%~0.7%、硬脂酸鋅0.4%~0.5%。
9.根據權利要求8所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法，其特征在于:所述步驟一乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 86%，石墨烯粉8%。
10.根據權利要求6所述的電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導電屏蔽料的制備方法，其特征在于:所述的制備方法采用WF140-180型往復式混煉擠塑造粒機組。
【文檔編號】C08K5/098GK103739929SQ201410012969
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】溫鵬, 楊飛, 張乃明, 楊培杰, 霍振平 申請人:江蘇中超電纜股份有限公司