本发明专利技术提供一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料及制备方法。通过螺杆挤出机，将石墨与胶结剂等在胶体状态下进行剪切研磨，得到一种半导电屏蔽石墨烯涂料，本发明专利技术制备的涂料可在电缆线胶皮上均匀涂敷，制备出的半导电屏蔽石墨烯涂料拥有极高的粘接性、成膜性、隔离性、屏蔽性。本发明专利技术直接利用石墨为原料通过螺杆机制备半导电屏蔽石墨烯涂料，克服了将石墨烯直接作为生产原料直接增加了生产成本的技术缺陷，并且用螺杆挤出机作为发生器，生产过程简单，成本大幅降低，并且生产过程无环境污染，产量高，具有显著的市场应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电缆的屏蔽材料，具体涉及一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料及制备方法。
技术介绍
为了保护电力输电电缆绝缘层免受由于电场应力集中而造成的破坏，同时为了抑制感应电荷，在电力输电电缆中，额定电压3.6/6.6(7.2)kV以上的使用乙丙橡胶和聚氯乙烯作为绝缘层的电缆，以及额定电压1.8/3.0(3.6)kV以上的使用交联聚乙烯和聚乙烯作为绝缘层的电缆都应有导体屏蔽和绝缘屏蔽层。分别在绝缘层内外侧各设计一层半导电屏蔽层。半导电屏蔽料的质量对电缆的使用安全及使用寿命起着至关重要的作用。半导电屏蔽层所用的复合材料必须在不同温度下及长期使用过程中保持稳定的较低的水平。通常见到的半导电橡皮屏蔽层均是由橡胶与导电炭黑经过机械混合制备而成的，目前也有将石墨烯用于半导电屏蔽橡皮。石墨烯是由SP2杂化方式的碳原子紧密排列在一起的具有二维蜂窝状点阵结构的一种碳单质石，作为一种导电率非常优异的二维新型材料，其电阻率为10-8Ω·m，将石墨烯用于聚合物半导电屏蔽料的导电填料能在低填充量的情况下保持良好的导电率。中国专利技术专利申请号201320747585.4公开了一种带石墨烯导电层的高压电缆，将目前高压交联电缆非金属外护套层外采用的导电石墨涂层改变为石墨烯导电涂层，可以大大提高电缆非金属护套机械密封性能检测的准确性及电缆运行的安全性和可靠性。中国专利技术专利申请号201510524743.3公开了一种氧化石墨烯绝缘散热涂层，将氧化石墨烯配置成分散液加入由树脂与树脂固化剂混合制得，该专利技术直接利用氧化石墨烯为原料，由于其价格昂贵，将氧化石墨烯直接作为生产原料直接增加了生产成本，不利于大规模推广应用。中国专利技术专利申请号201410480336.2公开了一种石墨烯改性的树脂粉末涂料及其生产工艺，将石墨烯按一定比例加入入高速混料机中混合，通过热熔、辊压、研磨获得石墨烯树脂涂料。该方案一方面直接利用石墨烯作为原料加入树脂材料制备涂料导致涂料成本较高，另一方面，该方案制备的粉末涂料需要配置成涂料成品才能进行加工，无法直接利用。中国专利技术专利申请号201410727717.6提出了一种石墨烯涂层的制备方法，将石墨烯加入水或有机溶剂中，采用超声法将石墨烯粉碎，再将待喷涂基底加热120-130℃，将石墨烯溶液喷涂在基底表面，该方案需要对待喷涂基底进行预热，因而对待喷涂材料属性有一定要求，并且利用该方法制备出的涂层在基底上附着力较差，成膜性较弱，易脱落，隔离效果较差。根据上述，一方面针对电缆专用的半导体电屏蔽石墨烯涂料目前还没有公开一种低成本、规模化地制备方案制备石墨烯电缆涂料以符合石墨烯电缆市场需求。进一步，现有技术中石墨烯涂料制备方案主要是直接利用石墨烯作为原料制备涂料，生产成本较高，不利于大规模推广应用。
技术实现思路
针对电缆专用的半导电屏蔽石墨烯涂料目前还没有一种直接利用石墨为原料，低成本、规模化地制备方案制备石墨烯电缆涂料的方案，本专利技术提出一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料及制备方法，通过螺杆挤出机，将石墨与胶结剂等在胶体状态下进行剪切研磨，得到一种半导电屏蔽石墨烯涂料，本专利技术制备的涂料可在电缆线胶皮上均匀涂敷，且有极高的粘接性、成膜性、隔离性、屏蔽性。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：第一，本专利技术公开一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料，由下述质量百分比的原料制备而成：石墨原料18-43%胶结剂55-80%分散剂0.5-1%稳定剂0.5-1%其中，所述的石墨原料为鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种，所述的胶结剂醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酯、丙烯酸树脂和酚醛树脂中的至少一种，所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、1-吡啶酸中的至少一种，所述稳定剂为季戊四醇、滑石粉、单甘油硬脂酸酯、丙三醇和乙二胺中的至少一种或几种的混合。优选的，所述的石墨原料粒径小于等于10毫米。第二、本专利技术公开一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料及制备方法，采用螺杆挤出机，将石墨与胶结剂在胶体状态下剪切研磨来制备涂料，具体方法如下：（1）将质量百分比为18-43%的石墨原料与质量百分比为0.5-1%的分散剂、质量百分比为55-80%的胶结剂在高速混合机中以600-1200rpm的转速混和分散10-25min，得到预混物；（2）将步骤（1）得到的预混物加入螺杆挤出机中，螺杆机挤出由进料端向出料端依次设置初级破碎段、剪切减薄段、分散取向段，螺杆以100-1200rpm的转速旋转时，在初级破碎段，预混物中的石墨的粒径降低至小于1毫米，并与胶结剂一起逐渐向前输送；（3）步骤（2）的物料连续通过剪切减薄段，在剪切减薄段石墨在剪切研磨作用下，使石墨剥离形成单层或多层大尺寸面积的石墨烯，形成石墨烯掺杂的胶结剂；（4）步骤（3）通过剪切减薄段的物料连续通过分散取向段，在分散取向段设置稳定剂加料口，在分散取向段加入质量百分比为0.5-1%的稳定剂，石墨烯沿螺杆旋转方向在胶结剂中均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送，形成电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料。优选的，所述的螺杆机是可多次喂料的双螺杆机、可多次喂料的三螺杆机、可多次喂料的四螺杆机；所述的初级破碎段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成；所述的剪切减薄段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；所述的分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成。优选的，所述的初级破碎段设置温度为50-60℃，剪切减薄段设置温度为60-80℃，分散取向段设置温度为70-80℃。将本专利技术所制备的电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料用溶剂分散后涂覆于型号为YJV22高压电缆表面可提高电缆性能，性能测试如表1所示。表1：性能指标耐冲击性体积电阻率（Ω•m）附着力（级）耐湿热性未涂覆10cm10162600h涂覆后（涂覆厚度1.0mm）55cm101301200h本专利技术一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术直接利用石墨为原料通过螺杆机制备半导电屏蔽石墨烯涂料，生产成本大幅降低，并且生产过程无环境污染，产量高，具有显著的市场应用价值。2、通过特定结构的螺杆机剪切剥离制备石墨烯，在连续通过螺杆过程中，石墨形成片形的取向，并通过剪切剥离的啮合块螺纹元件在定向的方向被剪切剥离，从而形成了径向大尺寸面积的高质量石墨烯，保护了石墨烯晶格的完整性，使半导电屏蔽石墨烯涂料具有更好的屏蔽性能。3、本专利技术制备的涂料可在电缆线胶皮上均匀涂敷，且有极高的粘接性、成膜性、隔离性、屏蔽性。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）将质量百分比为18%，粒径为5毫米的膨胀石墨原料与质量百分比为1%的十二本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料，其特征在于由下述质量百分比的原料制备而成：石墨原料 18‑43%胶结剂 55‑80%分散剂 0.5‑1%稳定剂 0.5‑1%其中，所述的石墨原料为鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种，所述的胶结剂为醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酯、丙烯酸树脂和酚醛树脂中的至少一种，所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、1‑吡啶酸中的至少一种，所述稳定剂为季戊四醇、滑石粉、单甘油硬脂酸酯、丙三醇和乙二胺中的至少一种或几种的混合；所述电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料，由如下方法制备而得：（1）将质量百分比为18‑43%的石墨原料与质量百分比为 0.5‑1%的分散剂、质量百分比为55‑80%的胶结剂在高速混合机中以600‑1200rpm的转速混和分散10‑25min，得到预混物；（2）将步骤（1）得到的预混物加入螺杆挤出机中，螺杆机挤出由进料端向出料端依次设置初级破碎段、剪切减薄段、分散取向段，螺杆以100‑1200rpm的转速旋转时，在初级破碎段，预混物中的石墨的粒径降低至小于1毫米，并与胶结剂一起逐渐向前输送；（3）步骤（2）的物料连续通过剪切减薄段，在剪切减薄段石墨在剪切研磨作用下，使石墨剥离形成单层或多层大尺寸面积的石墨烯，形成石墨烯掺杂的胶结剂；（4）步骤（3）通过剪切减薄段的物料连续通过分散取向段，在分散取向段设置稳定剂加料口，在分散取向段加入质量百分比为0.5‑1%的稳定剂，石墨烯沿螺杆旋转方向在胶结剂中均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送，形成电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料。...
【技术特征摘要】
1.一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料，其特征在于由下述质量百分比的原料制备而成：石墨原料18-43%胶结剂55-80%分散剂0.5-1%稳定剂0.5-1%其中，所述的石墨原料为鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种，所述的胶结剂为醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酯、丙烯酸树脂和酚醛树脂中的至少一种，所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、1-吡啶酸中的至少一种，所述稳定剂为季戊四醇、滑石粉、单甘油硬脂酸酯、丙三醇和乙二胺中的至少一种或几种的混合；所述电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料，由如下方法制备而得：（1）将质量百分比为18-43%的石墨原料与质量百分比为0.5-1%的分散剂、质量百分比为55-80%的胶结剂在高速混合机中以600-1200rpm的转速混和分散10-25min，得到预混物；（2）将步骤（1）得到的预混物加入螺杆挤出机中，螺杆机挤出由进料端向出料端依次设置初级破碎段、剪切减薄段、分散取向段，螺杆以100-1200rpm的转速旋转时，在初级破碎段，预混物中的石墨的粒径降低至小于1毫米，并与胶结剂一起逐渐向前输送；（3）步骤（2）的物料连续通过剪切减薄段，在剪切减薄段石墨在剪切研磨作用下，使石墨剥离形成单层或多层大尺寸面积的石墨烯，形成石墨烯掺杂的胶结剂；（4）步骤（3）通过剪切减薄段的物料连续通过分散取向段，在分散取向段设置稳定剂加料口，在分散取向段加入质量百分比为0.5-1%的稳定剂，石墨烯沿螺杆旋转方向在胶结剂中均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送，形成电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料。2.根据权利要求1所述一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料，其特征在于，所述的石墨原料粒径小于等于10毫米。3.一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯涂料的制备方法，其特征在于采用螺杆挤出机，将石墨与胶结剂在胶体状态下剪切研磨来制备涂料，具体方法如...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，王镭迪，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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